Диафрагменное число: ZENITcamera: Q&A — , ,

Содержание

4.3. Экспозиция и число диафрагмы. Цифровая фотография. Трюки и эффекты

Читайте также

F-Stop (Числа диафрагмы)

F-Stop (Числа диафрагмы) Одна из главных настроек настоящей камеры – апертура (Aperture). Апертурой называют величину отверстия в камере, через которое свет проникает на пленку или светочувствительный датчик. Многие камеры позволяют регулировать количество света, проникающего

Команда Exposure (Экспозиция)

Команда Exposure (Экспозиция) Еще одна сравнительно простая команда – Exposure (Экспозиция) (рис. 13.7). По сути своей она похожа на команду Brightness/Contrast (Яркость/Контрастность) и тоже позволяет изменить яркость изображения, однако делает это по другим принципам и потому удобнее при

Кардинальное число и положение

Кардинальное число и положение Одним из терминов, который иногда можно встретить в отношении наборов, включая таблицы- является кардинальное число (cardinality, «мощность множества»).

Оно описывает количество строк в наборе, который может быть таблицей или выходным набором.

4.6.8 Незаданное Число Параметров

4.6.8 Незаданное Число Параметров Для некоторых функций невозможно задать число и тип всех параметров, которые можно ожидать в вызове. Такую функцию описывают завершая список описаний параметров многоточием (…), что означает «и может быть, еще какие-то неописанные

Переменное число параметров

Переменное число параметров Для указания того, что подпрограмма должна иметь переменное число параметров, используется ключевое слово params, за которым следует описание динамического массива. Например: function Sum(params a: array of integer): integer; begin Result := 0; for i: integer := 0 to a.Length do

Делим на число пи

Делим на число пи Автор: Владислав БирюковКонечно, безоговорочно полагаться на приведенное на соседней странице ранжирование компаний не стоит – оно может служить лишь неким ориентиром. Слишком много в подобных расчетах условностей: какие показатели учитываются, с

Своими руками: Искусство фотографии. Часть 2: Экспозиция

Своими руками: Искусство фотографии. Часть 2: Экспозиция Автор: Михаил КепманПосле выхода первой статьи из цикла «Искусство фотографии» («КТ» #627) я получил много писем с просьбой рассказать о выдержке и диафрагме (экспопаре). Ну что ж, слушаюсь и повинуюсь. Сегодня речь

13.7. Exposure (Экспозиция)

13.7. Exposure (Экспозиция) Эта функция (рис. 13.9) позволяет имитировать изменение экспозиции (выдержки) и диафрагмы при фотографировании. Рис. 13.9. Окно Exposure (Экспозиция)• Exposure (Экспозиция). Изменение выдержки кадра, которое приводит к коррекции светлых частей изображения, не

13-Я КОМНАТА: Число человеческое

13-Я КОМНАТА: Число человеческое Автор: Сергей Вильянов «Здесь мудрость. Кто имеет разум, тот сочтет число зверя, ибо это число человеческое; число его — шестьсот шестьдесят шесть». Откровение святого Иоанна Богослова гл. 13. ст. 18 Как известно, люди обожают искусственные

Режимы приоритета выдержки и диафрагмы

Режимы приоритета выдержки и диафрагмы Практически любые сюжетные режимы можно смоделировать соответствующей установкой выдержки и диафрагмы, но обратное невозможно. Если знать, какую выдержку с диафрагмой и светочувствительность следует установить, вполне можно

Выдержка и экспозиция

Выдержка и экспозиция Получить четкие снимки движущихся объектов можно только при малой выдержке. Ни штатив, ни включение стабилизации тут не помогут, так что старайтесь устанавливать выдержки 1/250–1/500 с и короче.Эмпирическое правило гласит, что выдержка не должна

Экспозиция

Экспозиция Во время фотосъемки по разным причинам кадр может оказаться неправильно экспонированным — «недодержанным» или «передержанным». Воспользуйтесь специальной функцией в графическом редакторе и увеличьте или уменьшите экспозицию, внеся поправку. При этом

Экспозиция

Экспозиция Хорошая черно-белая фотография — это, как правило, качественная работа фотографа. Прежде всего, экспозицию нужно установить очень точно, чтобы сцена была передана с плавными тональными переходами, а снимок не получился темным или слишком светлым, если,

Экспозиция

Экспозиция Снимки иногда получаются темными или пересвеченными. Причина в том, что матрица фотокамеры не обладает достаточно широким диапазоном, экспозамер может ошибаться в сложных условиях.Допустим, в яркую солнечную погоду объект находится на темном фоне (деревья).

Диафрагменное число — Викизнание… Это Вам НЕ Википедия!

Диафрагменное число — относительный размер отверстия диафрагмы объектива, выраженный в обратных единицах. Оно определяет интенсивность света попадающего на светочуствительный элемент.

Диафрагменное число представляет собой отношение фокусного расстояния объектива к размеру отверстия диафрагмы. Так как параметр выражает линейный размер отверстия, то количество света, проходящее через него имеет обратно-квадратическую зависимость (а не обратную).

Диафрагменное число обычно обозначается как F/x или F:x, где x — его числовое значение, так, например, F/2,8 означает диафрагменное число 2,8. Существует стандартный ряд диафрагменных чисел: F/1,0, F/1,4, F/2,0, F/2,8, F/4,0, F/5,6, F/8,0, F/11, F/16, F/22, F/32, в котором каждая ступень различается с предыдущей в 1,4 (точнее ) раза, что даёт разницу в интенсивности пропускаемого света в 2 раза.

При использовании APEX (additive system for photographic exposure — аддитивная система фотографического экспонирования) диафрагменное число обозначают в логарифмических единицах, при этом называя величиной диафрагмы во избежание путаницы с обычными обозначениями.

Диафрагменное число определяется как 2 в степени, половины величины диафрагмы:

A = 2Av/2,

где A — диафрагменное число, Av — величина диафрагмы. Пример: величина диафрагмы 7 означает диафрагменное число F/11, так как 27/2 ≈ 11. Целые значения величины выдержки соответствуют стандартному ряду диафрагменных чисел.

Вместе с выдержкой, диафрагма определяет экспозицию. Таким образом, регулировка диафрагмы даёт возможность снимать при различной освещённости.

От диафрагменного числа зависит также глубина резкости, чем больше диафрагменное — тем больше глубина. Это позволяет использовать диафрагму для создания художественного эффекта. Если необходимо снять многоплановую сцену (пейзаж например), выбирается большое диафрагменное число, что делает резкой всю сцену. При съёмке какого-либо объекта на фоне обычно берут диафрагменное число поменьше, в результате фон делается несколько размытым, что обеспечивает эффект глубины.


Диафрагменное число — Энциклопедия по машиностроению XXL

В ЧИСЛО основных узлов современного фотоаппарата кроме рассмотренных в предыдущей главе входят системы автоматизированной установки экспозиции Когда говорят о современных автоматических фотоаппаратах, то имеют в виду, в первую очередь, автоматизированную установку экспозиции, а именно выдержки / и диафрагмы, т. е. диафрагменного числа я=/ / ) (где — фокусное расстояние объектива. ) —диаметр отверстия диафрагмы). Установка выдержки / (с) и диафрагмы п при заранее заданном значении светочувствительности фотоматериала 5 (ед. ГОСТ) должн. выполняться в зависимости от средней яркости объекта Ь (кд/м ) по так называемой экспонометрической формуле  [c.73]
Это уравнение введем в формулу отрезков (215), и с учетом диафрагменного числа k = f /O окончательно получим  [c. 269]

Относительное отверстие (или апертура) оптической системы должно быть выбрано с учетом светочувствительности фотокатода. По величине допустимой освещенности Ен на фотокатоде можно определить диафрагменное число объектива к или апертуру А в зависимости от яркости предмета В  [c.424]

Из анализа формул (222)—(226) вытекает важный вывод о том, что освещенность пропорциональна квадрату отношения диаметра входного зрачка оптической системы к ее фокусному расстоянию. Это отношение называется относительным отверстием, а величина, ему обратная, — диафрагменным числом К. Следовательно, чем меньше диафрагменное число, тем больше освещенность изображения.  

[c.126]

Между входным апертурным углом (половина угла охвата) и диафрагменным числом К имеет место зависимость, которую можно выявить из рассмотрения рис. 148.  [c.187]

За основу построения этого ряда принято условие, чтобы при переходе от одного относительного отверстия к ближайшему освещенность изображения изменялась вдвое, а для этого диафрагменное число должно изменяться в у 2 = 1,41 раза.[c.241]

Ряд сменных объективов для малоформатных зеркальных фотоаппаратов (далее в скобках последовательно указаны фокусное расстояние мм угловое поле, ° диафрагменное число К фотографическая разрешающая способность в центре поля Л о. мм , и на краю поля Л ш, мм )  [c.259]

Известная минимальная интегральная чувствительность свето-приёмника 5,Й1п = тш/Фтт позволяет определить зависимость диафрагменного числа К объектива от силы тока тю-  

[c.284]

Значения Кад для различных значений диафрагменного числа К  [c.116]

Вентиляция картера принудительная. Подвеска двигателя эластичная в четырёх точках на круглых резиновых подушках. Бензиновый насос диафрагменного типа с верхним отстойником и с дополнительным ручным приводом. Карбюратор вертикальный, балансированный, с обратным потоком и с переменным сечением диффузора. В карбюратор встроен ограничитель числа оборотов. Карбюратор оборудован ускорительным насосом и экономайзером. Воздушный фильтр сетчатый, с масляным резервуаром. Водяной насос центробежного типа. Термостат установлен в патрубке головки блока. Подогрев воды для облегчения запуска в холодное время осуществляется специальной бензиновой лампой.  [c.99]

О — диаметр поршня пневмоцилиндра в см d — диаметр штока пневмоцилиндра в см р — давление сжатого воздуха в кГ/сж q — сила возвратной пружины при крайнем рабочем положении поршня в кГ Т — коэффициент полезного действия (ц = 0,85) d, — внутренний диаметр резьбы (в жж) шпилек dj—для метрической резьбы на штоке в aui а — коэффициент затяжки (а 2,25) z —число шпилек [OpJ —допускаемые напряжения материала на растяжение в кГ/мм t — время срабатывания поршневых (диафрагменных)  [c.107]


Кроме термопар, устанавливаемых на лопатках диафрагм, в концевых и диафрагменных уплотнениях значительное их число устанавливалось в паровых гильзах (см. рис. 2.1) для измерения температур сред, омывающих корпуса ЦВД и ЦСД. В отличие от применявшихся ранее конструкций паровых гильз (см. рис. 2.1, б) усовершенствованная конструкция (см. рис. 2.1, а) проста в изготовлении и установке, а также отличается высокой надежностью, малой инерционностью и может быть рекомендована для установки в клапанах, цилиндрах и трубопроводах при давлении до 24 МПа и температуре до 540 °С.  [c.69]

Применение диафрагменной нажимной пружины в сцеплениях грузовых, в том числе и лесовозных, автомобилей имеет реальную перспективу [3]. Это объясняется рядом положительных качеств, свойственных данному элементу конструкции  [c.14]

При детальном расчете ступеней (см. п. 3.3.2) учитываются следующие особенности. Уточняются расходы пара по отдельным ступеням и отсекам, полученные в результате расчета тепловой схемы. Вычисляются утечки пара через концевые уплотнения и уплотнения штоков клапанов по выбранным диаметрам уплотнений, числу гребней в уплотнении и зазорам. При детальном рассмотрении каждой ступени необходимо также учитывать утечки через диафрагменное уплотнение.  [c.264]

Потеря напора в диафрагменном дросселе с каналом с острой кромкой (фиг. 220, а) в основном обусловлена потерями на удар, ввиду чего при практических расчетах этих дросселей можно применять формулу для расчета расхода при истечении жидкости из отверстия в тонкой стенке [см. выражение (23)], учитывая при этом число диафрагм.  [c.353]

Однако вместо второй колонны труб требуется дорогой электрический кабель. Производительность диафрагменных насосных агрегатов в скважинах небольшого диаметра ограничена, а работоспособность их, вероятно, будет значительно снижена вследствие тяжелых условий работы насосных клапанов, делающих очень большое число циклов в 1 мин.  [c.25]

О назначении и работе регуляторов давления было сказано несколько раньше, а на фиг. 134 была показана панельная компоновка регулятора с распределительным краном. С конструкциями отдельных регуляторов давления (редукционных вентилей) можно ознакомиться но многим книгам по приспособлениям и в том числе по трудам автора. Следует лишь напомнить о том, что от такого регулятора требуется большая чувствительность к изменению давления в приводе или сети. По конструкциям они делятся на поршневые и диафрагменные.  [c.253]

Гидравлические ограничители имеют такие существенные недостатки, как возможность утечки жидкости и нестабильность в работе при колебаниях температуры, когда изменение вязкости жидкости отражается на чувствительности и точности передачи сигнала перегрузки. Однако гидравлические, как и электромеханические ограничители имеют небольшое число подвижных деталей. Утечка жидкости в гидравлических ограничителях предупреждается применением герметизированной системы на основе полностью закрытых диафрагменных датчиков. Стабильность в работе улучшается подбором жидкости, вязкость которой с изменением температуры имеет меньшие колебания, а коэффициент объемного расширения близок к аналогичному коэффициенту материала деталей, окружающих рабочую жидкость.[c.53]

О. зрительных труб, биноклей и телескопов создают промежуточное изображение удалённых объектов в передней фокальной плоскости окуляра. При диаметрах О., не превышающих 100 мм, наиб, распространённым является О., состоящий из двух склеенных линз. При больших диаметрах линзы не склеиваются. Начиная с диам. 500—800 мм используются зеркальные О., что обусловлено трудностями в получении однородных по показателю преломления крупных заготовок оптич. стекла. Макс, диаметр (6 м) имеет О. телескопа Специальной астр, обсерватории АН СССР на Северном Кавказе. Диафрагменные числа О. телескопов, как правило, Я > 3 угл. поля 2ш 10° предел разрешения — мин. угол е (в секундах) между светящимися равиояркими точками (напр., звёздами), к-рые видны раздельно, определяется по ф-ле е = 140/1 , где П измеряется в мм.  [c.393]

Проекционные О. создают увелич. изображения плоских объектов (кинокадров, слайдов, микрофильмов, кинескопов телевизоров) на отражающих и просветных экранах. Оптич. системы этих О. аналогичны фотогр. О., но обычно обладают меньшими угл. полями и меньшими диафрагменными числами (Я 1,8).  [c.393]

Светосила E4L при постоянном отношении тп/4 = onst аависит от квадрата относительного отверстия. Различают (см. п. 43) геометрическую светосилу (D// ) и физическую светосилу X Dlf y. Относительное отверстие объектива, определенное с учетом коэффициента пропускан11я т, называется эффективным. Соответственно эффективное диафрагменное число = = f/(D т/т) = К .  [c.241]


В зависимости от значения диафрагменного числа различают объективы сверхсветосильные (/С-[c.241]

Экспозиция обеспечивается в фотоаппаратах установкой диафрагменного числа К и временем срабатывания затвора (выдержкой). От экспозиции зависит оптическая плотность О химически обработанного светочувствительного сло1я. Экспозиция, в свою очередь, связана со светочувствительностью 5 применяемого фотографического материала. В настоящее время в соответствии с требованиями ГОСТ 10691—84 для фотографических черно-белых негативных пленок светочувстви-  [c.254]

Пример. Определить выдержку при съемке книжного текста, освещенного с расстояния 450 мм электрической лампой с силой света / = 60 кд под углом падения в = 30°, коэффициент отражения р = 0,6. Фотографирование осуществляется иа пленку со светочувствительностью 64 ед. ГОСТ объективом с угловым полем изображения 2о> = 47° при диафрагменном числе /С = 2 лниенное увеличение Р = —0,15, Рр = 1, коэффициент пропускания объектива т = 0,9,  [c.255]

Потери от диафрагменных утечек. В месте прохода вала через отверстие диафрагмы расположены лабиринтовые уплотнения. Они установлены с зазором и состоят из чередующихся кольцевых щелей и следующих за ними камер (рис. 4.15) Перепад давлений распределяется между несколькими щелями, ускорение потока в щели сменяется потерей его кинетической энергии в камере и соответствующим восстановлением энтальпии. Таким образом, процесс в уплотнениях приближается к дросселированию (/ = = onst). Утечки зависят от числа щелей, площади зазора, перепада давлений и типа уплотнений. Уменьшение величины зазоров сочетают с заострением кромок гребней для предупреждения аварий при задевании. С этой же целью устанавливают сегменты уплотнений на пружинах.  [c.138]

Осциллограммы, полученные во время дорожных испытаний, удобно обрабатывать в виде кривых распределения. По логарифмической шкале на оси ординат обычно откладывают число воздействий в минуту, а по оси абсцисс — значения основных величин. На фиг. 4 показаны кривые распределения изменения давления сжатого воздуха в диафрагменной пневморессоре и относительные перемещения кузова и колес в зависимости от наличия или отсутствия амортизаторов. Автомобиль двигался по проселочной дороге со скоростью 20 км1час. Анализ и сравнения кривых распределения позволяют сделать соответствующие выводы о работе диафрагменной пневморессоры в реальных дорожных условиях.[c.299]

Конструкция вкладыша с малыми зазорами фирмы Дешимаг показана на фиг. 47 (приблизительно 1937 г.) Он предназначен для многокорпусных судовых турбин активного типа средней и крупной мощности. Роторы этих турбин в основном короткие, цилиндры жесткие характерны весьма малые зазоры в концевых и диафрагменных уплотнениях (0,2- 0,25 м.м). Поэтому важно получить максимально устойчивое положение вала в подшипнике при всех режимах, в том числе и при качке корабля.  [c.166]

Карбюраторы К-88 и К-126Б имеют ограничитель числа оборотов коленчатого вала центробежно-вакуумного типа Ограничитель (рис. 65) состоит из центробежного датчика укрепленного на крышке распределительных шестерен и диафрагменного механизма с вакуумной камерой, при крепленного к нижнему патрубку карбюратора. Ограничи тель приводится в действие от распределительного вала двигателя. Центробежный датчик соединен одним трубопроводом с воздушным патрубком карбюратора, а другим трубопроводом — с вакуумной камерой диафрагменного механизма.[c.106]

Сцепление (марка, тип) Коробка передач (марка, тип) число передач передаточные числа I-П- III- IV- V-ЗХ- Главная передача (марка, тип) передаточное число сухое, однодисковое, с диафрагменной пружиной, с гидравлическим приводом с ручным управлением, полностью синхронизированная автомати- ческая  [c.176]

Из соотношения (2.30) видно, что протечка через диафрагменное уплотнение обратно пропорциональна корню квадратному из числа уплотняющих фебешков и прямо пропорциональна площади для прохода пара Fy = л Z)y 51, где Z)y — диаметр уплотнения.  [c.44]

Пневматические приводы по конструкции силовой части можно разделить на поршневые и диафрагменные, а по способу компоновки с приспособлением их подразделяют на встроенные (помещающиеся в корпусе приспособления, и составляющие С ним одно целое), прикрепляемые (помещаются отдельно от корпуса приспособления и прикрепляются к нему) и универсальные — агрегатировапные (представляющие собой отдельный пневмоагрегат, применяемый для перемещения зажимных элементов различных станочных приспособлений). Достоинство пневмоприводов — простота конструкции, быстрота действия, малая стоимость изготовления, работоспособность привода не зависит от колебания окружающей среды, непрерывность действия зажимной силы, вследствие чего эта сила может быть значительно меньше, чем при ручном приводе. Недостатками пневмоприводов (особенно поршневых) являются значительные габаритные размеры, что является следствием использования малых давлений, и отсутствие плавности приложения зажимного усилия, что в ряде случаев является недопустимым. Пневмоприводы наиболее целесообразно применять при сравнительно небольших и средних значениях зажимных усилий в средних по размерам приспособлениях с одним зажимом или с небольшим их числом (2-—3).  [c.529]

Ограничитель числа оборотов. Работа двигателя с числом оборотов в минуту коленчатого вала выше допустимого увеличивает износ деталей кривошипно-шатунного механизма, а также повышает расход топлива и масла. Во избежание этого двигатели автобусов ПАЗ-672, ЛАЗ-695М, ЛАЗ-697М и ЛиАЗ-677 снабжают центробежно-вакуумным ограничителем числа оборотов. Такой ограничитель (рис. 13) состоит из центробежного датчика, установленного на крышке распределительных шестерен двигателя, и диафрагменного механизма ограничения числа оборотов, прикрепленного к нижней части корпуса карбюратора.  [c.46]


Производительность диафрагменных насосов рассчитывается с большим запасом и доходит до 50—80 кг/час при 1000 об/мин распределительного вала. Часовой расход бензина при числе оборотов, соответствующем полной мошдости двигателя, не превышает 20—25 кг/час во избежание перекачивания топлива в карбюратор пружину диафрагмы подбирают так, чтобы ее давление не могло преодолеть подъемную силу поплавка и открыть игольчатый клапан в поплавковой камере.  [c.75]

По Мере накопления осадки из грязеотстойника удаляют. На АТП с числом хранения автомобилей боле 50 очистка грязеотстойников дблжйа быть механизирована. В последкее время получили распространение следующие средства механизации удаления грязи насосы диафрагменного типа, грязевой насос-смеситель и инжектор, скребковый транспортер, контейнер, гидроэлеватор и другие устройства. Диафр1агменные насосы наиболее просты и эффективны.  [c.124]


Eve thinks — Диафрагменное число

Диафрагменное число (F), wide

 (от 1.0 до 8.0) 

Минимальное значение диафрагменного числа объектива фотокамеры.
Подробнее о диафрагменном числе можно прочитать в разделе «Диафрагменное число (F), tele». По этому числу можно судить о светосиле объектива, то есть о его способности пропускать свет. Для объективов с зумом (см. «Оптический Zoom») в поле «Диафрагменное число (F), wide» указывается минимальное значение F-числа в положении «широкий угол».

Диафрагменное число (F), tele

 (от 1.8 до 8.5) 

Максимальное значение диафрагменного числа объектива фотокамеры.
Диафрагменное число (или F-число) — это отношение фокусного расстояния к диаметру диафрагмы. Подробнее о фокусном расстоянии можно прочитать в разделе «Фокусное расстояние». Диафрагма — это устройство объектива фотокамеры, регулирующее диаметр действующего отверстия объектива, через которое проходит свет. Обычно диафрагма имеет вид «лепестков», которые, складываясь вместе, открывают или закрывают отверстие для света.

Диафрагменное число определяет количество света, которое попадает на фотоматрицу. Чем меньше диафрагменное число, тем больше света способен пропустить объектив и тем более качественную фотографию можно будет получить при слабой освещенности. Минимальное значение F-числа определяет конструкция объектива, максимальное значение можно выставить путем ручной регулировки диафрагмы. Обычно всех интересует именно минимальное значение диафрагменного числа, которое определяет способность объектива «пропускать» свет.

Для объективов с переменным фокусным расстоянием (зум-объективов, см. «Оптический Zoom») указывается два значения F-числа: для положения, когда фокусное расстояние минимально (его называют «широкий угол») и для положения, когда фокусное расстояние максимально («телеположение»). Диафрагменное число для «телеположения» больше, чем для «широкого угла». По этим двум значениям можно оценить, насколько хорошо объектив «пропускает» свет для разных режимов съемки. Для объективов с зумом в поле «Диафрагменное число (F), tele» указывается минимальное значение F-числа в «телеположении».



Вывод:
Для объективов с оптическим зумом указывается мин. и макс. диафрагменное число,
а для остальных объективов = только минимальное диафрагменное число.

Геометрическое относительное отверстие объектива | БЛОГ ДМИТРИЯ ЕВТИФЕЕВА

Относительное отверстие объектива — отношение диаметра выходного зрачка объектива к его заднему фокусному расстоянию . Его величину выражают в виде дроби: 1/К, когда числитель приведён к единице. Знаменатель относительного отверстия называют «диафрагменным числом» или «числом диафрагмы» .

Теоретический предел относительного отверстия для апланатических систем 1:0,5

Относительное отверстие объектива уменьшают ирисовой диафрагмой, позволяющей бесступенчато менять её величину (большинство современных объективов оснащаются кольцами управления такой диафрагмой с фиксацией на конкретных значениях) . На оправу объектива может быть нанесена шкала из знаменателей относительных отверстий (числа ирисовой диафрагмы) , соответствующих различному диафрагмированию, на большинстве современных объективов такая шкала (как и кольцо регулировки диафрагмы) отсутствует и установка диафрагмы производится органами управления на теле камеры. Перевод ирисовой диафрагмы на одно деление изменяет относительное отверстие в раза, что даёт увеличение или уменьшение освещённости оптического изображения в два раза, за исключением первых двух чисел ирисовой диафрагмы, у которых такого изменения может и не быть.

Шкала ирисовой диафрагмы стандартизована, и образует следующий ряд:

1:0,7; 1:1; 1:1,4; 1:2; 1:2,8; 1:4; 1:5,6; 1:8; 1:11; 1:16; 1:22; 1:32; 1:45; 1:64.

Впрочем, первые диафрагменные числа на объективах могут и не совпадать со стандартными (1:2,5; 1:1,7).

Для удобства пользования на шкалу диафрагм обычно наносят только знаменатели относительных отверстий.

В современных автоматических и полуавтоматических фотоаппаратах число диафрагмы может устанавливаться не только на значения стандартного ряда, но и на промежуточные величины.

Следует отметить, что для некоторых зеркально-линзовых объективов данные рассуждения применимы с оговорками. В них диафрагма может иметь форму не круга, а кольца, и для нахождения диаметра входного зрачка необходимо реальный входной зрачок (кольцо) заменить при расчёте кругом эквивалентной площади. Диаметр найденого круга и будет являться искомым диаметром входного зрачка для применения в дальнейших расчётах.

Диафрагма лучше больше или меньше. Диафрагменное число

Простое определение фотографии – это рисование светом.

Когда вы рисуете светом, вы создаете историю в доле секунды. Вот о чем все фотографии. Технически ваша камера измеряет количество света в сцене, и вы указываете ей сколько этого света вы хотите использовать, чтобы создать изображение с правильной экспозицией. Это становится вашей историей.

Существует три основные настройки для контроля света; выдержка, ISO и, мое любимое, диафрагма. Каждая из этих установок имеет свой индивидуальный способ измерения количества света. Когда все три правильно сбалансированы, вы создаете правильную экспозицию.

Хотя каждая из этих настроек измеряет количество света, они также имеют отличительные характеристики, которые вносят художественные черты в ваши снимки. Понимая их, вы контролируете всю историю, о которой хотите рассказать.

Выдержка захватывает движение или «замораживает» его. ISO помогает контролировать насколько чувствительна ваша камера к имеющемуся в сцене свету. И, наконец, диафрагма создает глубину резкости. Вот где появляется история; это с помощью диафрагмы вы контролируете, что будет в фокусе, а что нет.

Как фотограф, как вы решаете, на чем вашему зрителю сфокусировать внимание? Как вы создаете свою историю? Вот что такое диафрагма и вот почему я ее люблю.

Где она и что она делает?

Диафрагма находится в вашем объективе, не в корпусе фотокамеры. Отверстие объектива открывается и закрывается, чтобы контролировать количество света. Выбрав определенное значение диафрагмы, вы говорите объективу какое количество света должно попасть на матрицу.

Это очень похоже на то, как устроен человеческий глаз. Ваши зрачки расширяются и сужаются в соответствии с тем, сколько света присутствует в сцене. Например, когда вы входите в темный зал кинотеатра. Сначала вы ничего не видите, но затем ваши глаза настраиваются. Зрачки расширяются, позволяя вам увидеть столько света, сколько возможно в темной комнате.

Опять же, когда вы находитесь на улице в солнечный день, сначала свет слишком яркий. Ваши зрачки сужаются, впуская меньше света. Диафрагма объектива работает по тому же принципу. Изменение значение диафрагмы – это сужение или расширение зрачка.

Размер диафрагмы объектива измеряется в так называемых f-ступенях (диафрагменное число). Как и остальные настройки камеры, она имеет общий диапазон.


Запоминать числа необязательно. Важно видеть диапазон в настройках. Здесь есть хитрость; чем меньше диафрагменное число (например, f/1.8), тем больше открывается диафрагма. Это означает, что большее количество света попадет в отверстие объектива, и наоборот. Чем больше диафрагменное число (например, f/22), тем меньше откроется диафрагма, и меньше света попадет в объектив.

Принимайте диафрагменное число за дробь. Просто замените F с номером один. 1/4 пирога – это гораздо больше, чем 1/16 пирога.

Небольшое примечание: не все объективы устроены одинаково. Разные объективы имеют разную диафрагму. Некоторые имеют диапазон шире, некоторые – меньше. Стандартные объективы имеют диапазон f/3.5–f/22. Специальные же могут опускаться до числа f/1.2 и ниже.

Видение глубины резкости.

Вот где начинается удовольствие. При измерении количества света, когда отверстие объектива расширяется и сужается, также измеряется глубина резкости. Опять-таки, ваши глаза делают то же самое!

Когда вы смотрите на монитор и читаете эту статью, все слова в основном в фокусе для ваших глаз. Периферическим зрением вы можете также видеть другие предметы, но они будут не в фокусе.

Заметьте, ваши руки на клавиатуре, они на переднем плане, и возможно книжная полка на заднем плане. Вы можете их видеть, но они не в фокусе. Вы видите глубину резкости.

Хорошая фотография делает именно это. Она захватывает передний план, середину и задний план. Задавая диафрагму, вы контролируете, какая из этих областей будет в фокусе. Все это зависит от вашего намерения, от вашей истории.

Определение глубины резкости.

С помощью точки фокусировки (тот маленький квадратик в середине видоискателя) вы фокусируетесь на определенной части сцены. Эта точка будет самой четкой на вашем изображении. Участок перед этой точкой фокусировки и позади нее будет тоже в фокусе. Расстояние между крайней передней и крайней задней точкой, которые находятся в фокусе, считается глубиной резкости. Вы сами решаете, какой она будет, выбрав определенный размер диафрагмы.


Это история об обезьяне на скале. Кусты на переднем плане и храм на скале на заднем плане не вошли в область фокусировки. Они вне глубины резкости. Это привлечет ваше внимание к точке фокусировки — обезьянке в середине.

Помните, меньше диафрагменное число, больше открытие, больше света попадает в объектив. Это означает, что меньшая область вашей сцены будет в фокусе и у вас получится малая глубина резкости. Также верно обратное. Большее диафрагменное число, меньшее открытие, меньше света попадает в объектив. В этом случае практически вся сцена будет в фокусе, и вы получите большую глубину резкости.

Проще говоря, чем больше диафрагменное число, тем большая область будет в фокусе. Чем меньше диафрагменное число, тем меньшая область в фокусе.

Глубина резкости более подробно.

Когда вы устанавливаете точку фокусировки на определенном участке, это место создает фокальную плоскость. Все, что находится на том же расстоянии от объектива, находится в той же фокальной плоскости и будет в фокусе.


При малой глубине резкости (малое число) фокальная плоскость очень малая. Если глубина резкости больше (большое число), то фокальная плоскость становится больше.

Здесь одна и та же сцена, сфотографированная с разными установками диафрагмы. Обратите внимание, что глубина резкости влияет на то, насколько большой участок изображения остается в фокусе.


При f/2.2 только солнцезащитные очки находятся в фокусе. При f/5.6 шляпа тоже в фокусе. Используя f/8.0 вы можете разглядеть деревья на заднем плане. И, наконец, при f/22 все изображение находится в фокусе.

Какое из них расскажет лучшую историю? Вам как фотографу решать.


Теперь, когда вы имеете понятие об основах, самое время развлечься! Вот несколько советов, чтобы начать практиковаться.

Установите вашу камеру в режим Приоритет диафрагмы. У вас будет полный контроль над диафрагмой, при этом не волнуясь о правильной экспозиции. Таким образом вы можете просто сосредоточится на глубине резкости. Это отличный способ понять, что делает ваш объектив, когда вы изменяете установки диафрагмы.

Выберите предмет или сцену. Сфотографируйте ее с разных углов. Выбирайте разные участки для фокусировки, используя при этом весь диапазон установок диафрагмы.

Воспользуйтесь этими советами, как использовать глубину резкости в разных сценариях:


Когда вы фотографируете один объект, например, портрет ребенка, лучше всего использовать меньшее диафрагменное число, например, f/1.2-f/2.8. Создание малой глубины резкости привлекает внимание на лицо, которое в портрете всегда важнее всего;


Когда снимаете небольшую группу людей (2-5 человек), установите f/4-f/8. Эта глубина резкости немного больше, и это гарантирует, что все люди попадут в область фокусировки;

Каждый раз, когда у вас открытая сцена, как, например, пейзаж, и вы хотите все показать в фокусе, выбирайте число выше f/10.

Это всего лишь советы. Фотография – это вид искусства. Будьте креативны и помните, что все это для того, чтобы рассказать историю.


Что это за странные диафрагменные числа ? 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11 Почему бы не обозначать диафрагмы в целых числах? Например, 1, 2, 3, 4, 5 Сегодня мы, наконец, разберёмся с этими странными числами, выяснив их происхождение.

Так, откуда взялись эти цифры?

Для начала выясним, что есть собственно диафрагма. Диафрагма – это устройство, позволяющее изменять количество света, проходящее сквозь объектив, и глубину резкости.

Диафрагменное число это отношение фокусного расстояния объектива к диаметру диафрагмы . Диафрагменное число так и записывается f/x (фокусное расстояние разделить на какое-то число).

Ряд диафрагменных чисел привязан к ступени экспозиции . Одна ступень экспозиции равна изменению освещённости в два раза . Соответственно, изменение на одно диафрагменное число как на иллюстрации в начале статьи равно изменению освещённости на одну ступень экспозиции.

Для краткости ступень экспозиции на английский манер даже в России иногда называют стопом («один стоп» или f-stop).

Чем больше открыта диафрагма, тем меньше диафрагменное число .

Для того чтобы через объектив проходило света в два раза больше (или иначе, на одну ступень больше) необходимо увеличить площадь отверстия в два раза. Рассмотрим иллюстрацию ниже.


В первом случае свет проходит через отверстие площадью S 1 с диаметром d 1 , а во втором случае площадь отверстия S 2 в два раза больше

На сколько при этом увеличится диаметр отверстия d 2 ? Тоже в два раза? Нет. Давайте вспомним формулу расчёта площади круга.

Заменим площади отверстий в нашем первом уравнении на формулы, выраженные через диаметры. И найдём соотношение между d 2 и d 1 .

Извлечём корень из двойки и получим приблизительную формулу.

Другими словами, если площадь круга увеличилась в 2 раза, то его диаметр увеличился в 1.4 раза.

А теперь составим последовательность из диаметров отверстий так, чтобы каждое последующее отверстие имело площадь в два раза меньшую. Иначе говоря, количество света через каждое последующее отверстие должно уменьшаться на одну ступень. Начнём с единицы.

1 x 1.4 = 1. 4
1.4 x 1.4 = 2
2 x 1.4 = 2.8
2.8 x 1.4 = 4
4 x 1.4 = 5.6
5.6 x1.4 = 8
81.4 = 11 и т. д.

Ничего не напоминает? Теперь, надеюсь, понятно, откуда взялись столь странные цифры ряда диафрагм?

Этот ряд называется основным . В этом ряду изменение на одно число ведёт к изменению количества света на одну ступень . На вашем фотоаппарате есть и другие диафрагменные числа, которые не входят в основной ряд. Что же это за числа и зачем они нужны?

Диафрагменные числа, отличные от основного ряда – это промежуточные значения между основными числами. Чем больше промежуточных значений, тем точнее можно выставить экспозицию. Обычно хватает точности уже при делении промежутка между основными числами на три части. Например, между диафрагмой 5.6 и диафрагмой 8 , вы найдёте ещё диафрагменные числа 6.3 и 7.1 .

5.6 + 1/3 ступени экспозиции = 6. 3
5.6 + 2/3 ступени экспозиции = 7.1
5.6 + 3/3 ступени экспозиции = 8
или
6.3 + 1/3 ступени экспозиции = 8
или
8 2/3 ступени экспозиции = 6.3 и т. д.

Таким образом, ряд диафрагм с шагом 1/3 ступени будет выглядеть следующим образом (красным выделены числа основного ряда).

…1 , 1.1, 1,2, 1.4 , 1.6, 1.8, 2.0 , 2.2, 2.5, 2.8 , 3.2, 3.5, 4 , 4.5, 5.0, 5.6 , 6.3, 7.1, 8 , 9, 10, 11 , 13, 14, 16 , 18, 20, 22 , 25, 29, 32 …

В настройках вашего фотоаппарата может быть выбран и другой шаг изменения диафрагм 1/2 ступени экспозици. Тогда ряд диафрагм будет выглядеть следующим образом.

1.4 , 1.8, 2.0 , 2.5, 2.8 , 3.5, 4.0 , 4.5, 5.6 , 6.7, 8.0 , 9.5, 11 , 13, 16 , 19, 22 , 27, 32 , 38

Не удивляйтесь, что и в первом и во втором случае вы видите иногда одни и те же числа промежуточного ряда. Например, и при шаге 1/3 и при шаге 1/2 вы наблюдаете число 2,5 и 13 . Это из-за неточности вычислений. Но в практической съёмке этим можно пренебречь.

Может ли быть диафрагма меньше единицы? Да, может. Это означает, что фокусное расстояние меньше диаметра отверстия диафрагмы.

Минимальное диафрагменное число указывается прямо на объективе. Например, цифры в маркировке объектива Canon EOS 50/1.4 USM расшифровываются так: фокусное расстояние 50 мм , минимальное диафрагменное число – 1.4 .

Если у вас объектив с переменным фокусным расстоянием (зум-объектив), то вы можете увидеть два значения диафрагмы. Например, Canon EOS 70-300/4-5.6 USM . Здесь производитель сообщает вам, что при фокусном расстоянии 70 мм минимальное диафрагменное число будет равно 4 , а при фокусном расстоянии 300 мм 5.6 . Эти числа не обязаны совпадать со стандартными значениями.

Максимальное диафрагменное число указывать не принято.

Почему диафрагменное число прижилось среди фотографов?

Из-за своего удобства. Рассмотрим два объектива с разным фокусным расстоянием – 50 мм и 100 мм . Для объектива 50 мм диафрагма f/2 будет означать, что её отверстие открыто на 25 мм , а для объектива 100 мм диафрагма f/2 будет означать, что диафрагма открыта на 50 мм . Но и в том и другом случае количество света, падающего на матрицу, будет одинаково . Следовательно нам не надо запоминать диаметры в миллиметрах каждого конкретного объектива. Достаточно запомнить ряд диафрагм.

Чем больше вы занимаетесь практической съёмкой, тем быстрее вы запоминаете ряд диафрагменных чисел. Для более быстрого запоминания основного ряда диафрагменных чисел можно воспользоваться следующим приёмом. Разбиваем весь ряд на две части.

Первая часть: 1 , 2 , 4 , 8 , 16 , 32 и т. д. Каждое последующее число просто умножается на 2 .
Вторая часть: 1.4 , 2.8 , 5.6 , 11 , 22 Каждое последующее число точно так же умножается на 2 .
Так вы запомните сразу весь ряд.

В следующей статье мы продолжим разбор понятия ступень экспозиции .

Удачи в работе и творчестве!

Диафрагменное число

Диафра́гменное число́ — значение знаменателя текущего относительного отверстия объектива .

Определяется отношением входного зрачка к заднему фокусному расстоянию f»/D.

Чем выше число диафрагмы, тем уже относительное отверстие, и тем меньше света попадает на плёнку или матрицу цифрового фотоаппарата. При изменении диафрагмы на квадратный корень из 2 освещенность кадра уменьшается вдвое. Для примера:

Диафрагма F/1.4 (≈ корень из 2).

Возводим в квадрат получаем 2.

Возводим в куб получаем ≈2,8.

Возводим в 4-ю степень получаем 4.

Возводим в 5-ю степень получаем ≈5,6.

Возводим в 6-ю степень получаем 8.

Объективы фотокамер градируются шкалами диафрагм таким образом, что при переходе к соседнему значению шкалы освещённость кадра изменяется в два раза. Шкалы диафрагм: 1; 1.4; 2; 2.8; 4; 5.6; 8; 11; 16 и т.д. В такой маркировке есть значительное удобство. При переходе с диафрагмы 5,6 на диафрагму 8 мы получаем ровно вдвое меньше света и соответственно для получения той же экспозиции увеличиваем выдержку вдвое.

Литература

  • Кулагин С.В., Апарин Е.М. Проектирование фото- и киноприборов. М.: Машиностроение, 1986.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Диафрагменное число» в других словарях:

    диафрагменное число — (K) Величина, обратная относительному отверстию. [ГОСТ 7427 76] диафрагменное число По ГОСТ 7427 76. Примечание Номинальные значения диафрагменного числа съемочного фотографического объектива составляют геометрическую прогрессию со знаменателем 2 … Справочник технического переводчика

    Диафрагменное число (f-number) — Величина, показывающая отношение фокусного расстояния к максимальному диаметру диафрагмы. Шкала значений диафрагменного числа имеет деления 1,0/ 1,4/ 2/ 2,8/ 4/ 5,6 и т. д., с шагом 1,4. Увеличение диаметра диафрагмы (и количества пропускаемого… … Глоссарий терминов бытовой и компьютерной техники Samsung

    Световое число, условное число, однозначно выражающее внеш. условия при фотосъёмке (обычно яркость объекта съёмки и светочувствительность применяемого фотоматериала). Любому значению Э. ч. можно подобрать неск. сочетаний диафрагменное число… … Большой энциклопедический политехнический словарь

    Глубина резкости В фотографии глубина резко изображаемого пространства (ГРИП) это одна из характеристик объектива. Глубина резко изображаемого пространства на фотографическом изображении это расстояние между передней и задней… … Википедия

    Светосила объектива величина, характеризующая степень ослабления объективом светового потока. Иногда светосилой неправильно называют величину знаменателя относительного отверстия (диафрагменное число), так как светосила характеристика… … Википедия

Диафрагменное число — относительный размер отверстия диафрагмы объектива, выраженный в обратных единицах. Оно определяет интенсивность света попадающего на светочуствительный элемент.

Диафрагменное число представляет собой отношение фокусного расстояния объектива к размеру отверстия диафрагмы. Так как параметр выражает линейный размер отверстия, то количество света, проходящее через него имеет обратно-квадратическую зависимость (а не обратную).

Диафрагменное число обычно обозначается как F/x или F:x , где x — его числовое значение, так, например, F/2,8 означает диафрагменное число 2,8. Существует стандартный ряд диафрагменных чисел: F/1,0, F/1,4, F/2,0, F/2,8, F/4,0, F/5,6, F/8,0, F/11, F/16, F/22, F/32, в котором каждая ступень различается с предыдущей в 1,4 (точнее ) раза, что даёт разницу в интенсивности пропускаемого света в 2 раза.

При использовании APEX (additive system for photographic exposure — аддитивная система фотографического экспонирования) диафрагменное число обозначают в логарифмических единицах, при этом называя величиной диафрагмы во избежание путаницы с обычными обозначениями. Диафрагменное число определяется как 2 в степени, половины величины диафрагмы:

A = 2 Av /2 ,

где A — диафрагменное число, Av — величина диафрагмы. Пример: величина диафрагмы 7 означает диафрагменное число F/11, так как 2 7/2 ≈ 11. Целые значения величины выдержки соответствуют стандартному ряду диафрагменных чисел.

Вместе с выдержкой , диафрагма определяет экспозицию . Таким образом, регулировка диафрагмы даёт возможность снимать при различной освещённости.

От диафрагменного числа зависит также глубина резкости , чем больше диафрагменное — тем больше глубина. Это позволяет использовать диафрагму для создания художественного эффекта. Если необходимо снять многоплановую сцену (пейзаж например), выбирается большое диафрагменное число, что делает резкой всю сцену. При съёмке какого-либо объекта на фоне обычно берут диафрагменное число поменьше, в результате фон делается несколько размытым, что обеспечивает эффект глубины.

Читайте также.
..

kapankov.ru — Диафрагма

В статье «Экспозиция. Общие сведения» Вы уже познакомились с понятием диафрагма. Теперь более подробно рассмотрим этот инструмент.

Диафрагма — это устройство объектива, позволяющее регулировать отверстие и тем самым изменять количество проходящего через объектив света, а также влиять на глубину резкости, общую резкость и аберрации. Существует также такое понятие как Апертура, под которым понимается именно геометрическая величина отверстия. Диафрагма же является именно механическим устройством, позволяющим менять диаметр отверстия.

Диафрагма обычно состоит из трех и более серповидных лепестков, приводимых в движение специальным электроприводом. При открытой диафрагме лепестки полностью открывают отверстие, при закрытой (минимальной) формируют многоугольник, близкий по форме к окружности. Количество лепестков влияет на «боке» — рисунок, получаемый в результате размытия источников света или отражающих поверхностей объектов вне зоны фокусировки. Чем больше лепестков (чем более круглым выглядит отверстие), тем красивее рисунок боке. Некоторые любители даже изготавливают специальные пластинки с отверстиями в виде сердечек, например, и закрепляют их перед передней линзой объектива, при этом боке начинает выглядеть в виде тех же сердечек. Можете попробовать сами, эффект замечательный просто 🙂

В настоящее время в подавляющем большинстве объективов используется прыгающая ирисовая диафрагма. Ирисовая означает тип диафрагмы (ранее в некоторых первых фотокамерах использовалась вставная или револьверная). Прыгающая означает механизм привода. Прыгающая диафрагма закрывается только во время снимка в момент нажатия на спусковую кнопку и открывается сразу после окончания экспонирования кадра. То есть когда мы фокусируемся на объекте мы смотрим в полностью раскрытую диафрагму. На многих камерах существует кнопка предварительного просмотра ГРИП. Эта кнопка активизирует так называемый репетир диафрагмы, который закрывает прыгающую диафрагму на нужное нам время. Благодаря этой функции можно оценить ГРИП через видоискатель визуально, а не при помощи математического расчета.

В качестве значений диафрагмы используют диафрагменные числа. Существует понятие относительного отверстия объектива — отношение диаметра апертуры (D) к его фокусному расстоянию (F). При этом отношение D/F приводят к виду, когда в числителе 1, т.е. D/F=1/(F/D)=1/k, где k — это диафрагменное число, выраженное как отношение фокусного расстояния к диаметру апертуры. Существует так называемый диафрагменный ряд:

1/1; 1/1,4; 1/2; 1/2,8; 1/4; 1/5,6; 1/8; 1/11; 1/16; 1/22; 1/32;

где числа 1;1,4;2;2,8;4;5,6;8;11;16;22;32 — это диафрагменные числа. Каждое последующее число отличается на корень из двух, что примерно равно величине 1.4, и означает изменение интенсивности света ровно в два раза (на один стоп экспозиции). Величина «корень из двух» получается из соображений, что площадь отверстия увеличивается в два раза. Соответственно, используя школьную формулу площади круга легко вывести, что при увеличении площади круга в два раза, диаметр увеличится примерно в 1. 4 раз. Диафрагменный ряд — это как «Отче наш» для фотографа, его нужно знать наизусть, так как это сильно помогает в быстром вычислении в голове изменения экспозиции и подбора нужной зоны ГРИП. Очень часто, диафрагму обозначают как f/x, где x-диафрагменное число

Чем больше диафрагменное число, тем меньше относительное отверстие диафрагмы и наоборот.

Диафрагма оказывает непосредственно влияние на экспозицию. Думаю, что с этим разобрались. Чем больше отверстие, тем светлее картинка и наоборот. Т.е. при изменении диафрагмы при неизменной экспозиции необходимо корректировать выдержку или чувствительность ISO.

Диафрагма также влияет на ГРИП. Чем больше отверстие, тем меньше ГРИП, а фон более размытый.

Чрезмерное закрытие диафрагмы (обычно меньше f/16) приводит к падению резкости (явление дифракции). Поэтому совет — избегать использование диафрагм менее f/16. Вообще, для любого объектива есть диапазон диафрагм, для которых возможно получить максимальную резкость, обычно это от 5. 6, до 11.

Аберрации — чем больше отверстие (чем меньше диафрагменное число), тем выше уровень аберраций. Существует мнение, что оптимальным по качеству картинки является значение на два стопа больше максимально открытой апертуры. То есть, если у объектива 50 mm/1,4 максимальное диафрагменное число 1,4, то качественные изображения можно получить лишь начиная со значения 2,8. Это очень упрощенный совет. Следует внимательно изучить свой экземпляр объектива и исходить из собственных предпочтений при выборе диафрагмы.

Ну и последнее. С закрытием диафрагмы уменьшается виньетирование. При закрытии диафрагмы более чем на два-три стопа эффект виньетирования практически не наблюдается на любых объективах при условии, что нет дополнительных фильтров и круглой бленды.

Дополнительные материалы:

Стопы и ступени диафрагмы

Прикройте, хоть чуть-чуть…

Что такое диафрагма?

Домашнее задание

Снимите портрет. Начиная с полностью открытой диафрагмы на длинном фокусе с близкого расстояния используя кнопку предварительного просмотра ГРИП подберите такую диафрагму, которой будет достаточно, чтобы лицо от кончика носа до ушей было резким, а фон размытым. Тестовых кадров для оценки глубины резкости делать не нужно.

F / # и глубина резкости в оптических системах

Каждая оптическая система характеризуется диафрагмой, которая определяет количество света, проходящего через нее. Для данного диаметра апертуры d и фокусного расстояния f мы можем вычислить F-число оптики:

Типичные F-числа: F / 1.0, F / 1.4, F / 2, F / 2.8, F / 4, F / 5,6, F / 8, F / 11, F / 16, F / 22 и т. Д. Каждое приращение в F-числе (меньшая диафрагма) уменьшает падающий свет в 2 раза. Данное определение F-числа применяется к линзам с фиксированным фокусным расстоянием, где объект расположен «на бесконечности» (т.е.е. на расстоянии, намного превышающем его фокусное расстояние). Для макро- и телецентрических объективов, где объекты находятся на более близком расстоянии, вместо этого используется рабочий F / # (wF / #). Это определяется как:

Соотношение между диафрагмой (F / #) и глубиной резкости.

Число F влияет на глубину резкости оптики (DoF), то есть диапазон между ближайшим и самым дальним местоположением, в котором объект находится в приемлемом фокусе. Глубина резкости — довольно вводящая в заблуждение концепция, потому что физически существует одна и только одна плоскость в пространстве объекта, которая сопряжена с плоскостью сенсора.Однако, учитывая дифракцию, аберрацию и размер пикселя, мы можем определить «приемлемое расстояние фокусировки» от плоскости сопряжения изображения на основе субъективных критериев. Например, для данного объектива приемлемое расстояние фокусировки для приложения точного измерения, требующего очень резкого изображения, меньше, чем для приложения грубого визуального контроля.

Апертура оптической системы.

Обычное значение F-числа — F / 8, поскольку меньшая диафрагма может привести к дифракционным ограничениям, в то время как линзы с большей диафрагмой больше подвержены оптическим аберрациям и искажениям.2`

, где p — размер пикселя датчика (в микронах), M — увеличение объектива, а k — безразмерный параметр, который зависит от приложения (приемлемые значения: 0,008 для приложений измерения и 0,015 для проверки дефектов). Например, принимая p = 5,5 мкм и k = 0,015, линза с увеличением 0,25X и WF / # = 8 имеет приблизительную глубину резкости = 10,5 мм.

Связь между количеством падающего света F / #, разрешением и глубиной резкости.

Системная пропускная способность, f / # и числовая апертура

Авторы: Грегори Холлоуз, Николас Джеймс

Это Раздел 2.1 Руководства по работе с изображениями.

Параметр f / # (произносится как «число F») на объективе управляет общей светопропускной способностью, глубиной резкости (DOF) и способностью создавать контраст при заданном разрешении. По сути, f / # — это отношение фокусного расстояния объектива $ \ small {\ left (f \ right)} $ к эффективному диаметру апертуры $ \ small {\ left (\ varnothing _ {\ text {EA }} \ right)} $:

(1) $$ \ text {f} / \ # = \ frac {f} {\ varnothing _ {\ text {EA}}} $$

(1)

$$ \ text {f} / \ # = \ frac {f} {Ø _ {\ text {EA}}} $$

В большинстве объективов f / # устанавливается поворотом регулировочного кольца диафрагмы (см. «Анатомия объектива»).Это движение открывает и закрывает ирисовую диафрагму внутри. Цифры, обозначающие кольцо, обозначают светопропускную способность, связанную с диаметром апертуры, и обычно увеличиваются в несколько раз на $ \ sqrt {2} $. Увеличение f / # в $ \ sqrt {2} $ уменьшит вдвое площадь диафрагмы, уменьшив светопропускную способность объектива в 2 раза. Объективы с меньшим f / # считаются быстродействующими и пропускают больше света. проходят через систему, в то время как линзы с более высоким f / # считаются медленными и имеют пониженную светопропускную способность. Таблица 1 показывает пример f / #, диаметров диафрагмы и эффективных размеров отверстия для объектива с фокусным расстоянием 25 мм. Обратите внимание, что при настройке от f / 1 до f / 2 и снова от f / 4 до f / 8, диафрагма объектива уменьшается вдвое, а эффективная площадь уменьшается в 4 раза на каждом интервале. Это иллюстрирует снижение пропускной способности, связанное с увеличением f / # объектива.

f / # Диаметр диафрагмы объектива (мм) Площадь отверстия диафрагмы (мм 2 )
1 25.0 490,8
1,4 17,9 251,6
2 12,5 122,7
2,8 8,9 62,2
4 6,3 31,2
5,6 4,5 15,9
8 3,1 7,5

Таблица 1: Соотношение между f / # и эффективной площадью для синглетного объектива 25 мм.По мере увеличения f / # площадь уменьшается, что приводит к более медленной системе с меньшей светопропускной способностью.

f / # и влияние на теоретическое разрешение объектива, контрастность, глубину резкости

F / # влияет не только на светопропускание. В частности, f / # напрямую связано с теоретическим разрешением, пределами контраста, глубиной резкости (DOF) и глубиной резкости объектива (дополнительные сведения о DOF см. В разделе «Глубина резкости» и «Глубина резкости»). F / # также влияет на аберрации конкретной конструкции объектива.По мере уменьшения размера пикселя f / # становится одним из наиболее важных факторов производительности системы, поскольку f / # влияет на глубину резкости и разрешение в противоположных направлениях. Как показано в таблице 2 , требования часто находятся в прямом противоречии, и необходимо идти на компромиссы. Эти компромиссы обсуждаются более подробно позже в этом разделе.

Таблица 2: Характеристики объектива изменяются в зависимости от диафрагмы f / #.

f # Изменения с изменением рабочего расстояния

f / # Изменения с изменением рабочего расстояния

Определение f / # в Уравнение 1 ограничено; f / # определяется на бесконечном рабочем расстоянии (WD), где увеличение фактически равно нулю. В большинстве приложений машинного зрения объект расположен гораздо ближе к линзе, чем бесконечно далеко. Таким образом, рабочий F-номер , (f / #) w , замеченный в Equation 2 , является более полезным представлением f / # в большинстве приложений.

(2) $$ \ left (\ text {f} / \ # \ right) _w \ приблизительно \ left (1 + m \ right) \ times \ left (\ text {f} / \ # \ right) $

(2)

$$ \ left (\ text {f} / \ # \ right) _w \ приблизительно \ left (1 + m \ right) \ times \ left (\ text {f} / \ # \ right) $$

В уравнении для (f / #) w , m представляет собой увеличение (отношение изображения к высоте объекта) объектива.Обратите внимание, что когда m приближается к нулю (когда объект приближается к бесконечности), (f / #) w приближается к f / #. Особенно важно помнить о (f / #) w для меньших WD. Например, объектив с фокусным расстоянием 25 мм и f / 2,8, работающий с увеличением 0,5X, будет иметь эффективное (f / #) w f / 4,2. Это влияет на качество изображения, а также на способность объектива собирать свет.

f / # и числовая апертура

Часто бывает проще говорить об общей светопропускной способности как об угле конуса или числовой апертуре (NA) объектива.ЧА линзы определяется как синус угла, образованного краевым лучом и оптической осью в пространстве изображения, как показано на рис. 1 .

Рис. 1: Визуальное представление f / # как для простого объектива (a), так и для реальной системы (b).

Важно помнить, что f / # и NA обратно связаны.

(3) $$ \ text {NA} = \ frac {1} {2 \ times \ left (\ text {f} / \ # \ right)} $$

(3)

$$ \ text {NA} = \ frac {1} {2 \ times \ left (\ text {f} / \ # \ right)} $$

Таблица 3 показывает типичное расположение f / # на объективе (каждое значение f / # увеличивается в $ \ sqrt {2} $ раз вместе с его числовой апертурой.

f / # 1,4 2 2,8 4 5,6 8 11 16
NA 0,36 0,25 0,18 0,13 0,09 0,06 0,05 0,03


Таблица 3: Соотношение между f / # и числовой апертурой.

В микроскопии пропускная способность обычно обозначается как NA вместо f / #, но важно отметить, что значения NA, указанные для объективов микроскопа, указаны в пространстве объекта. Более подробную информацию о том, как f / # влияет на разрешение, можно найти в разделах, посвященных функции передачи модуляции (MTF), дифракционному пределу и диску Эйри. Подробную информацию о f / # и глубине резкости можно найти в разделе «Глубина резкости» и «Глубина резкости».

Рекомендуемые ресурсы

Указания по применению

Объектив, диафрагменное число в фотографии

назад

Диафрагменное число объектива — это способ помочь стандартизировать функцию различных объективов.Диафрагменное число объектива помогает определить необходимую экспозицию, глубину резкости и возможное максимальное разрешение объектива. Все эти факторы напрямую связаны с зрачками объектива и фокусным расстоянием.

Диафрагменное число объектива — это фокусное расстояние, разделенное на размер входного зрачка. линза 200 мм в предыдущей проводке имеет входной зрачок диаметром 50 мм. что делает объектив максимально f / 4. Объектив 100 мм f / 4 имел бы входной зрачок диаметром 25 мм.

f / число = f / E (f = фокусное расстояние, E = диаметр входного зрачка)

Число f объектива применимо только при фокусировке на бесконечность.Две линзы f / 4 позволят примерно одинаковому количеству света попасть в детектор при одинаковой выдержке, независимо от фокусного расстояния. Они не всегда будут эквивалентными, потому что две линзы будут иметь разное количество потерь света, когда свет проходит через линзу. Потери света в линзе зависят от количества элементов и различных покрытий линз в каждой линзе.

При фокусировке на бесконечность детектор будет на расстоянии одного фокусного расстояния от задней главной плоскости объектива. Объектив 200 мм будет вдвое дальше, чем объектив 100 мм, но входной зрачок будет пропорционально больше.Это приведет к тому, что апертура двух линз будет одинакового размера по отношению к детектору. Угол, который края апертуры образуют с детектором, будет таким же.

Вы могли заметить, что мы не говорили о выходном зрачке линзы, а только о входном зрачке. Это связано с тем, что при фокусировке на бесконечность относительный размер и расстояние выходного зрачка будут постоянными независимо от увеличения зрачка и не будут влиять на числа. При фокусировке на бесконечность объектив с диафрагмой f / 4 во входном зрачке будет иметь также f / 4 у выходного зрачка.Это будет неверно при более близком фокусе. Этот вопрос будет рассмотрен отдельно в следующей статье.

Если бы я остановил объектив до f / 8 на моем 200-миллиметровом объективе, входной зрачок был бы 25 мм (= 200/8) — половину от этого значения при f / 4. Площадь зрачка будет 1/4 площади f / 4, и он будет пропускать 1/4 света, а для того, чтобы на детектор попадало такое же количество света, потребуется выдержка в 4 раза больше. воздействие). Стоп на полпути между f / 4 и f / 8 пропускает вдвое меньше света. Это будет f / 5,6 (не f / 6, на полпути между ними, а 1 над квадратным корнем из 2 между ними).

Основные остановки, которые вы увидите на объективе: f / 1, f / 1,4, f / 2, f / 2,8, f / 4, f / 5,6, f / 8, f / 11, f / 16, f. / 22, f / 32 … Каждая остановка пропускает половину света следующего меньшего числа и увеличивает выдержку в 2 раза, чтобы получить аналогичную экспозицию на детекторе.

Диафрагма (число F) и режим A | Sony USA

Диафрагма — это часть, которая регулирует количество света, исходящего от объектива.Как показано на рисунках ниже, он расположен внутри объектива и регулирует количество поступающего света, изменяя размер отверстия.

F1.8 F16

Количество света, попадающего в камеру, на которое влияет размер диафрагмы, количественно определяется как f-числа. F-числа имеют фиксированные стандартные значения, такие как F2, F2.8, F4, F5.6 и F8. По мере увеличения числа f диафрагма закрывается, и через линзу проходит меньше света.По мере уменьшения числа f диафрагма открывается и через линзу проходит больше света. Например, при изменении диафрагмы с F8 на F5.6 количество света удваивается. В результате, даже если выдержка увеличена вдвое, она может пропускать такое же количество света в камеру, если другие условия остаются такими же.

Диафрагма также влияет на диапазон зоны фокусировки или степень расфокусировки на фотографии.
Ниже показано сравнение величины расфокусировки и диафрагмы.Вы можете видеть, что передний план и фон становятся более расфокусированными по мере уменьшения числа f.

Как правило, чем меньше число f, тем больше света попадает в камеру и тем сильнее эффект расфокусировки. У каждого объектива есть минимальное число f, которое называется максимальной диафрагмой объектива. Чтобы проверить максимальную диафрагму объектива, обратитесь к характеристикам объектива или значению, напечатанному на объективе, как показано на рисунке ниже.
Объектив с малым диафрагменным числом обычно называется светосильным объективом .

Режим A (режим приоритета диафрагмы)

Режим A (режим приоритета диафрагмы) — это режим, который позволяет вам устанавливать число f по вашему желанию. В этом режиме камера автоматически устанавливает выдержку и чувствительность ISO, чтобы сделать хорошо экспонированный снимок.
Этот режим подходит, когда вы хотите расфокусировать передний план и задний план, сфокусировавшись только на основном объекте, или когда вы хотите четко визуализировать весь пейзаж, сфокусировавшись на широком диапазоне от переднего плана до фона.

Снимок с F1.4 для расфокусировки фона Снимок с F11 для четкой съемки всего изображения, включая фон

По мере увеличения числа f отверстие, пропускающее свет в камеру, становится меньше. В результате скорость затвора уменьшится, что может привести к размытию изображения из-за дрожания камеры. В этом случае попробуйте снова сделать снимок с меньшим числом f.

Back to Top

Таблицы номеров сварных швов ASME — база номеров P и заполнитель номеров F

Снова суетитесь, чтобы найти таблицы номеров сварных швов ASME и завершить свой проект?

Как часто вы хотели, чтобы кто-нибудь сделал что-нибудь, чтобы облегчить эту задачу? У нас есть! Переходите непосредственно к таблице, используя приведенные ниже ссылки, или, что еще лучше, загрузите все эти полезные таблицы номеров сварных швов ASME прямо на свой компьютер.

Используйте ссылки ниже, чтобы перейти непосредственно к разделу:

Номер P (основной металл — сводка и таблица QW-423)
Номер S, (основной металл — без таблицы)
Номер группы, (Группировка основного металла — таблица QW-420)
Номер F, (присадочный металл — таблица QW 423)
A Номер (присадочный металл — таблица QW-442)


Таблицы номеров сварных швов ASME предназначены для поддержки методологии системы нумерации, которая помогает значительно упростить создание процедур сварки и управление процедурами сварки, а также сделать их более доступными.

Эти номера 1 были присвоены как неблагородным металлам, так и присадочным металлам, сгруппированные материалы для сокращения количества процедур сварки и квалификационных испытаний сварщика, необходимых для аттестации широкого диапазона материалов (неблагородных металлов и присадочных металлов). Схема группировки основного металла состоит из номеров P и номеров групп. В нее также входили номера S, пока они не были удалены из кода ASME в 2009 году. Схема группировки присадочного металла состоит из номеров F и номеров A.

Примечание 1 : эти числовые таблицы и содержащаяся в них информация были точными на момент первой публикации сообщения в блоге в сентябре 2015 года, чтобы обеспечить соответствие текущим нормам, мы рекомендуем обращаться к последней редакции кодовой книги или последней версии сварки программное обеспечение для управления процедурами и поддержки кода ProWrite.

Основные металлы: номер P

Этот номер используется для группировки похожих основных металлов, что позволяет квалифицировать весь выбор по сравнению с квалификацией только одного.Эти неблагородные металлы сгруппированы по материалам и им присваиваются номера P в зависимости от того, из какого материала они состоят. Например, P Number 1 присваивается основным металлам углеродистого марганца или низкоуглеродистой стали.

В таблице ниже приводится приблизительное резюме назначений:

П Номер

Основной металл

1

Углеродисто-марганцевые стали (четыре номера группы)

2

Не используется

3

1/2 молибдена или 1/2 хрома,

1/2 молибдена (три номера группы)

4

1 1/4 хрома, 1/2 молибдена

(два номера группы)

5A

2 1/4 хрома, 1 молибдена

5 хрома, 1/2 молибдена или 9 хрома,

1 Молибден (два номера группы)

5C

Хром, молибден, ванадий

(пять номеров группы)

6

Мартенситные нержавеющие стали (марки 410, 415, 429)

(шесть номеров группы)

7

Ферритные нержавеющие стали (марки 409, 430)

8

Аустенитная нержавеющая сталь:

  • Группа 1 — марки 304, 316, 317, 347
  • Группа 2 — 309, 310
  • классы
  • Группа 3 — марганец с высоким содержанием марганца
  • Группа 4 — марки с высоким содержанием молибдена

9A, B, C

2-4 Никелевые стали

10A, B, C, F

Различные низколегированные стали

10H

Дуплексная и супердуплексная нержавеющая сталь

(классы 31803, 32750)

10I

Нержавеющая сталь с высоким содержанием хрома

10J

Нержавеющая сталь с высоким содержанием хрома и молибдена

10 КБ

с высоким содержанием хрома, молибден,

Никель нержавеющая сталь

11A

Различные высокопрочные низколегированные стали

(шесть номеров группы)

11Б

Различные высокопрочные низколегированные стали

(десять номеров группы)

15E

9 хром, 1 молибден

16-20

Не используется

21

Высокое содержание алюминия (серии 1000 и 3000)

22

Алюминий (серия 5000 — 5052, 5454)

23

Алюминий (серия 6000 — 6061, 6063)

24

Не используется

25

Алюминий (серия 5000 — 5083, 5086, 5456)

26–30

Не используется

31

Высокое содержание меди

32

Латунь

33

Медь Кремний

34

Медно-никель

35

Медь Алюминий

от 36 до 40

Не используется

41

Высокое содержание никеля

42

Никель, медь — (Монель 500)

43

Никель, хром, железо — (инконель) (C22, C276, X)

44

Никель, молибден — (Hastelloy B2)

45

Никель, хром, Si

46

Никель, хром, силикон

47

Никель, хром, вольфрам

от 47 до 50

Не используется

51, 52, 53

Титановые сплавы

61, 62

Циркониевые сплавы

Из-за этих назначений не требуется затрат на непрерывную процедуру и квалификационное тестирование производительности. В большинстве случаев квалификация сварщика по конкретному материалу также дает квалификацию сварщика по множеству связанных материалов.

«Например, сварщик, прошедший квалификацию по материалам от P1 до P1, также может сваривать материалы от P-1 до P-15F, P-34 и любых P-40».

В следующих таблицах содержится дополнительная информация.

Таблица номеров раздела IX ASME из документа о квалификации сварщика QW-423 выглядит следующим образом:

Основные металлы для квалификации сварщика

Квалифицированная производственная база Металлы

П — №С 1 по П — № 15F,

П — № 34 или П — № 41 по П — № 49

P — № 1 по P — № 15F,

П — № 34 и П — № 41 по П — № 49

П — № 21 по П — № 26

П — № 21 по П — № 26

P — № 51 через P — № 53 или P — № 61

или П — № 62

P — № 51 по P — No. 53 и П — № 61

и П — № 62

В некоторых случаях квалификация производственного купона для спецификации процедуры также квалифицирует эту процедуру для более широкого диапазона материалов.

Таблица номеров раздела IX ASME из процедуры квалификации QW-424 показана следующим образом:

Основной металл (металлы), используемый для квалификационного купона на производство

Квалифицированные основные металлы

Один металл от П — номера до любого металла от

то же П — номер

Любые металлы, которым присвоен P — номер

Один металл из П — №15Е в любой металл от

П-№ 15E

Любой металл P — No. 15E или 5B к любому металлу, которому присвоено

П-№ 15E или 5B

Один металл от П — номера до любого металла от

любой другой П — номер

Любой металл, которому присвоен первый P — номер любому

Металлу

присвоен второй П — Номер

Один металл от П — №15Е на любой металл из любого

другой П — номер

Любой P — No. Металл 15E или 5B к любому металлу, которому присвоен номер

второй П — Номер

Один металл от П — №3 до любого металла от

П — № 3

Любой металл P — № 3 любому металлу, которому присвоено

П — № 3 или 1

Один металл от П — №4 до любого металла от

П — № 4

Любой металл P — № 4 любому металлу, которому присвоено

П — № 4, 3 или 1

Один металл из П — №5А в любой металл от

П — № 5А

Любой металл П — № 5А любому металлу, которому присвоено

P — № 5A, 4, 3 или 1

Один металл от П — №5А до любого металла от

П — № 4, П — № 3 или П — № 1

Любой металл П — № 5А к любому металлу, отнесенному к

П — № 4, 3 или 1

Один металл от П — №4 до любого металла от

П — №3, или П — № 1

Любой металл P — № 4 любому металлу, которому присвоено

П — № 3 или 1

Любой неназначенный металл к тому же неназначенному

металл

Нераспределенный металл себе

Любой неназначенный металл любому P — Number metal

Неопределенный металл к какому-либо металлу, отнесенному к

.

тот же P — номер, что и у квалифицированного металла

Любой неназначенный металл на любой металл от

П — №15E

Неопределенный металл к какому-либо металлу, отнесенному к

П — № 15Е или 5Б

Любой неназначенный металл любому другому неназначенному

металл

Первый неназначенный металл второму

Металл не назначен

Число S

В 2009 году S-номер был удален из раздела IX ASME. Назначение S-номера было идентично P-номеру.Тем не менее, эти номера были присвоены тем материалам, которые используются для трубопроводов в соответствии с Кодексом ASME B31 для трубопроводов, работающих под давлением. Эти материалы также были отмечены P-Number, но не наоборот.

Связанный: Хотите легкий доступ к этим таблицам ASME? Загрузите их здесь!

Номер группы

Этот номер используется только для требований к испытаниям на ударную вязкость черных металлов, при этом материалы P-Number подгруппированы по сходству металлургических свойств (см. Таблицу P-Number выше).Однако, согласно разделу IX ASME, «эти назначения основаны, по существу, на сопоставимых характеристиках основного металла, таких как состав, свариваемость, способность к пайке и механические свойства, где это логично сделать. Эти назначения не подразумевают, что недрагоценные металлы могут быть без разбора заменены основным металлом, который использовался в квалификационных испытаниях, без учета совместимости с точки зрения металлургических свойств, термообработки после сварки, конструкции, механических свойств и требований к эксплуатации ».Эти группировки можно найти в таблице QW / QB-422.

Следующая таблица является копией таблицы номеров QW-420 ASME Раздел IX, в которой показаны группы назначений для различных систем сплавов:

Основной металл

Сварка Пайка
Сталь и стальные сплавы P — № 1 по P — № 15F P — № 101 по P — No. 103
Алюминий и алюминий — основные сплавы П — № 21 по П — № 26 П — № 104 и П — № 105
Медь и медь — сплавы на основе П — № 31 по П — № 35 П — № 107 и П — № 108
Никель и сплавы на основе никеля П — № 41 по П — № 49 П — № 110 по П — № 112
Титан и титан — сплавы на основе P — No.51 через П — № 53 П — № 115
Цирконий и цирконий — сплавы на основе П — № 61 и П — № 62 П — №117

присадочные металлы: F-число

Этот номер используется для группировки присадочных металлов, используемых при сварочных процедурах и квалификациях сварщиков. Определение F-номеров приведено в QW-431 стандарта ASME IX:

.

«Группирование электродов и сварочных стержней в таблице QW-432 основано в основном на их эксплуатационных характеристиках, которые в основном определяют способность сварщиков выполнять удовлетворительные сварные швы с заданным присадочным металлом. Эта группировка сделана для уменьшения количества процедур сварки и квалификаций производительности, если это логично сделать. Группировка не подразумевает, что основные металлы или присадочные металлы в группе могут быть без разбора заменены на металл, который использовался в квалификационных испытаниях, без учета совместимости основного и присадочного металлов с точки зрения металлургических свойств, термообработки после сварки. требования к конструкции и обслуживанию, а также механические свойства ».

F-номера присадочных металлов можно найти в таблице номеров QW-432 раздела IX ASME, выдержка выглядит следующим образом:

Ф — Номера

Электроды / Сварочные стержни
F — № 1 по F — № 6 Сталь и стальные сплавы
F — № 21 по F — № 25 Алюминий и алюминий — основные сплавы
F — No. С 31 по F — № 37 Медь и медные сплавы
F — № 41 через F — № 46 Никель и никелевые сплавы
F — № 51 по F — № 56 Титан и титановые сплавы
Ф — № 61 Цирконий и цирконий — сплавы на основе
F — № 71 по F — № 72 Твердый наплавленный наплавленный металл

Таблица номеров раздела IX ASME QW-433 Альтернативные номера F для аттестации сварочных характеристик

Квалифицированный

С →

F — No.1 Ф — №1 Ф — №2 Ф — №2 Ф — № 3 Ф — № 3 Ф — №4 Ф — №4 Ф — №5 Ф — № 5
Квалифицированный

Для ↓

с

Опора

Без

Опора

с

Опора

Без

Опора

с

Опора

Без

Опора

с

Опора

Без

Опора

с

Опора

Без

Опора

F — No. 1

с

Опора

х х х х х х х х х х

Ф — №1

Без

Опора

х

F — No.2

с

Опора

х х х х х х

Ф — №2

Без

Опора

х

F — No.3

с

Опора

х х х х

Ф — № 3

Без

Опора

х

F — No. 4

с

Опора

х х

Ф — №4

Без

Опора

х

F — No.5

с

Опора

х х

Ф — № 5

Без

Опора

х

Квалифицировано с

Соответствует требованиям

Любой F — No.6

All F — No. 6 [Примечание (1)]

Любой F — № 21 по F — № 25

Все F — № 21 по F — № 25

Любой Ж — № 31, Ж — № 32, Ж — № 33,

F — № 35, F — № 36 или F — № 37

Только тот же F-номер, который использовался во время

квалификационный экзамен

F — No. 34 или любой F — No. 41–

F — No.46

F — № 34 и все F — № 41–

Ф — № 46

Любой F — № 51 по F — № 55

Все F — № 51 по F — № 55

Любой Ж — № 61

Все F — № 61

Любой F — № 71 по F — № 72

Только тот же F-номер, который использовался во время

квалификационный экзамен

ПРИМЕЧАНИЕ:

(1) Наплавленный металл сварного шва, сделанный с использованием неизолированного стержня, на который не распространяется спецификация SFA, но который соответствует анализу, указанному в QW — 442, должен рассматриваться как классифицированный как F — No.6.

Число

A-Number — это расчетное значение, основанное на комбинации химического состава присадочного металла сварного шва (который можно найти в ASME Section II Part C) и таблицы A-номеров ASME Section IX QW-442:

Стол QW — 442

A Номера

Классификация анализа сварных металлов из черных металлов для аттестации процедур

Анализ,% [Примечание (1)] и [Примечание (2)]
А-Номер. Тип наплавки С Кр Пн Ni Мн Si
1

Низкоуглеродистая сталь

0,20 0,20 0,30 0,50 1,60 1,00
2 Углерод — молибден 0.15 0,50 0,40–0,65 0,50 1,60 1,00
3 Хром (от 0,4% до 2%) — Молибден 0,15 0,40–2,00 0,40–0,65 0,50 1,60 1,00
4 Хром (от 2% до 4%) — Молибден 0,15 2,00–4,00 0,40–1,50 0,50 1.60 2,00
5 Хром (от 4% до 10,5%) — Молибден 0,15 4,00-10,50 0,40–1,50 0,80 1,20 2,00
6 Хром — мартенситный 0,15 11. 00-15.00 0,70 0,80 2,00 1,00
7 Хром — феррит 0.15 11.00-30.00 1,00 0,80 1,00 3,00
8 Хром — Никель 0,15 14,50-30,00 4,00 7,50-15,00 2,50 1,00
9 Хром — Никель 0,30 19.00-30.00 6,00 15.00–37.00 2,50 1,00
10 Никель до 4% 0.15 0,5 0,55 0,80-4,00 1,70 1,00
11 Марганец — Молибден 0,17 0,5 0,25-0,75 0,85 1,25–2,25 1,00
12 Никель — Хром — Молибден 0,15 1,50 0,25–0,80 1,25–2,80 0,75–2,25 1. 00

ПРИМЕЧАНИЯ:

(1) Отдельные значения, указанные выше, являются максимальными.

(2) Только перечисленные элементы используются для определения A-номеров.

A-Number является важной переменной для спецификации процедуры сварки для нескольких сварочных процессов. Он определяет родственные присадочные металлы на основе их химического состава и позволяет проводить аттестацию для всего множества родственных материалов.

Система чисел

Цель системы счисления — помочь. Это сокращает дополнительное время и затраты за счет квалификации сварщиков и процедур для множества материалов, просто получив квалификацию одного.

Если вы хотите узнать больше о том, как ProWrite использует эту систему нумерации сварных швов для облегчения управления процедурами сварки и управления квалификацией сварщиков, посмотрите наш записанный веб-семинар 5 программных стратегий для повышения эффективности процесса сварки. Он охватывает определенные области, которые обеспечивают рентабельное повышение эффективности процесса сварки, и подробно описывает, как мы обеспечиваем единообразное применение общепринятых безопасных методов сварки при производстве и изготовлении котлов и сосудов под давлением.

Астрономия 101 — Часть 1

Основные части типичного телескопа Добсона : Деловая часть нашей оптической трубки направлена ​​в левый верхний угол изображения. Свет от изображения в небе проходит по трубке вокруг вторичного зеркала (удерживается на месте с помощью 4 лопаток) и попадает в главное зеркало внутри нижней части трубки.Изображение возвращается вверх по трубке к вторичному зеркалу, которое наклоняет его к окуляру. Диск на Focuser поворачивают до тех пор, пока изображение не станет четким. С телескопом такого размера (диаметром 10 дюймов) человек ростом 6 футов должен слегка наклониться, чтобы посмотреть в окуляр. Некоторые добы настолько велики (24 дюйма и более в диаметре), что требуется садовая лестница, чтобы подняться достаточно высоко, чтобы смотреть в окуляр.

Фотография обозначена Обществом Бельмонт

Finderscope — это маломощный «зрительный прицел», который наблюдатель может использовать для точного выравнивания основной оптической трубки на цели.Модель Dobsonian Base — это модель Alt-az , которая поворачивается по двум осям (высота и азимут). Обычной практикой является управление обеими осями с помощью компьютеризированной системы «Go-to» для бесперебойной автоматизированной работы. С такой системой наблюдения и астрофотография могут быть легко выполнены.


«Диафрагма» телескопа — это его «фокусное отношение». Прицел с фокусным расстоянием 1000 мм и апертурой (диаметром) 100 мм имеет фокусное отношение 10 и обозначается «f / 10» (разделите диафрагму на фокусное расстояние). Диафрагма 125 мм и фокусное расстояние 1000 мм даст f / 8.

Вы увидите диафрагменные числа, упомянутые в рекламе телескопов, и вы прочитаете или услышите, что один телескоп «быстрее» или «медленнее», чем другой. Этот термин и его описание НЕ ВАЖНЫ ВИЗУАЛЬНО. Древний миф о том, что более длинные телескопы «видят» все дальше и лучше, не соответствует действительности.Все это означает, что конфигурация некоторых оптических прицелов позволяет astroPHOTOGRAPHY с разным временем выдержки — это не имеет никакого отношения к тому, насколько ярким или тусклым будет изображение в окуляре. Например, телескоп с диафрагмой f / 5 считается «более быстрым», чем телескоп с диафрагмой f / 10 такого же качества, и он сделает фотографию того же объекта в четыре раза быстрее. Если вы не планируете делать астрофотографии, вам не нужно беспокоиться об этом термине или его характеристиках. Основными преимуществами более быстрого телескопа являются хранение и портативность, поэтому обычно люди покупают небольшие (короткие) рефракторы.

На фото слева: Примером аналогичных прицелов с разными диафрагменными числами является рефрактор Orion AstroView 120 ST EQ. Он доступен как в длинной, так и в короткой версии. Длинная трубка — f / 8,3, а короткая — f / 5. Оба они дают изображение в окуляре одинакового качества. Однако медленные (с большим фокусным расстоянием) ахроматические рефракторы будут демонстрировать меньшую собственную хроматическую аберрацию, чем быстрые.


Что вы можете увидеть… и что вы НЕ УВИДИТЕ

Стоимость любительской астрономии

Finderscopes, Telrads и т. д.

Что такое «GO-TO»?

Рекомендации — системы GO-TO

Астрономия, вводящая в заблуждение

Как вещи ДЕЙСТВИТЕЛЬНО выглядят в окуляре

Световое загрязнение

Влияние F-числа на внутренний порог гистотрипсии и поведение кавитационного пузырькового облака

Phys Med Biol. Авторская рукопись; доступно в PMC 2018 21 февраля.

Опубликован в окончательной отредактированной форме как:

PMCID: PMC5453715

NIHMSID: NIHMS848027

Эли Влайсавлевич

1 Департамент биомедицинской инженерии, Мичиганский университет

,
, штат Мичиган, , Мичиганский университет, 9 1 Департамент биомедицинской инженерии, Мичиганский университет, Анн-Арбор, Мичиган

Тим Холл

1 Департамент биомедицинской инженерии, Мичиганский университет, Анн-Арбор, Мичиган

Чжэнь Сюй

1 Департамент биомедицинской инженерии , University of Michigan, Ann Arbor, MI

2 Департамент педиатрии и инфекционных заболеваний, Мичиганский университет, Ann Arbor, MI

1 Департамент биомедицинской инженерии, University of Michigan, Ann Arbor, MI

2 Департамент педиатрии и инфекционных болезней, Мичиганский университет, Анн-Арбор, штат Мичиган

Коррес ponding Автор: Эли Влайсавлевич, Мичиганский университет, факультет биомедицинской инженерии, 2200 Bonisteel Blvd, Ann Arbor, MI 48109, США. , Телефон: (734) 936-3674, [email protected] Окончательная отредактированная версия этой статьи издателем доступна на Phys Med Biol. См. Другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.

Abstract

Гистотрипсия — это метод ультразвуковой абляции, который зависит от образования кавитационного пузырькового облака для фракционирования мягких тканей. Несмотря на то, что предыдущая работа дала существенное понимание процесса внутренней пороговой гистотрипсии, в большинстве этих исследований использовались узкоспециализированные (т.е. f-число <0,6). В этом исследовании мы изучаем влияние числа f на внутренний порог гистотрипсии и поведение облака кавитационных пузырьков с использованием матричного преобразователя 500 кГц, при этом эффективное f-число преобразователя варьировалось от 0,51 до 0,89. Внутренний порог существенно не изменился с f-числом, при этом порог оставался ~ 27–30 МПа для всех условий. Предсказуемость собственной пороговой гистотрипсии была дополнительно продемонстрирована экспериментами, сравнивающими предсказанные и экспериментально измеренные размеры пузырькового облака, с результатами, показывающими близкое соответствие для всех f-чисел. Наконец, было исследовано влияние числа f на «плотность пузырьков» и эффективность фракционирования тканей, и результаты подтвердили гипотезу о том, что плотность пузырьков внутри облака пузырьков значительно уменьшается при более высоких числах f, что приводит к снижению эффективности фракционирования. В целом, это исследование дает существенное представление о влиянии f-числа на гистотрипсию внутреннего порога, что поможет направить разработку гистотрипсии внутреннего порога для конкретных клинических применений.

Ключевые слова: Гистотрипсия, F-число, кавитация, внутренний порог, поведение пузыря (<20 мкс) ультразвуковые импульсы при низких рабочих циклах (<1%) (Parsons et al. , 2006a; Roberts et al. , 2006; Xu et al. , 2004). Гистотрипсия зависит от инициирования и поддержания кавитационного пузырькового облака для механического фракционирования ткани (Parsons et al., 2006а; Xu et al. , 2005; Xu et al. , 2004). При достаточно высоком давлении и дозе гистотрипсия может полностью фракционировать мягкие ткани в бесклеточный жидкий гомогенат, индуцируя очень большие напряжения в соседних тканевых структурах (Парсонс и др. , 2006a; Влайсавлевич и др. , 2014a; Xu и др. др. , 2005; Влайсавлевич и др. , 2016d). Гистотрипсия в настоящее время изучается для многих клинических применений, когда желательно неинвазивное удаление ткани, включая доброкачественную гиперплазию предстательной железы (Hempel et al., 2011; Робертс и др. , 2014), камни в почках (Duryea et al. , 2011), тромбоз глубоких вен (Maxwell et al. , 2011a; Zhang et al. , 2015), врожденный порок сердца (Owens et al. , 2011; Сюй и др. , 2010) и рака (Styn и др. , 2010; Влайсавлевич и др. , 2016c; Влайсавлевич и др. , 2013b).

Гистотрипсические пузырьковые облака могут быть созданы с помощью трех механизмов, называемых гистотрипсией с ударным рассеянием, гистотрипсией кипения и гистотрипсией с внутренним порогом. В гистотрипсии методом ударного рассеяния используется многоцикловый импульс гистотрипсии (~ 3–20 циклов) при высоком давлении ( p– = 10–28 МПа) для образования пузырькового облака за счет рассеяния ударной волны от единичных или редких начальных пузырьков, расширяющихся в течение начальные циклы импульса (Максвелл и др. , 2010a; Максвелл и др. , 2011b; Влайсавлевич и др. , 2014b). В гистотрипсии кипения используются гораздо более длинные импульсы (> 5000 циклов) при умеренной интенсивности ( p- = 8–14 МПа) для создания пузырькового облака гистотрипсии посредством кипения, вызванного ударной волной (Simon et al., 2012 г .; Wang et al. , 2013). В гистотрипсии с внутренним порогом один импульс (≤2 цикла) с одной доминирующей фазой отрицательного давления при очень высоком давлении используется для формирования пузырькового облака непосредственно из-за отрицательного давления падающей волны (Lin et al. , 2014; Максвелл и др. , 2013; Влайсавлевич и др. , 2015b). При использовании коротких импульсов для внутренней пороговой гистотрипсии инициирование кавитации зависит от амплитуды и продолжительности приложенного отрицательного давления, а также от свойств среды (Vlaisavljevich et al., 2015а; Влайсавлевич и др. , 2016а; Влайсавлевич и др. , 2016b; Влайсавлевич и др. , 2015b; Максвелл и др. , 2013; Влайсавлевич и др. , 2013а). В предыдущей работе был измерен внутренний порог мягких тканей и тканевых фантомов на водной основе, который составлял ~ 25–30 МПа на ультразвуковых частотах от 345 кГц до 3 МГц (Maxwell et al. , 2013; Vlaisavljevich et al. , p. 2015b). Когда пиковое отрицательное давление превышает этот внутренний порог, это приводит к образованию пузырькового облака, соответствующего части фокальной области выше внутреннего порога, что позволяет точно контролировать размер результирующего поражения гистотрипсии (Lin et al. , 2014; Влайсавлевич и др. , 2015b; Влайсавлевич и др. , 2015c; Zhang et al. , 2015). Однако, хотя размер пузырькового облака увеличивается при более высоком давлении, отдельные пузырьки по всему облаку кажутся одинаковыми по размеру, приблизительно совпадающими с размером пузырьков, образующихся непосредственно выше внутреннего порога, вероятно, из-за процесса насыщения давлением, вызванного пузырьками. что происходит при образовании каждого пузыря (Vlaisavljevich et al., 2015c).

Несмотря на то, что предыдущая работа позволила получить существенное представление о процессе создания кавитации с использованием метода внутреннего порога, в большинстве этих исследований использовались высокофокусированные (т.е. число f <0,6) преобразователи. Понимание влияния числа f на внутренний порог гистотрипсии и поведение кавитационного пузырькового облака имеет важное значение для развития гистотрипсии для различных клинических приложений. Хотя не ожидается, что внутренний порог существенно изменится с f-числом, мы предполагаем, что размер и форма пузырьковых облаков будут соответствовать размеру и форме фокальной зоны, превышающей внутренний порог, которые, как ожидается, будут меняться с f-числом. .На основе процесса насыщения давлением, вызванного пузырьками, описанного в нашем предыдущем исследовании (Vlaisavljevich et al. , 2015c), мы также предполагаем, что более низкие f-числа будут создавать более плотные пузырьковые облака (т. Е. Большее количество пузырьков на площадь), чем более высокие f-числа и размер отдельных пузырьков в облаке останется одинаковым. Наконец, мы предполагаем, что более низкие числа f будут более эффективными при фракционировании ткани, чем более высокие числа f из-за вышеупомянутого уменьшения плотности пузырьков при более высоких числах f.

Чтобы проверить эти гипотезы, в данной работе исследуется влияние числа f на внутренний порог гистотрипсии и поведение облака кавитационных пузырьков с использованием матричного преобразователя из 235 элементов с частотой 500 кГц, при этом эффективное f-число преобразователя варьируется путем изменения активного элементы в массиве. Используя этот преобразователь с одной решеткой, мы можем исследовать влияние числа f без изменения каких-либо других свойств (например, акустической частоты, типа элемента, расстояния между элементами, конструкции / конструкции преобразователя и т. Д.), что позволяет исследовать эффекты числа f в хорошо контролируемом исследовании. Эффективное f-число преобразователя варьировалось от 0,51 до 0,89 для экспериментов с кавитацией, и результирующая активность кавитации контролировалась с помощью пассивного обнаружения кавитации и высокоскоростной оптической визуализации. Этот диапазон f-числа был выбран для охвата общего диапазона датчиков гистотрипсии, которые в настоящее время разрабатываются для клинических применений с использованием гистотрипсии с внутренним порогом. Пока f-числа> 0.89 не были исследованы из-за отсутствия выходного давления (то есть невозможно достичь внутреннего порога), ожидается, что тенденции, наблюдаемые в этом исследовании, будут репрезентативными для всего диапазона f-чисел, которые могут использоваться в гистотрипсии. В целом, результаты этого исследования дадут существенное представление о влиянии числа f на внутренний порог гистотрипсии и будут иметь важное значение для разработки датчиков гистотрипсии для конкретных клинических применений.

Методы

Подготовка образца

Агарозные фантомы были использованы для обеспечения хорошо контролируемой вязкоупругой среды для этого исследования.Тканевые фантомы, содержащие 1% агарозы (мас. / Об.), Получали путем медленного смешивания порошка агарозы (Agarose Type VII, Sigma-Aldrich, Сент-Луис, Миссури, США) с физиологическим раствором (0,9% хлорид натрия, Hospira, Lake Forest, Illinois, USA) нагревали до температуры выше 70 ° C при перемешивании до тех пор, пока гель не стал полностью прозрачным. Растворы агарозы дегазировали в частичном вакууме (~ 20 кПа, абсолютный) в течение 30 минут перед тем, как смеси агарозы выливали в прямоугольные держатели из поликарбоната и помещали в холодильник при 4 ° C, чтобы дать раствору затвердеть.Акустические и механические свойства фантома ткани агарозы были охарактеризованы в нашей предыдущей работе (Maxwell et al. , 2010b, Vlaisavljevich et al. , 2015c), с результатами, близкими к результатам, наблюдаемым в ткани. Например, ранее измеренный модуль Юнга фантома из 1% агарозной ткани составлял 21,7 кПа (Vlaisavljevich et al. , 2015c), что близко к модулям Юнга мягких тканей, таких как печень, почки, сердце. мышцы, кожа и язык, которые колеблются от ~ 6 до 25 кПа (Duck, 1990; Yamada, 1973).

Для экспериментов по фракционированию клеток были приготовлены тканевые фантомы со слоем красных кровяных телец (RBC) с использованием бычьих RBC в 0,9% изотоническом физиологическом растворе и 1% растворе агарозы (Maxwell et al. , 2010b). Свежую бычью кровь получали с местной бойни и добавляли к раствору антикоагулянта цитратфосфат-декстрозы (CPD) (Sigma-Aldrich Co., Сент-Луис, Миссури, США) с соотношением CPD-крови к крови 1: 9. мл. Цельную кровь отделяли на центрифуге при 3000 об / мин в течение 10 мин. Плазма и белая лейкоцитная пленка были удалены, а эритроциты сохранены для добавления в фантом.Для приготовления фантома эритроцитов начальный слой 1% агарозной смеси был залит в прямоугольный корпус из поликарбоната, чтобы заполнить его половину при 37 ° C. Корпус помещали в холодильник при 4 ° C, чтобы дать агарозе остыть и затвердеть. Оставшийся раствор хранили при 37 ° C. Небольшое количество раствора агарозы смешивали с эритроцитами (5% эритроцитов об. / Об.). Рамку с затвердевшей агарозой вынули из холодильника и вылили тонкий слой раствора эритроцитов-агарозы на поверхность геля, чтобы вся поверхность покрылась тонким слоем.Через 5 мин слой эритроцитов-агарозы затвердел, и оставшийся раствор агарозы без эритроцитов вылили, чтобы полностью заполнить рамку. Эта процедура создавала тонкий слой эритроцитов, подвешенных в центре фантома агарозы.

Генерация ультразвуковых импульсов

Импульсы гистотрипсии генерировались с использованием 235-элементного полусферического преобразователя с частотой 500 кГц, погруженного в резервуар для воды, заполненный дегазированной водой при комнатной температуре. Матричный преобразователь имел общий диаметр апертуры 30 см и фокусное расстояние 15 см.Элементы преобразователя, заполняющие решетку, представляли собой плоские уложенные друг на друга пьезокерамические диски диаметром 20 мм с центральными частотами 500 кГц. Датчик был сконструирован в нашей лаборатории с использованием метода быстрого 3D-прототипирования, как описано в предыдущем исследовании (Kim et al. , 2014). Элементы приводились в действие с помощью специального 235-канального высоковольтного генератора импульсов собственной разработки, способного подавать короткие (≤2 акустических цикла) ультразвуковые импульсы высокой амплитуды во время лечения. Генератор высоковольтных импульсов управлялся с помощью специального цифрового генератора импульсов, который позволял независимо запускать каждый канал массива.Для экспериментов с кавитацией эффективное f-число варьировалось от 0,51 до 0,89 путем изменения активных колец в массиве, как показано на рис. Показанные на рисунке f-числа выше 0,89 (т.е. 1,15–3,34) не использовались для экспериментов по кавитации из-за невозможности создания достаточно высокого давления. Однако эти более высокие числа f использовались для сравнений калибровки давления, как обсуждается в следующем разделе.

235-элементный матричный преобразователь 500 кГц

F-число было изменено путем изменения активных колец в 235-элементном матричном преобразователе гистотрипсии.Для кавитационных экспериментов f-число варьировалось от 0,51 до 0,89.

Калибровка фокусного давления

Выходное акустическое давление в фокусе преобразователя для каждого условия f-числа измерялось в дегазированной воде с помощью встроенного оптоволоконного гидрофона (FOPH) (Parsons et al. , 2006b). ). При пиковом отрицательном давлении выше ~ 17 МПа акустический выход невозможно измерить напрямую из-за генерации кавитации на конце волокна. Более высокие давления оценивались двумя методами.Сначала преобразователь был разделен на четыре субапертуры (то есть четыре квадранта), и давления, создаваемые всей решеткой, были оценены путем суммирования давлений из четырех субапертурных измерений. показывает пример суммированных форм акустических волн для f-чисел, используемых в экспериментах по кавитации, при суммарном пиковом отрицательном давлении, p SUM , ~ 25 МПа. По мере увеличения числа f отношение пикового положительного давления к пиковому отрицательному давлению увеличивалось из-за эффектов нелинейного распространения, что приводило к более сильным колебаниям волн при более высоких числах f ().Пиковое отрицательное давление как функция управляющего напряжения для каждого числа f сравнивалось для прямых измерений давления (все элементы), p DIR , и суммированных измерений давления под апертурой, p SUM , с результатами, показанными в. При более высоких управляющих напряжениях p SUM значительно завышает давление по сравнению с p DIR , причем эти эффекты наиболее очевидны для условий с наибольшим числом f, когда p DIR можно измерить даже при самые высокие управляющие напряжения ().Завышенная оценка p SUM при более высоких управляющих напряжениях предполагает, что метод суммирования не позволяет точно измерить акустическое давление, вероятно, из-за неспособности метода суммирования уловить эффекты нелинейного распространения. В результате был использован второй метод оценки давления для учета эффектов нелинейного распространения, p EST . В этом подходе полиномиальная линия тренда соответствовала точкам данных p DIR , измеренным при f-числе 1.69. Затем эта линия тренда была масштабирована с использованием простого мультипликативного скаляра для всех других f-чисел, чтобы учесть различное количество элементов, используемых в каждом условии (), с результатами, показывающими близкое соответствие между p EST и p DIR измерения при всех f-числах (). Этот метод оценки давления был дополнительно подтвержден кавитационными экспериментами, которые показали близкое соответствие между прогнозируемыми и измеренными результатами при использовании p EST .Все заявленные значения давления, использованные в экспериментах по кавитации, были взяты с использованием p EST .

Формы акустических сигналов

Пример суммированных форм акустических сигналов, создаваемых гистотриптическим преобразователем с частотой 500 кГц для f-чисел в диапазоне от 0,51 до 0,89 при суммарном пиковом отрицательном давлении, p SUM , ~ 25 МПа.

Сравнение калибровки давления

На графиках показано сравнение акустических давлений, измеренных для каждого f-числа, в зависимости от управляющего напряжения для прямых измерений давления ( p DIR ), суммарные измерения давления в субапертуре ( p SUM ), и расчетные уровни давления, спрогнозированные с учетом эффектов нелинейного распространения ( p EST ).Значения давления, указанные для экспериментов с кавитацией, были взяты с использованием p EST .

Обнаружение кавитации с использованием оптического изображения

Высокоскоростное оптическое отображение использовалось в качестве метода обнаружения и визуализации облака кавитационных пузырьков для экспериментов с порогом кавитации и экспериментов по сравнению пузырьковых облаков (). Высокоскоростная 1-мегапиксельная ПЗС-камера (Phantom V210, Vision Research, Уэйн, Нью-Джерси, США) была совмещена с фокусом преобразователя через оптическое окно сбоку преобразователя. Камера освещалась непрерывным источником белого света. Камера была сфокусирована с помощью линзы с макро-сильфоном (Tominon 1: 4,5, F = 105 мм; Kyocera, Киото, Япония), что дало полученным изображениям разрешение приблизительно 8,9 мкм на пиксель. Камера запускалась для записи одного изображения для каждого приложенного импульса в момент времени через 10 мкс после того, как импульс достиг фокального центра. Эта временная задержка была выбрана, чтобы позволить импульсу давления пройти по всей фокальной зоне и позволить любым кавитационным пузырькам образоваться до захвата изображения без помех от эффекта Шлирена, вызванного гистотриптическим импульсом, проходящим через фокальную область.Время экспозиции камеры составляло 5 мкс для каждого записанного изображения. После получения изображения теневых графов были преобразованы из оттенков серого в двоичные с помощью порога интенсивности, определяемого интенсивностью фона, с использованием программного обеспечения для обработки изображений (MATLAB; The Mathworks, Натик, Массачусетс, США). Пузыри были обозначены как любые черные области> 5 пикселей. Для пороговых экспериментов регистрировалось количество кадров, содержащих кавитационные пузыри, и доля всех кадров (из 100), для которых была обнаружена кавитация, определялась как вероятность кавитации.

Общая схема экспериментальной установки

Импульсы гистотрипсии подавались на тканевые фантомы с использованием преобразователя гистотрипсии 500 кГц. Кавитация контролировалась с помощью высокоскоростной оптической визуализации и пассивного обнаружения кавитации с использованием одного из элементов терапевтического преобразователя.

Пассивное обнаружение кавитации (PCD)

В дополнение к высокоскоростной визуализации, акустический метод также использовался для определения кавитации в фокальной зоне для пороговых экспериментов, следуя ранее установленному методу (Maxwell et al., 2013; Влайсавлевич и др. , 2015b). Поскольку использование изображения пузырьков, сделанного в один момент времени, является ограничением, метод PCD позволяет отслеживать кавитацию в течение гораздо более длительного периода времени после прохождения импульса. Для каждого эксперимента один из терапевтических элементов преобразователя также использовался для приема сигналов акустической эмиссии для PCD для обнаружения присутствия кавитации в фокальной области (). Площадь поверхности элемента, используемого для ПКА, составляла 3,14 см 2 .Сигнал PCD был подключен к осциллографу (LT372; Лекрой, Честнат-Ридж, Нью-Йорк, США) с временным окном, выбранным для регистрации обратного рассеяния терапевтического импульса от кавитационных пузырьков, что примерно в два раза превышало время пролета очага. длина преобразователя. Регистрация PCD длилась 100 мкс, что позволило обнаружить сигнал обратного рассеяния терапевтического импульса от кавитационных пузырьков. Чтобы определить, возникла ли кавитация во время импульса, сигнал, генерируемый обратным рассеянием падающего импульса из фокуса, был проанализирован в соответствии с методом, использованным в предыдущем исследовании, с интегрированным частотным спектром мощности ( S PCD ) сигнала обратного рассеяния. используется как мера того, произошла ли кавитация (Maxwell et al., 2013). Этот метод позволил количественно определить, был ли сигнал выше порога кавитации, на основе сравнения с базовыми сигналами, измеренными при низких амплитудах давления, когда кавитации не было.

Расчет и сравнение внутреннего порога

Для сравнения влияния числа f на внутренний порог гистотрипсии импульсы гистотрипсии с одной доминирующей фазой отрицательного давления () применялись к фантомам агарозной ткани (1% мас. / Об.), Помещенным в геометрическая фокусировка матричного преобразователя из 235 элементов.Импульсы гистотрипсии применялись с частотой повторения импульсов (PRF) 0,5 Гц. PRF поддерживалась на низком уровне, чтобы свести к минимуму вероятность того, что кавитация от одного импульса изменит вероятность кавитации в последующем импульсе (Maxwell et al. , 2013). Кроме того, фокус перемещался для каждого импульса на 1 мм поперек направления распространения звука в сетке 10 × 10 для каждого уровня давления, чтобы минимизировать эффекты кавитационного разрушения твердого образца, изменяющего вероятность кавитации. На каждом испытанном уровне давления на образец подавалось 100 импульсов для каждой серии экспериментов.

Вероятность наблюдения кавитации, P cav , следует сигмовидной функции, заданной как

P (p -) = 12 + erf (p — pHIT2σ2)

(E1)

, где erf — функция ошибок, p HIT — отрицательное давление, при котором P cav = 0,5, σ — это переменная, связанная с шириной перехода между P cav = 0 и P cav = 1, где ± σ дает разницу в давлении примерно от P cav = 0.От 15 до P cav = 0,85 для посадки. Внутренний порог для каждого условия, P HIT , определяется как p- , соответствующий P cav = 0,5, как вычислено с помощью аппроксимации кривой. Аппроксимация кривой для всех наборов данных была выполнена с использованием программы аппроксимации кривой OriginLab (OriginPro 9. 1; OriginLab Corporation, Нортгемптон, Массачусетс, США). Подгоночные кривые для всех условий анализировали статистически, чтобы определить, существенно ли отличаются друг от друга различия в значениях p HIT .Стандартные ошибки для p HIT были оценены ковариационной матрицей с использованием дельта-метода (Hosmer and Lemeshow, 1992). Кривые сравнивали с использованием двухвыборочного t-критерия со статистической t (pint1-pint2, SE12 + SE22) с доверительным интервалом 95%. Результаты считались статистически значимыми при p <0,05. Обратите внимание, что стандартная ошибка не включает погрешность измерения абсолютного давления по результатам измерения гидрофона или оценок калибровки, а только погрешность аппроксимации.

Сравнение плотности пузырькового облака и размера пузырька

Эффект f-числа на «плотность пузырька» и индивидуальный размер пузырьков сравнивался для пузырьковых облаков, созданных с помощью f-чисел 0,51, 0,54, 0,58, 0,64, 0,73 и 0,89 с использованием оптические изображения пузырьковых облаков, полученные с помощью высокоскоростной ПЗС-камеры. Диаметр отдельных пузырьков, генерируемых каждым числом f, измерялся для каждого условия при уровне давления непосредственно выше внутреннего порога и с временной задержкой 10 мкс после того, как импульс достигал фокального центра, что позволило лучше измерить размер отдельных пузырьков.Следует отметить, что временная задержка 10 мкс не соответствует максимальному радиусу пузырька, а скорее является относительным сравнением между размером пузырька для всех условий f-числа в заданный момент времени после прихода импульса. Влияние числа f на «плотность пузырьков» внутри пузырькового облака сравнивалось путем измерения количества пузырьков на единицу площади внутри пузырьковых облаков, созданных с использованием различных f-чисел. Стоит отметить, что стало труднее идентифицировать отдельные пузырьки внутри пузырьковых облаков, образованных при более низких числах f, из-за чрезвычайно высокой «плотности пузырьков» в этих случаях, поэтому возможно, что эти меры могут недооценивать фактическую плотность пузырьков в эти случаи. Как для сравнения размера пузырьков, так и для сравнения «плотности пузырьков» для каждого условия использовался размер выборки, равный 10. Результаты были нанесены на график в виде среднего значения ± стандартное отклонение и сравнены с использованием t-критерия Стьюдента с поправкой Бонферрони. Статистически значимыми считались значения P <0,05.

Размеры пузырькового облака: предсказанные и измеренные

Ожидаемый размер пузырькового облака был спрогнозирован для каждого условия f-числа с использованием одномерных профилей пучка и экспериментально измеренных внутренних пороговых значений, p HIT .Одномерные профили пучка для каждого f-числа были измерены с помощью высокочувствительного пулевого гидрофона (модель HGL-200, Onda Corp., Саннивейл, Калифорния, США). Одномерные профили пучка в поперечном, вертикальном и осевом направлениях были измерены путем сканирования гидрофона в диапазоне 50 мм с шагом 0,25 мм. Для заданного числа f напряжение решетки было выбрано таким, чтобы пиковое отрицательное фокусное давление составляло приблизительно 1 МПа. показаны продольные и поперечные одномерные профили пучка для каждого числа f, использованного в кавитационных экспериментах.Одномерные профили пучка для вертикального направления (не показаны) были аналогичны показанным для бокового направления. Во всех направлениях наблюдалось значительное увеличение ширины луча -6 дБ с увеличением числа f (). Например, ширина луча -6 дБ в поперечном направлении составляла 1,55 мм, 1,80 мм, 1,95 мм, 2,20 мм, 2,45 мм и 2,95 мм для f-чисел 0,51, 0,54, 0,58, 0,64, 0,73 и 0,89 соответственно. Точно так же ширина луча -6 дБ в осевом направлении составляла 3,3 мм, 4,15 мм, 5,05 мм, 6.75 мм, 10,1 мм и 15,0 мм для чисел f 0,51, 0,54, 0,58, 0,64, 0,73 и 0,89 соответственно

Профили луча 1D

Осевые (слева) и боковые (справа) профили луча 1D для каждого f -число, используемое в экспериментах по кавитации. Результаты показали значительное увеличение ширины луча -6 дБ с увеличением числа f.

Чтобы предсказать размер пузырькового облака для каждого набора экспериментальных параметров (т. е. число f, p EST ), одномерные профили пучка были нормированы на пиковое давление в фокусе (), а затем был оценен профиль пучка. полученный путем умножения нормализованного одномерного профиля пучка на p EST ().Расчетный профиль луча использовался для прогнозирования ожидаемого размера пузырькового облака с использованием внутреннего порога, p HIT , измеренного экспериментально для каждого числа f (), с областью выше p HIT , записанной как прогнозируемое облако. размер. Прогнозируемый размер пузырькового облака был рассчитан в осевом и поперечном направлениях для всех экспериментальных условий и сравнен с размерами облака, измеренными экспериментально с использованием оптических изображений. Размер образца из 10 пузырьковых облаков использовался для измерения размеров облаков в осевом и поперечном направлениях для каждого набора экспериментальных условий, при этом результаты были представлены как среднее значение ± стандартное отклонение.

Прогноз размера облака

Размер пузырькового облака был предсказан с использованием одномерных профилей луча. (A) Профиль пучка 1D был нормирован на давление в фокусе. (B) Расчетный профиль пучка затем был получен путем умножения нормализованного профиля пучка на p EST для данного набора экспериментальных условий. (C) Размер облака был предсказан с использованием внутреннего порога, p HIT , измеренного экспериментально для каждого числа f, с областью выше p HIT , записанной как предсказанный размер облака.

Фантомная абляция эритроцитов

Фантомы из агарозного геля со встроенным слоем эритроцитов использовали для характеристики фракционирования клеток, индуцированного гистотрипсией, для различных условий числа f. Фракционирование эритроцитов меняет цвет встроенного клеточного слоя с непрозрачно-красного на полупрозрачный по мере лизиса эритроцитов, что позволяет напрямую визуализировать процесс фракционирования, индуцированный гистотрипсией (Максвелл и др. , 2010b; Лин и др. , 2014; Влайсавлевич и др., 2016а; Влайсавлевич и др. , 2013а; Wang et al. , 2012). Предыдущие исследования также показали, что поражение, визуализированное на фантомах эритроцитов, похоже на поражение, образованное в ткани, идентифицированной гистологическим путем (Maxwell et al. , 2010b; Lin et al. , 2014; Wang et al. , 2012). ). Фокус матричного преобразователя 500 кГц был выровнен по центру фантомного слоя эритроцитов, и было применено 250 импульсов гистотрипсии при PRF, равном 0.5 Гц. Облако пузырьков и результирующее фракционирование клеток регистрировались с помощью высокоскоростной оптической визуализации после каждого импульса (). Высокоскоростная камера была сфокусирована на слой красных кровяных телец и подсвечена непрерывным источником света. Камера запускалась для записи двух изображений для каждого приложенного импульса, одно через 10 мкс после того, как импульс достиг фокуса, чтобы визуализировать активность пузырьков, и другой кадр между импульсами, через 1 секунду после каждого импульса, для оценки повреждения ткани. Время экспозиции камеры составляло 20 мкс. Пузырьки выглядели как черные области на теневом изображении, и фракционирование эритроцитов визуализировалось, поскольку эритроциты становились прозрачными после фракционирования.Фракцию эритроцитов сравнивали между фантомами, обработанными с использованием f-чисел 0,51, 0,58, 0,73 и 0,89. Изображения Shadowgraph были преобразованы из оттенков серого в двоичные с помощью порога интенсивности с использованием программного обеспечения для обработки изображений (MATLAB; The Mathworks, Natick, MA, USA), и площадь поражения после каждого импульса рассчитывалась путем суммирования пикселей внутри фракционированной области. Площадь поражения дополнительно нормализовали к общей площади зоны обработки (то есть общей площади пузырьковых облаков, измеренной в предыдущем разделе), в результате чего была получена нормализованная площадь поражения.Для каждого экспериментального условия была нанесена нормализованная площадь поражения как функция количества импульсов. Для каждого условия использовали размер образца из 4 тканевых фантомов с результатами, нанесенными на график как среднее ± стандартное отклонение.

Результаты

Внутренний порог в сравнении с F-числом

Внутренний порог сравнивался для шести f-чисел в диапазоне 0,51–0,89. Для каждого условия эксперимента кавитационные пузыри наблюдались на высокоскоростной камере при превышении определенного отрицательного давления (,).По мере дальнейшего увеличения давления пузырьки визуализировались на все большей площади с большим количеством пузырьков, присутствующих в фокальной области (,), аналогично поведению пузырьковых облаков с внутренним порогом, наблюдаемым в предыдущих исследованиях (Lin et al. , 2014; Максвелл и др. , 2013; Влайсавлевич и др. , 2015b; Влайсавлевич и др. , 2015c). В дополнение к высокоскоростной визуализации, кавитация также отслеживалась с помощью одного из элементов терапевтического преобразователя для PCD в соответствии с ранее установленным методом, с результатами, показывающими близкое соответствие между методами оптической визуализации и методов обнаружения PCD. Например, и покажите пример оптических изображений и сигналов PCD, снятых для f-чисел 0,51 и 0,89 соответственно. Когда на высокоскоростных изображениях возникала кавитация, сигнал PCD представлял собой многоцикловую вспышку значительно увеличенной амплитуды с центральной частотой, близкой к частоте терапевтического преобразователя. Когда на камере не наблюдалось кавитации, амплитуда сигнала PCD была небольшой.

Обнаружение кавитации: число f = 0,51

На изображениях показаны образцы результатов PCD и оптического изображения для импульсов, подаваемых с использованием числа f, равного 0.51 при p EST в диапазоне от 25,8 МПа до 41,8 МПа. Временной (вверху) и частотный (средний) сигналы PCD показали хорошее согласие с высокоскоростными оптическими изображениями кавитации (внизу).

Обнаружение кавитации: f-число = 0,89

На изображениях показаны образцы результатов PCD и оптического изображения для импульсов, применяемых с использованием f-числа 0,89 при p EST в диапазоне от 25,6 МПа до 31,3 МПа. Временной (вверху) и частотный (средний) сигналы PCD показали хорошее согласие с высокоскоростными оптическими изображениями кавитации (внизу).

Внутренний порог, p HIT , для всех экспериментальных условий сравнивали с использованием метода аппроксимации кривой и статистического анализа, описанных выше. Сравнение влияния числа f на p HIT продемонстрировало аналогичную функцию вероятности кавитации в зависимости от давления для условий, без заметной тенденции в p HIT , наблюдаемой при увеличении числа f (). Результаты полного порога кавитации показаны на. p HIT , измеренные для всех условий, находились в диапазоне от 27,2 ± 0,3 МПа (число f: 0,58) до 30,2 ± 0,4 МПа (число f: 0,73). Статистический анализ не показал значимых различий в p HIT при разных f-числах (p> 0,05), за исключением p HIT для f-числа 0,73, которое было значительно выше (p < 0,05), чем p HIT при всех других f-числах. Также стоит отметить, что отчетливое пороговое поведение наблюдалось для всех экспериментальных условий, без заметной тенденции в σ , среднее значение , наблюдаемое с увеличением числа f.Значения σ среднее варьировались от 0,4–1,8 ().

Кривые порога кавитации

Кривые вероятности (n = 3) для всех f-чисел. Результаты показывают отчетливое пороговое поведение для всех условий без заметных тенденций в p HIT , наблюдаемых с увеличением числа f.

Таблица 1

Результаты пороговых значений

В таблице показаны значения внутреннего порога гистотрипсии, p HIT , рассчитанные по подобранным кривым для каждого образца, а также средние значения для p HIT и σ.Все значения указаны для давления в МПа.

0,64 0,64 900 28,73
F-номер P HIT (1) P HIT (2) P HIT (3) P HIT среднее) σ (среднее)
0,51 28,34 28,87 27,26 28,2 1,7
0,54 27. 29 27,97 28,95 28,1 1,4
0,58 27,25 26,89 27,56 27,2 0,8
28,5 1,8
0,73 30,64 29,92 29,96 30,2 1,2
0. 89 27,43 27,02 27,35 27,3 0,4

Плотность пузырькового облака и размер пузырька

Для всех f-чисел кавитационные пузырьковые облака наблюдались только при давлениях, близких и превышающих внутреннюю гистограмму. порог, p HIT , без кавитационных облаков, наблюдаемых при более низких амплитудах (). Количественная оценка размера отдельных пузырьков, образующихся непосредственно над внутренним порогом при различных f-числах (т.е. вторая колонка в) не показала значительного изменения (p> 0,05) размера пузырьков с числом f (), при этом средний диаметр пузырьков, измеренный, составлял 308 ± 46 мкм, 299 ± 40 мкм, 296 ± 34 мкм, 322 ± 54 мкм. , 284 ± 58 мкм и 311 ± 50 мкм для f-чисел 0,51, 0,54, 0,58, 0,64, 0,73 и 0,89 соответственно. Поскольку p EST был увеличен выше p HIT для данного числа f, пузырьковые облака визуализировались во все большей области с большим количеством пузырьков, присутствующих в фокальной области, аналогично предыдущим исследованиям (Максвелл et al., 2013; Влайсавлевич и др. , 2015b; Влайсавлевич и др. , 2015c). Сравнение внешнего вида пузырьковых облаков, сформированных при различных значениях f-числа, показало значительное уменьшение «плотности пузырьков» внутри облака (то есть количества пузырьков в заданной области) для более высоких чисел f (). При самых низких f-числах были созданы плотные пузырьковые облака с четко разграниченными границами (, верхние строки). Для сравнения, более диффузные пузырьковые облака с менее разграниченными границами наблюдались при самых высоких числах f (, нижние строки).Количественная оценка «плотности пузырьков», наблюдаемой при различных значениях f-числа, показала значительное уменьшение «плотности пузырьков» с увеличением числа f (), при этом измеренные плотности составили 39,6 ± 3,8 пузырьков / мм 2 , 24,2 ± 2,9 пузырьков / мм 2 , 12,2 ± 1,6 пузыря / мм 2 , 4,0 ± 0,6 пузыря / мм 2 , 1,6 ± 0,4 пузыря / мм 2 и 1,5 ± 0,3 пузыря / мм 2 для f-чисел 0,51, 0,54, 0,58, 0,64, 0,73 и 0,89 соответственно. Все различия в «плотности пузырьков» между f-числами были значительными (P <0.05), за исключением разницы между f-числами 0,73 и 0,89 (p = 0,18). Открытие того факта, что более высокие значения f приводят к образованию пузырьковых облаков с более низкой «плотностью пузырьков», подтверждает нашу гипотезу и, вероятно, объясняется процессом насыщения давлением, вызванным пузырьками, вовлеченным в внутреннее пороговое зарождение гистотрипсии (Vlaisavljevich et al. , 2015c). , который предсказывает, что более плотные пузырьковые облака образуются при меньших f-числах из-за более высокой скорости увеличения давления в фокальной области (). Это объяснение дополнительно подтверждается наблюдением, что различия в «плотности пузырьков» при разных f-числах оказались наиболее значительными в осевом направлении, при этом облако пузырьков было более рассредоточенным (т.е. менее плотный) в осевом направлении по сравнению с боковым направлением (), как и следовало ожидать на основе одномерных профилей пучка ().

Оптические изображения пузырькового облака: все f-числа

На изображениях показаны характерные пузырьковые облака, созданные при всех f-числах для селективного p EST .

Сравнение размеров пузырьков и «плотности пузырьков»

(A) Сравнение диаметров отдельных пузырьков, измеренных непосредственно выше p HIT для каждого числа f, не показало значительных различий в размере пузырьков. (B) Сравнение «плотности пузырьков» внутри пузырьковых облаков, созданных с различными числами f, показало значительное уменьшение «плотности пузырьков» с увеличением числа f.

Размер пузырькового облака: прогнозируемый и измеренный

Для проверки гипотезы о том, что образуются пузырьковые облака с собственным порогом гистотрипсии, соответствующие области фокуса выше внутреннего порога, p HIT , размер пузырькового облака в осевом и поперечные направления были спрогнозированы для каждого числа f с использованием одномерных профилей осевого пучка () и p HIT , измеренных при различных числах f (), как описано в Методах и показано в.Для всех f-чисел прогнозируемый размер пузырьковых облаков в боковом () и осевом () направлениях увеличивался с увеличением p EST , что соответствовало экспериментальным тенденциям, которые показали, что более крупные пузырьковые облака образовывались при увеличении p EST () . Количественное сравнение прогнозируемых и измеренных размеров пузырьковых облаков показало близкое совпадение как в латеральном (), так и в осевом () направлениях для всех f-чисел, что подтверждает гипотезу о том, что собственные пороговые пузырьковые облака образуются в соответствии с областью фокуса выше внутреннего порог.В большинстве случаев средний размер пузырькового облака, измеренный в экспериментах, отклонялся от прогнозируемого размера пузырькового облака на <25%, за исключением этого, в основном, для пузырьковых облаков, генерируемых близко к p HIT , где размер индивидуума пузырьки были большими по сравнению с размером фокальной области выше внутреннего порога. Стоит отметить, что стандартные отклонения в размерах пузырьковых облаков, измеренные экспериментально, были больше при более высоких числах f по сравнению с более низкими числами f, которые более воспроизводимо генерировали четко определенные пузырьковые облака с резко разграниченными границами, которые соответствовали всей области выше собственного порог.

Предсказанный и измеренный размер облака: боковое направление

На графиках показан размер пузырькового облака в поперечном направлении по сравнению с прогнозируемым размером пузырькового облака, измеренным с использованием одномерных поперечных профилей пучка. Результаты показывают близкое соответствие между предсказанным и измеренным размером пузырькового облака для всех f-чисел.

Предсказанный и измеренный размер облака: осевое направление

На графиках показан размер пузырькового облака в осевом направлении по сравнению с прогнозируемым размером пузырькового облака, измеренным с использованием одномерных профилей осевого пучка.Результаты показывают близкое соответствие между предсказанным и измеренным размером пузырькового облака для всех f-чисел.

Фантомная абляция эритроцитов

Фантомы ткани агарозы, залитые слоями эритроцитов, использовали для сравнения гистотрипсической абляции для f-чисел 0,51, 0,58, 0,73 и 0,89. Для всех f-чисел поврежденные области обнаруживались после каждого импульса, причем размер поврежденной области увеличивался с увеличением числа импульсов (). При самых низких значениях f (т.е. 0,51 и 0,58) внутри фантомов эритроцитов на каждом импульсе генерировались плотные пузырьковые облака, в результате чего очаги, казалось, подвергались гомогенному лечению и обладали гладкой, четко определенной границей между фракционированным поражением и неповрежденным. Эритроциты без остаточных неповрежденных участков внутри зоны обработки ().При более высоких числах f (0,73 и 0,89) внутри фантомов эритроцитов образовывались менее плотные пузырьковые облака, что приводило к повреждениям с неровной границей и остаточным неповрежденным участкам внутри зоны обработки после 250 импульсов (). Этот эффект был наиболее выражен для самого высокого протестированного числа f, 0,89, при котором поражение не было полностью фракционировано после 250 импульсов ().

Оптические изображения гистотрипсии Фракционирование эритроцитов

На изображениях показаны кавитационные пузырьковые облака (темные) и гистотрипсийные образования (белые), образовавшиеся в фантомах эритроцитов (серые), с использованием f-числа 0.51, 0,58, 0,73 и 0,89.

Сравнение эффективности абляции при гистотрипсии для различных значений f-числа продемонстрировало значительное увеличение эффективности лечения для более низких f-чисел. показывает количественное сравнение нормализованной площади поражения как функции числа импульсов для фантомов эритроцитов (n = 4), обработанных с использованием f-чисел 0,51, 0,58, 0,73 и 0,89. Нормализованная площадь поражения увеличивалась быстрее с каждым импульсом для меньших f-чисел (). Например, количество импульсов, необходимых для фракционирования 50% зоны обработки, составляло 14.5 ± 9,5, 37,5 ± 19,9, 101,0 ± 30,9 и 209,3 ± 17,4 для f-чисел 0,51, 0,58, 0,73 и 0,89 соответственно. Эта разница соответствует более чем 14-кратному увеличению эффективности лечения между самым низким (0,51) и самым высоким (0,89) испытанным f-числом. После 250 импульсов полное фракционирование зоны обработки было достигнуто только для условий с более низким числом f (т.е. 0,51 и 0,58), в то время как более высокие числа f дали 79,9 ± 5,5% (число f: 0,73) и 63,9 ± 3,7. % (число f: 0,89) зоны обработки фракционируют после 250 импульсов, что позволяет предположить, что для полного фракционирования всей зоны обработки в этих случаях требуется> 250 импульсов.Эта гипотеза была подтверждена в отдельном исследовании (не показано), которое продемонстрировало, что однородно обработанное поражение с четко определенными границами образовалось после ~ 500–1000 импульсов с использованием f-числа 0,89.

Сравнение абляции эритроцитов

На графике показана нормализованная площадь поражения для лечения гистотрипсией с использованием f-чисел 0,51, 0,58, 0,73 и 0,89. Повреждения, вызванные меньшими числами f, развивались значительно быстрее с каждым импульсом, чем поражения, вызванные более высокими числами f. Полное разрушение зоны обработки после 250 импульсов было достигнуто только для случаев с меньшим f-числом (0.51 и 0,58).

Обсуждение

В этом исследовании влияние f-числа на внутренний порог гистотрипсии, p HIT , было исследовано с использованием 235-элементного матричного преобразователя 500 кГц, при этом эффективное f-число варьировалось от 0,51 до 0.89, изменив активные элементы в массиве. Результаты подтвердили гипотезу о том, что p HIT существенно не меняется с f-числом, поскольку оно зависит только от свойств среды и приложенного отрицательного давления.Никакой тенденции в p HIT не наблюдалось, поскольку число f было увеличено с 0,51 до 0,89, при p HIT в диапазоне от 27,2 ± 0,34 МПа (число f: 0,58) до 30,2 ± 0,41 МПа (f -число: 0,73). Эти результаты подтверждают выводы предыдущих исследований, в которых был сделан вывод о том, что внутренний порог определяется приложенным отрицательным давлением, но не зависит от положительного давления (Максвелл и др. , 2013; Влайсавлевич и др. , 2016b; Влайсавлевич и др. al., 2015b). Например, хотя отношение пикового положительного давления к пиковому отрицательному давлению увеличивалось при более высоких числах f () из-за эффектов нелинейного распространения (т. Е. Более ударных волн при более высоких числах f), это не привело к значительному изменению в p ХИТ (,).

Обнаружение того, что внутренний порог не зависит от числа f, дает дополнительное свидетельство того, что возникновение облака при гистотрипсии внутреннего порога более предсказуемо, чем создание пузырькового облака при гистотрипсии рассеяния ударной волны, которое зависит от множества факторов, включая время нарастания ударной волны и положительное давление. амплитуда, оба из которых зависят от f-числа преобразователя (Maxwell et al., 2010а; Максвелл и др. , 2011b; Влайсавлевич и др. , 2014b). Предсказуемость собственной пороговой гистотрипсии была дополнительно продемонстрирована экспериментами, сравнивающими предсказанные и экспериментально измеренные размеры пузырькового облака, с результатами, показывающими близкое соответствие для всех f-чисел. При более высоких числах f пузырьковые облака становились более вытянутыми в осевом направлении (т. Е. Имели форму сигары), что напрямую соответствовало изменениям в профилях пучка, измеренных до экспериментов с кавитацией.Возможность предсказуемо генерировать пузырьковые облака, соответствующие части профиля луча выше внутреннего порога, является одним из ключевых преимуществ гистотрипсии с внутренним порогом. Этот подход позволяет точно определить местоположение и размеры пузырькового облака гистотрипсии до лечения, что важно для клинического воплощения гистотрипсии и разработки нормативных стандартов для терапии гистотрипсии. Кроме того, эта особенность гистотрипсии с внутренним порогом поможет улучшить дизайн и разработку датчиков гистотрипсии для конкретных клинических применений.

Также было исследовано влияние числа f на «плотность пузырьков» и фракционирование тканей, и результаты подтверждают нашу гипотезу о том, что «плотность пузырьков» уменьшается с увеличением числа f, которое было предсказано на основе процесса насыщения давлением, вызванного пузырьками. предложено в нашем предыдущем исследовании (Vlaisavljevich et al., 2015c). В этом процессе предполагается, что давление увеличивается по мере распространения акустических волн к фокальной области, а лучи от соседних элементов конструктивно интерферируют друг с другом.Как только внутренний порог достигнут, образуется кавитационный пузырь, и давление временно падает ниже внутреннего порога на короткое расстояние, прежде чем внутренний порог снова будет достигнут, образуя еще один пузырь. Затем этот процесс повторяется во всем фокальном объеме, в результате чего пузырьковое облако покрывает всю фокальную область, в которой был достигнут внутренний порог (). Этот процесс привел к гипотезе о том, что плотность пузырькового облака будет уменьшаться при более высоких числах f из-за увеличения расстояния между событиями зародышеобразования, которое зависит от скорости увеличения давления в фокальной области.Результаты экспериментов с «плотностью пузырьков» подтвердили эту гипотезу, показав значительное уменьшение «плотности пузырьков» с увеличением числа f. Это открытие привело к дополнительной гипотезе о том, что фракционирование тканей будет более эффективным при меньших f-числах. Результаты экспериментов с фантомом эритроцитов подтвердили эту гипотезу: быстрое фракционирование фокальной области наблюдалось в течение первых 50–100 импульсов для условий с более низким f-числом, что приводило к четко определенным очагам поражения с резкими границами в конце лечения 250 импульсами. .Напротив, для достижения тех же уровней фракционирования при более высоких числах f требовалось значительно больше импульсов. При самом высоком числе f (0,89) фантомы эритроцитов были только частично фракционированы после 250 импульсов и еще не образовали четко определенных повреждений, соответствующих всей фокальной зоне, покрытой облаком пузырей. Этот результат демонстрирует, что для полного фракционирования фокального объема при клинической гистотрипсии с использованием датчиков с более высоким f-числом потребуется более длительное время лечения (т. Е. Большее количество импульсов), что наблюдалось в отдельном исследовании, которое продемонстрировало однородно обработанное поражение с четко определенными границами. после ~ 500–1000 импульсов с использованием f-числа 0.89.

Внутренняя пороговая гистотрипсия: Схема зарождения пузырьковых облаков

На схеме показан предлагаемый метод образования пузырьковых облаков при внутренней пороговой гистотрипсии, при котором ультразвуковые лучи конструктивно интерферируют, поскольку они распространяются к фокальной области, пока пиковое отрицательное давление не достигнет внутреннего порога. Как только внутренний порог достигнут, образуется кавитационный пузырь, и давление на короткое расстояние падает ниже внутреннего порога. Затем лучи продолжают распространяться до тех пор, пока не будет снова достигнут собственный порог, при этом этот процесс повторяется во всем фокусном объеме.

Другой важный вывод заключался в том, что размер отдельных пузырьков, образующихся около внутреннего порога, не претерпел значительных изменений с f-числом, что и ожидалось, поскольку размер пузырьков определяется амплитудой и продолжительностью нанесенного p-. Однако размер пузырьков, образующихся в облаках при более высоких амплитудах (в конкретный момент времени), по-видимому, уменьшался при меньших числах f. Основываясь на нашей гипотезе о насыщении давлением, кажется маловероятным, что эти различия в размере пузырьков были вызваны различиями в p EST , поскольку ожидается, что локальное давление, испытываемое каждым отдельным пузырьком в облаке, будет на уровне внутреннего порога или близко к нему. .Эта гипотеза подтверждается тем фактом, что пузырьки меньшего размера были видны при более низких числах f, хотя p EST было выше. Вместо этого наша гипотеза состоит в том, что этот эффект объясняется взаимодействием пузырь-пузырь, которое становится более значительным при меньших f-числах из-за увеличения «плотности пузырька» (т. Е. Росту пузырька препятствуют окружающие пузырьки). Планируется дальнейшая работа по дальнейшему исследованию этого эффекта.

В целом, результаты этого исследования показывают, что разработка преобразователей с наименьшим возможным диафрагменным числом для данного акустического окна будет полезна для создания плотных пузырьковых облаков и повышения эффективности обработки.Это открытие также предполагает, что для успешного использования гистотрипсии в случаях, когда требуются датчики с более высоким f-числом, потребуются более длительные процедуры (т. Е. Большее количество импульсов). Однако стоит отметить, что более высокие значения диафрагмы также имеют большие фокусные зоны, поэтому вполне вероятно, что снижение эффективности обработки больших объемов будет меньше, чем снижение эффективности, наблюдаемое для одной фокусной точки, поскольку снижение эффективности на каждая точка будет компенсирована увеличением размера фокальной зоны.Обнаружение того, что эффективность внутренней пороговой гистотрипсии уменьшается при более высоких числах f, также предполагает, что может быть предпочтительнее использовать гистотрипсию ударного рассеяния для создания более плотных пузырьковых облаков в этих случаях, поскольку гистотрипсия ударного рассеяния позволяет сформировать очень плотное пузырьковое облако. даже при более высоких f-числах. Фактически, гистотрипсия ударного рассеяния является более сложной задачей при меньших f-числах, так как она требует генерации высоких амплитуд ударных волн для образования пузырькового облака.Следовательно, как общий принцип, гистотрипсия с внутренним порогом, вероятно, будет предпочтительнее при использовании более низких f-чисел, в то время как гистотрипсия с ударным рассеянием больше подходит для более высоких f-чисел. Однако стоит отметить, что, хотя и менее эффективна при более высоких числах f, гистотрипсия с внутренним порогом все же приведет к повышению точности лечения и, следовательно, может быть предпочтительнее рассеяния разрядов, когда требуется высокая точность, даже при использовании более высоких чисел f, таких как при гистотрипсийном тромболизисе (Maxwell et al., 2011а; Zhang et al. , 2015). В целом, преимущества использования внутренней пороговой гистотрипсии, такие как высокая надежность, высокая точность, способность обрабатывать границы раздела фаз без предфокальной кавитации, и способность управлять поведением пузырькового облака, вероятно, делают ее предпочтительным методом лечения для большинства приложений в которые могут быть достигнуты при достаточно высоких отрицательных давлениях.

Хотя эта работа была ограничена f-числами между 0,51–0,89, ожидается, что тенденции, наблюдаемые в этом исследовании, будут актуальными для всех f-чисел, если в фокусе может быть создано достаточное давление, чтобы превысить собственное порог.Создание больших отрицательных давлений выше внутреннего порога может быть затруднено при очень высоких числах f из-за практических ограничений устройства (то есть невозможности создать достаточно высокие поверхностные давления, чтобы превысить собственный порог в фокусе), что было ограничивающим фактором в текущее исследование, а также теоретические акустические ограничения (т.е. невозможность превысить собственный порог в фокусе из-за полного акустического насыщения). Также стоит отметить, что тенденции, наблюдаемые в этом исследовании, такие как уменьшение плотности облаков при более высоком f-числе, как ожидается, будут иметь место для обработок внутреннего порога гистотрипсии на всех акустических частотах, хотя абсолютные значения могут изменяться с частотой, как показано на в нашей предыдущей работе по исследованию влияния частоты на собственный порог и динамику пузыря, которая показала небольшое снижение внутреннего порога (Vlaisavljevich 2015b), а также значительное увеличение размера пузыря (Vlaisavljevich 2015c) на более низкой частоте.

Заключение

В этом исследовании влияние числа f на внутренний порог гистотрипсии и поведение облака кавитационных пузырьков было исследовано с использованием матричного преобразователя с 235 элементами на 500 кГц. Результаты показали, что внутренний порог гистотрипсии существенно не изменился с f-числом, при этом порог оставался ~ 27–30 МПа для всех условий. Предсказуемость собственной пороговой гистотрипсии была дополнительно продемонстрирована экспериментами, сравнивающими предсказанный размер пузырькового облака с размером пузырьковых облаков, измеренным экспериментально, с результатами, показывающими близкое соответствие для всех f-чисел.Наконец, результаты показали, что эффективность фракционирования тканей снижается при более высоких числах f из-за уменьшения «плотности пузырьков» внутри облака пузырьков. В целом, это исследование дает существенное представление о влиянии числа f на внутренний порог гистотрипсии, что помогает при разработке датчиков гистотрипсии для конкретных клинических применений.

Выражение признательности

Эта работа была поддержана грантами Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB) Национальных институтов здравоохранения под номером R01EB008998, Национального института неврологических расстройств и инсульта (NINDS) Национальных институтов здравоохранения. под номером награды R21 NS093121, грантом для исследователей Американского онкологического общества (RSG-13-101-01-CCE), Фонда Хартвелла и Фонда Focused Ultrasound Foundation.Уведомление о раскрытии информации: Drs. Эли Влайсавлевич, Тим Холл и Чжэнь Сюй имеют финансовые интересы и / или другие отношения с HistoSonics Inc.

Ссылки

  • Duck FA. Физические свойства тканей: исчерпывающий справочник. Академическая пресса; 1990. [Google Scholar]
  • Duryea AP, Hall TL, Maxwell AD, Xu Z, Cain CA, Roberts WW. Гистотрипсийная эрозия модельных мочевых камней. Журнал эндоурологии. 2011; 25: 341–4. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Hempel CR, Hall TL, Cain CA, Fowlkes JB, Xu Z, Roberts WW.Гистотрипсийное фракционирование ткани предстательной железы: местные эффекты и системный ответ на модели у собак. Юрол. 2011; 185: 1484–9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Хосмер Д.В., Лемешоу С. Оценка доверительного интервала взаимодействия. Эпидемиология. 1992; 3: 452–6. [PubMed] [Google Scholar]
  • Ким И., Максвелл А. Д., Холл Т. Л., Сюй З., Лин К. В., Каин, Калифорния. Быстрое изготовление прототипов сфокусированных ультразвуковых преобразователей. IEEETrans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2014; 61: 1559–74. [PubMed] [Google Scholar]
  • Лин К.В., Ким Й., Максвелл А.Д., Ван Т.Й., Холл Т.Л., Сюй З., Фаулкс Дж. Б., Каин, Калифорния.Гистотрипсия за порогом собственной кавитации с использованием очень коротких ультразвуковых импульсов: микротрипсия. IEEETrans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2014; 61: 251–65. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Максвелл А.Д., Каин К.А., Фаулкс Дж. Б., Сюй З. Возникновение кавитационных облаков рассеянными ударными волнами. Симпозиум IEEEUltrasonics. 2010a; 3B-2 [Google Scholar]
  • Максвелл А.Д., Каин К.А., Холл Т.Л., Фаулкс Дж. Б., Сюй З. Вероятность кавитации для одиночных ультразвуковых импульсов, применяемых к тканям и материалам, имитирующим ткань.Ультразвук Med Biol. 2013; 39: 449–65. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Maxwell AD, Owens G, Gurm HS, Ives K, Myers DD, Jr, Xu Z. Неинвазивное лечение тромбоза глубоких вен с использованием импульсной ультразвуковой кавитационной терапии (гистотрипсия) в модель свиньи. JVasc Interv Radiol. 2011a; 22: 369–77. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Максвелл А.Д., Ван Т.Ю., Каин К.А., Фаулкс Дж. Б., Сапожников О. А., Бейли М. Р., Сюй З. Кавитационные облака, созданные в результате ударного рассеяния пузырьков во время гистотрипсии.JAcoust Soc Am. 2011b; 130: 1888–98. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Максвелл А.Д., Ван Т.Ю., Юань Л., Дурье А.П., Сюй З., Каин, Калифорния. Тканевый фантом для визуализации и измерения кавитационных повреждений, вызванных ультразвуком. Ультразвук Med Biol. 2010b; 36: 2132–43. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Owens GE, Miller RM, Ensing G, Ives K, Gordon D, Ludomirsky A, Xu Z. Терапевтический ультразвук для неинвазивного создания внутрисердечной коммуникации у интактной модели животного.Катетер Cardiovasc Interv. 2011; 77: 580–8. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Parsons JE, Cain CA, Abrams GD, Fowlkes JB. Импульсная кавитационная ультразвуковая терапия для контролируемой гомогенизации тканей. Ультразвук Med Biol. 2006a; 32: 115–29. [PubMed] [Google Scholar]
  • Parsons JE, Cain CA, Fowlkes JB. Экономичная сборка базового оптоволоконного гидрофона для измерения высокоамплитудных терапевтических ультразвуковых полей. JAcoust Soc Am. 2006b; 119: 1432–40. [PubMed] [Google Scholar]
  • Робертс В.В., Холл Т.Л., Айвз К., Вольф Дж. С., мл., Фаулкс Дж. Б., Каин, Калифорния.Импульсный кавитационный ультразвук: неинвазивная технология контролируемой абляции тканей (гистотрипсия) в почках кролика. Юрол. 2006; 175: 734–8. [PubMed] [Google Scholar]
  • Робертс В.В., Теофилович Д., Янке Р.С., Патри Дж., Рисдал Дж. М., Бертолина Дж. А.. Гистотрипсия простаты с использованием коммерческой системы на модели собаки. Юрол. 2014; 191: 860–5. [PubMed] [Google Scholar]
  • Саймон Дж. К., Сапожников О. А., Хохлова В. А., Ван Ю. Н., Крам Л. А., Бейли М. Р.. Ультразвуковое распыление тканей и его роль во фракционировании тканей с помощью сфокусированного ультразвука высокой интенсивности.Phys Med Biol. 2012; 57: 8061–78. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Styn NR, Wheat JC, Hall TL, Roberts WW. Гистотрипсия опухоли VX-2, имплантированной в модель почек кролика. JEndourol. 2010; 24: 1145–50. [PubMed] [Google Scholar]
  • Влайсавлевич Э., Айдин О., Дурмаз Ю.Ю., Лин К.В., Фаулкс Б., Эль-Сайед М., Сюй З. Влияние частоты ультразвука на гистотрипсию, опосредованную нанокаплями. Ультразвук Med Biol 2015a [PubMed] [Google Scholar]
  • Влайсавлевич Э., Айдын О., Дурмаз Ю.Ю., Лин К.В., Фаулкс Б., Сюй З., ЭльСайед М.Э.Влияние состава капель на гистотрипсию, опосредованную нанокаплями. Ультразвук Med Biol. 2016a; 42: 931–46. [PubMed] [Google Scholar]
  • Влайсавлевич Э., Айдин О., Лин К.В., Дурмаз Ю.Ю., Фаулкс Б., ЭльСайед М., Сюй З. Роль положительного и отрицательного давления на зарождение кавитации в гистотрипсии, опосредованной нанокаплями. Phys Med Biol. 2016b; 61: 663–82. [PubMed] [Google Scholar]
  • Влайсавлевич Э., Дурмаз Ю.Ю., Максвелл А., Эльсайед М., Сюй З. Гистотрипсия с использованием нанокапель для направленной ультразвуковой абляции клеток под визуальным контролем.Тераностика. 2013a; 3: 851–64. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Влайсавлевич Э., Греве Дж., Ченг X, Ив К., Ши Дж., Джин Л., Арвидсон А., Холл Т., Веллинг Т.Х., Оуэнс Дж., Робертс В., Сюй З. Неинвазивная ультразвуковая абляция печени с использованием гистотрипсии: хроническое исследование на модели грызунов in vivo. Ultrasound Med Biol 2016c [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Vlaisavljevich E, Kim Y, Allen S, Owens G, Pelletier S, Cain C, Ives K, Xu Z. Неинвазивное ультразвуковое исследование печени с визуализацией Абляция с использованием гистотрипсии: технико-экономическое обоснование на модели In vivo на свинье .Ultrasound Med Biol 2013b [бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Влайсавлевич Э., Ким Й., Оуэнс Г., Робертс В., Каин С., Сюй З. Влияние механических свойств ткани на восприимчивость к повреждению тканей, вызванному гистотрипсией. Phys Med Biol. 2014a; 59: 253–70. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Vlaisavljevich E, Lin KW, Maxwell A, Warnez M, Mancia L, Singh R, Putnam A, fowlkes JB, Johnsen E, Cain C, Xu Z. Эффекты ультразвука Частота и жесткость тканей на внутренний порог гистотрипсии для кавитации.Ultrasound Med Biol 2015b [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Влайсавлевич Э., Лин К.В., Варнез М., Сингх Р., Мансия Л., Патнэм А., Йонсен Э., Каин С., Сюй З. Эффекты жесткости тканей. Частота ультразвука и давление на поведение кавитационного пузыря, вызванного гистотрипсией. Phys Med Biol 2015c [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Влайсавлевич Э., Максвелл А., Мансия Л., Йонсен Э., Каин С., Сюй З. Визуализация процесса гистотрипсии: взаимодействие пузырькового облака и раковых клеток в ткани -Подражание окружающей среде.Ultrasound Med Biol 2016d [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Влайсавлевич Э., Максвелл А., Варнез М., Йонсен Э., Каин К.А., Сюй З. Пороги инициирования кавитационного облака, вызванные гистотрипсией, в тканях с различными механическими свойствами. IEEETrans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2014b; 61: 341–52. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Wang TY, Xu Z, Hall TL, Fowlkes JB, Cain CA. Эффективная стратегия лечения гистотрипсии за счет устранения кавитационной памяти. Ультразвук Med Biol.2012; 38: 753–66. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Ван Ю.Н., Хохлова Т., Бейли М., Хванг Дж. Х., Хохлова В. Гистологический и биохимический анализ механических и термических биоэффектов в очагах кипящей гистотрипсии, вызванных фокусированным ультразвуком высокой интенсивности. Ультразвук Med Biol. 2013; 39: 424–38. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Xu Z, Fowlkes JB, Rothman ED, Levin AM, Cain CA. Управляемая ультразвуковая эрозия тканей: роль динамического взаимодействия между звуком и активностью микропузырьков.JAcoust Soc Am. 2005. 117: 424–35. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Xu Z, Ludomirsky A, Eun LY, Hall TL, Tran BC, Fowlkes JB, Cain CA. Контролируемая ультразвуковая эрозия тканей. IEEETrans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2004. 51: 726–36. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Xu Z, Owens G, Gordon D, Cain C, Ludomirsky A. Неинвазивное создание дефекта межпредсердной перегородки с помощью гистотрипсии на модели собаки. Тираж. 2010; 121: 742–9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Ямада Х.Прочность биологических материалов. Нью-Йорк: Роберт Э. Крейгер; 1973. [Google Scholar]
  • Zhang X, Owens GE, Gurm HS, Ding Y, Cain CA, Xu Z. Неинвазивный тромболизис с использованием гистотрипсии за пределами внутреннего порога (микротрипсия) IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *