Reconstruction of particle positions and orientations from 3D MRI images of non-spherical particle packings (Open Access)
N. Romijn, Y.E.I. Bergmans, V. de Haas, M.W. Hoogendoorn, M. Miloshevska, M.W. Baltussen, K.A. Buist*, E.A.J.F. Peters, J.A.M. Kuipers
Keywords: Magnetic resonance imaging; Particle detection; Non-spherical particle packings; Bed reconstruction; Position and orientation
DOI: 10.1016/j.partic.2023.10.003
随着填充床反应器在化工领域的广泛应用，对填料堆积结构的充分认识已成为系统优化及过程放大中必不可少的环节。然而，目前关于非球形颗粒在床内的堆积位置、排列朝向等结构以及其对反应器性能的影响仍知之甚少。磁共振成像（Magnetic resonance imaging，MRI）是一种非浸入式断层扫描成像技术，可实现反应器内颗粒堆积与流动的三维可视化处理。然而，如何从MRI图像中获取单颗粒的信息仍存在挑战。
荷兰埃因霍芬理工大学Kay Buist博士采用Spherical Hough Transform（SHT）、Distance Transform Watershed（DTW）、Clustering algorithm（KMC）、Monte-carlo algorithm（MCMC）等算法，基于MRI图像数据重建了填充床内非球形颗粒（椭球体、球柱体、圆柱体、立方体）的随机堆积结构，获取颗粒位置及排列朝向等数据信息，并讨论了每种方法对不同颗粒形状的适用性及优缺点。
上述研究成果为研究人员更深入研究填充床内复杂动力学问题提供了更多可能。从MRI中获取的单颗粒信息不仅可以帮助验证和评估各种随机填充方法，考察颗粒填充结构对床层压降、流动结构等的影响，定量验证相关数值模拟结果；还可以作为参数辅助对真实反应器内流动结构的数值模拟。同时，期待人工智能的快速发展为图像识别和处理提供更多新的思路和方法。
本文已OA，收录于专刊“Image is Everything”，客座编辑为来自英国伯明翰大学的Kit Windows-Yule博士、Jonathan Seville教授，荷兰埃因霍芬理工大学的Kay Buist、Giulia Finotello博士，以及德国斯图加特大学的Kia Taghizadeh博士。欢迎感兴趣的读者扫描下方二维码或者点击文末“阅读原文”进入ScienceDirect官网阅读、下载！
文章信息
Romijn, N., Bergmans, Y. E. I., de Haas, V., Hoogendoorn, M. W., Miloshevska, M., Baltussen, M. W., . . . Kuipers, J. A. M. (2023). Reconstruction of particle positions and orientations from 3D MRI images of non-spherical particle packings. Particuology. https://doi.org/10.1016/j.partic.2023.10.003.
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