Рәхмәт һеҙгә nature.com сайтына ингәнегеҙ өсөн. Һеҙ ҡулланған браузер версияһында CSS ярҙамы сикләнгән. Иң яҡшы тәжрибә өсөн, беҙ кәңәш итәбеҙ, һуңғы версияһын ҡулланырға браузер (йәки һүндерергә совместимость режимы Internet Explorer). Өҫтәүенә, даими ярҙам тәьмин итеү өсөн, был сайтта стилдәр йәки JavaScript булмаясаҡ.
Ағзалар һәм туҡымалар хәрәкәт итеүе нур терапияһы ваҡытында рентген нурҙарын урынлаштырыуҙа хаталар тыуҙырыуы ихтимал. Шуға күрә нур терапияһын оптималләштереү өсөн ағзалар хәрәкәтен имитациялау өсөн туҡымаға эквивалентлы механик һәм рентгенологик үҙенсәлектәргә эйә материалдар кәрәк. Әммә бындай материалдарҙы эшләү ҡатмарлы булып ҡала. Альгинат гидрогелдәре күҙәнәктән тыш матрицаға оҡшаш үҙенсәлектәргә эйә, шуға күрә уларҙы туҡымаға эквивалент материалдар булараҡ перспективалы итә. Был тикшеренеүҙең теләктәге механик һәм рентгенологик үҙенсәлектәргә эйә альгинат гидрогелле көбәктәр in situ Ca2+ сығарыу юлы менән синтезланған. Һауа менән күләм нисбәтен ентекле контролдә тотоп, билдәле механик һәм рентгенологик үҙенсәлектәргә эйә гидрогелле көбәктәр алынған. Материалдар макро- һәм микроморфологияһына характеристика бирелгән, ҡыҫылыу аҫтында гидрогелле көбәктәрҙең үҙ-үҙен тотоуы өйрәнелгән. Рентгенологик үҙенсәлектәр теоретик яҡтан баһаланған һәм компьютер томографияһы ярҙамында эксперименталь рәүештә раҫланған. Был тикшеренеүҙең киләсәктә нурланыш дозаһын оптималләштереү һәм нурланыш терапияһы ваҡытында сифатын контролдә тотоу өсөн ҡулланырға мөмкин булған туҡымаға эквивалентлы материалдар үҫешенә яҡтылыҡ индерә.
Нур терапияһы - яман шеште дауалау өсөн таралған ысул1. Ағзалар һәм туҡымалар хәрәкәт итеүе йыш ҡына нур терапияһы ваҡытында рентген нурҙарын урынлаштырыуҙа хаталарға килтерә2, был шеште тейешле кимәлдә дауалауға һәм тирә-яҡтағы һау күҙәнәктәрҙең кәрәкмәгән нурланышҡа артыҡ дусар булыуына килтерергә мөмкин. Ағзалар һәм туҡымалар хәрәкәтен күҙаллау һәләте шеште локалләштереү хаталарын минимумға еткерер өсөн бик мөһим. Был тикшеренеүҙең төп йүнәлеше үпкәгә йүнәлтелгән, сөнки нур терапияһы ваҡытында пациенттар тын алғанда улар һиҙелерлек деформациялар һәм хәрәкәттәр кисерә. Кеше үпкәһенең хәрәкәттәрен моделләштереү өсөн төрлө сикле элементтар моделдәре эшләнгән һәм ҡулланыла3,4,5. Әммә кеше ағзалары һәм туҡымалары ҡатмарлы геометрияға эйә һәм пациентҡа ныҡ бәйле. Шуға күрә туҡымаға эквивалент үҙенсәлектәргә эйә материалдар теоретик модельдәрҙе раҫлау өсөн физик модель эшләү, медицина дауалауын яҡшыртыуҙы еңеләйтеү һәм медицина белеме биреүҙе маҡсат итеп ҡуйыу өсөн бик файҙалы.
Ҡатмарлы тышҡы һәм эске структур геометрияларға өлгәшеү өсөн йомшаҡ туҡымаларҙы имитациялаусы материалдар эшләү ҙур иғтибар йәлеп итте, сөнки уларҙы үҙенә генә хас механик тура килмәүсәнлектәр маҡсатлы ҡулланыуҙа уңышһыҙлыҡтарға килтерергә мөмкин6,7. Үпкә туҡымаһының ҡатмарлы биомеханикаһын моделләштереү, ул экстремаль йомшаҡлыҡты, һығылмалылыҡты һәм структур ҡыуышлыҡты берләштерә, кеше үпкәһен теүәл тергеҙгән моделдәр эшләүҙә ҙур проблема тыуҙыра. Механик һәм рентгенологик үҙенсәлектәрҙең интеграцияһы һәм тап килтерелеүе үпкә моделдәренең дауалау ҡыҫылыуҙарында һөҙөмтәле эшләүе өсөн үтә мөһим. Өҫтәмә етештереү пациентҡа махсус модель эшләүҙә һөҙөмтәле булыуын иҫбатланы, ҡатмарлы конструкцияларҙы тиҙ прототиплаштырыу мөмкинлеген бирҙе. Шин и др. 8 3D-баҫма тын юлдары менән ҡабатланған, деформацияланған үпкә моделен эшләгән. Хаселар и др. 9 һүрәт сифатын баһалау һәм нур терапияһы өсөн позицияны тикшергән ысулдар өсөн ысын пациенттарға бик оҡшаш фантом эшләгән. Hong et al10 3D баҫма һәм силикон ҡойоу технологияһын ҡулланып күкрәк КТ моделен эшләгән, төрлө үпкә йәрәхәттәренең КТ интенсивлығын тергеҙеү өсөн квантификацияның дөрөҫлөгөн баһалау. Әммә был прототиптар йыш ҡына үпкә туҡымаһынан бик айырылып торған материалдарҙан эшләнә11.
Әлеге ваҡытта үпкә фантомдарының күбеһе силикон йәки полиуретан көбәктән эшләнә, улар ысын үпкә паренхимаһының механик һәм рентгенологик үҙенсәлектәренә тап килмәй. үпкә туҡымаһының һығылмалылығын һәм тултырыу структураһын теүәл имитациялаусы фантом эксперименталь һынау булып ҡала.
Был тикшеренеүҙең үпкә туҡымаһы бер төрлө эластик материал тип фаразланған. Кеше үпкә туҡымаһының тығыҙлығы (\(\:\rho\:\)) 1,06 г/см3, ә ҡабартылған үпкә тығыҙлығы 0,26 г/см315 тәшкил итә, тип хәбәр ителә. Үпкә туҡымаһының Янг модуле (МЙ) ҡиммәттәренең киң диапазоны төрлө эксперименталь ысулдар ҡулланып алынған. Лай-Фук и др. 16 үлсәү YM кеше үпкәһе менән бер тигеҙ инфляция 0,42–6,72 кПа. Госс и др. 17 магнит-резонанс эластографияһы ҡулланылған һәм 2,17 кПа ЙМ тураһында хәбәр иткән. Лю и др. 18 туранан-тура үлсәү ЙМ 0,03–57,2 кПа тураһында хәбәр иткән. Илегбуси и др. 19 һайланған пациенттарҙан алынған 4D КТ мәғлүмәттәренә нигеҙләнеп, ЙМ-ды 0,1–2,7 кПа тип баһалаған.
Үпкәнең рентгенологик үҙенсәлектәре өсөн үпкә туҡымаһының рентген нурҙары менән үҙ-ара тәьҫир итешеү тәртибен һүрәтләү өсөн бер нисә параметр ҡулланыла, шул иҫәптән элементар составы, электрон тығыҙлығы (\(\:{\rho\:}_{e}\)), эффектив атом энергияһы (\(\:{Z}_{eff\\:ss), me зәғифләндереүҙең коэффициенты (\(\:\му\:/\rho\:\)) һәм \(\:\му\:/\rho\:\) менән туранан-тура бәйле булған Хаунсфилд берәмеге (HU).
Электрон тығыҙлығы \(\:{\rho\:}_{e}\) күләм берәмегенә электрондар һаны тип билдәләнә һәм түбәндәгесә иҫәпләнә:
бында \(\:\rho\:\) — материалдың тығыҙлығы g/см3, \(\:{N}_{A}\) — Авогадро константаһы, \(\:{w}_{i}\) — масса өлөшө, \(\:){Z}_{i}\) — атом һаны:\}{i i-се элемент.
Атом һаны материал эсендәге нурланыш үҙ-ара тәьҫир итешеүенең тәбиғәте менән туранан-тура бәйле. Составында бер нисә элемент булған берләшмәләр һәм ҡатнашмалар өсөн (мәҫәлән, туҡымалар) эффектив атом һаны \(\:{Z}_{eff}\) иҫәпләнергә тейеш. Формуланы Мурти һ.б. 20:
Уртаса ҡуҙғытыу энергияһы \(\:I\) маҡсатлы материалдың үтеп инеүсе киҫәксәләрҙең кинетик энергияһын ни тиклем еңел үҙләштереүен һүрәтләй. Ул маҡсатлы материалдың үҙенсәлектәрен генә һүрәтләй һәм киҫәксәләрҙең үҙенсәлектәренә бер ниндәй ҙә бәйләнеше юҡ. \(\:I\) Брэггтың өҫтәү ҡағиҙәһен ҡулланып иҫәпләргә мөмкин:
Масса зәғифләндереүҙең коэффициенты \(\:\mu\:/\rho\:\) маҡсатлы материалға фотондар үтеп инеүен һәм энергия сығарыуын һүрәтләй. Уны түбәндәге формула буйынса иҫәпләргә мөмкин:
Ҡайҙа \(\:x\) — материалдың ҡалынлығы, \(\:{I}_{0}\) — төшкән яҡтылыҡ интенсивлығы, ә \(\:I\) — материалға үтеп ингәндән һуң фотондың интенсивлығы. \(\:\му\:/\rho\:\) мәғлүмәттәрен туранан-тура НИСТ 12621 стандарттарының белешмә базаһынан алырға мөмкин. \(\:\mu\:/\rho\:\) ҡатнашмалар һәм берләшмәләр өсөн ҡиммәттәрҙе өҫтәү ҡағиҙәһен ҡулланып түбәндәгесә сығарырға мөмкин:
HU — компьютер томографияһы (КТ) мәғлүмәттәрен интерпретациялауҙа радиотығыҙлыҡты үлсәүҙең стандартлаштырылған үлсәмһеҙ берәмеге, ул үлсәү зәғифләндереүҙең коэффициентынан \(\:\mu\:\) һыҙыҡлы үҙгәртелә. Ул түбәндәгесә билдәләнә:
бында \(\:{\mu\:}_{һыу}\) — һыуҙы зәғифләндереүҙең коэффициенты, ә \(\:{\mu\:}_{һауа}\) — һауаның зәғифләнеүҙең коэффициенты. Шуға күрә (6) формулаһынан һыуҙағы HU ҡиммәте 0, ә һауаның HU ҡиммәте -1000 икәнен күрәбеҙ. Кеше үпкәһе өсөн HU ҡиммәте -600-ҙән -70022-гә тиклем үҙгәрә.
Туҡымаға эквивалентлы бер нисә материал эшләнгән. Гриффит и др. 23 полиуретандан (ПУ) эшләнгән кеше торсоһының туҡыма эквиваленты моделен эшләй, уға кешенең төрлө ағзаларының, шул иҫәптән кеше үпкәһенең һыҙыҡлы зәғифләндереүҙең коэффициенттарын моделләштереү өсөн төрлө концентрациялағы кальций карбонаты (CaCO3) өҫтәлә, һәм модель Гриффит тип атала. Taylor24 Лоуренс Ливермор милли лабораторияһы (LLNL) тарафынан эшләнгән икенсе үпкә туҡымаһы эквиваленты моделен тәҡдим итте, LLLL1 тип атала. Трауб һәм башҡалар.25 яңы үпкә туҡымаһы алмаштырыусы Foamex XRS-272 ҡулланып эшләгән, составында 5,25% CaCO3 етештереүсәнлеген арттырыусы булараҡ, был ALT2 тип аталған. һәм 2-се таблицаларҙа кеше үпкәһе (ICRU-44) һәм өҫтәге тиң туҡыма өсөн масса зәғифләндереүҙең коэффициенттарын сағыштырыу күрһәтелгән.
Өлгәшелгән шәп рентгенологик үҙенсәлектәргә ҡарамаҫтан, бөтә фантом материалдар ҙа тиерлек полистирол көбәгенән эшләнә, тимәк, был материалдар механик үҙенсәлектәре кеше үпкәһенә яҡынлаша алмай. Полиуретан көбәктең Янг модуле (ЙМ) яҡынса 500 кПа тәшкил итә, был кешенең ғәҙәти үпкәһе менән сағыштырғанда идеаль булыуҙан алыҫ (яҡынса 5—10 кПа). Шуға күрә ысын кеше үпкәһенең механик һәм рентгенологик үҙенсәлектәренә яуап бирерлек яңы материал эшләргә кәрәк.
Гидрогелдәр туҡыма инженерияһында киң ҡулланыла. Уның төҙөлөшө һәм үҙенсәлектәре күҙәнәктән тыш матрицаға (ЭКМ) оҡшаш һәм еңел көйләнә. Был тикшеренеүҙең көбәктәр әҙерләү өсөн биоматериал итеп таҙа натрий альгинаты һайланған. Альгинат гидрогелдәре биосовместимый һәм үҙҙәренең көйләнә торған механик үҙенсәлектәре арҡаһында туҡыма инженерияһында киң ҡулланыла. Натрий альгинатының (C6H7NaO6)n элементар составы һәм Ca2+ булыуы уның рентгенологик үҙенсәлектәрен кәрәк булғанда көйләргә мөмкинлек бирә. Был көйләнә торған механик һәм рентгенологик үҙенсәлектәрҙең берләшмәһе альгинат гидрогелдәрен беҙҙең өйрәнеү өсөн идеаль итә. Әлбиттә, альгинат гидрогелдәренең дә сикләүҙәре бар, бигерәк тә моделләштерелгән тын алыу циклдары ваҡытында оҙайлы тотороҡлолоҡ йәһәтенән. Шуға күрә был сикләүҙәрҙе бөтөрөү өсөн киләсәктәге тикшеренеүҙәрҙә артабан да яҡшыртыуҙар кәрәк һәм көтөлә.
Был эштә беҙ контролдә тотола торған rho ҡиммәттәре, эластиклығы һәм кеше үпкә туҡымаһына оҡшаш рентгенологик үҙенсәлектәре булған альгинат гидрогелле көбәк материалын эшләнек. Был тикшеренеүҙең дөйөм хәл итеү ысулы бирәсәк, туҡымаға оҡшаш фантомдарҙы көйләнә торған эластик һәм рентгенологик үҙенсәлектәргә эйә. Матди үҙенсәлектәрен кешенең теләһә ниндәй туҡымаһына һәм ағзаһына еңел генә яраҡлаштырырға мөмкин.
Гидрогелле көбәктең маҡсатлы һауа һәм күләм нисбәте кеше үпкәһенең HU диапазоны (-600 -700) нигеҙендә иҫәпләнгән. Көбәк һауа һәм синтетик альгинат гидрогеленең ябай ҡатнашмаһы тип фаразланған. Айырым элементтарҙы \(\:\mu\:/\rho\:\) ябай ҡушыу ҡағиҙәһен ҡулланып, һауаның күләм өлөшөн һәм синтезланған альгинат гидрогеленең күләм нисбәтен иҫәпләргә мөмкин ине.
Альгинат гидрогелле көбәктәр әҙерләнгән ҡулланыу натрий альгинат (өлөш No W201502), CaCO3 (өлөш No 795445, МВт: 100,09), һәм GDL (өлөш No G4750, МВт: 178,14) һатып алынған Сигма-Олдрих МО компанияһы, Сент-Луис. 70% натрий лаурил эфир сульфаты (SLES 70) «Реноунд Трейдинг» яуаплылығы сикләнгән йәмғиәтенән һатып алынған. Көбәк әҙерләү процесында деионлаштырылған һыу ҡулланылған. Натрий альгинатын бүлмә температураһында деионлаштырылған һыуҙа даими болғатып (600 әйләнеш/мин) бер төрлө һары яртылаш үтә күренмәле иретмә алынғансы эретәләр. CaCO3 GDL менән бергә Ca2+ сығанағы булараҡ гелләшеүҙе башлау өсөн ҡулланылған. SLES 70 гидрогел эсендә ҡыуышлы структура барлыҡҡа килтерер өсөн өҫкө әүҙем матдә булараҡ ҡулланылған. Альгинат концентрацияһы 5%, ә Ca2+:-COOH моляр нисбәте 0,18 кимәлендә һаҡлана. CaCO3:GDL моляр нисбәте шулай уҡ нейтраль рН һаҡлау өсөн күбек әҙерләү ваҡытында 0,5 кимәлендә һаҡланған. Ҡиммәте 26. 2% күләме буйынса SLES 70 бөтә өлгөләргә өҫтәлде. Иретмә менән һауаның ҡатыштырыу нисбәтен контролдә тотоу өсөн ҡапҡаслы стакан ҡулланылған. Стакандың дөйөм күләме 140 мл тәшкил иткән. Теоретик иҫәпләү һөҙөмтәләренә таянып, һауа менән ҡатыштырыу өсөн стаканға ҡатнашманың төрлө күләмдәре (50 мл, 100 мл, 110 мл) өҫтәлгән. мл ҡатнашманы үҙ эсенә алған өлгө етерлек һауа менән ҡатыштырыу өсөн тәғәйенләнгән, ә ҡалған ике өлгөлә һауа күләме нисбәте контролдә тотолған. Тәүҙә альгинат иретмәһенә SLES 70 өҫтәп, электр болғатҡысы менән тулыһынса ҡатышҡансы болғаталар. Артабан ҡатнашмаға CaCO3 суспензияһы өҫтәп, ҡатнашма тулыһынса ҡатышҡансы, уның төҫө аҡҡа үҙгәргәнсе, өҙлөкһөҙ болғаталар. Ниһайәт, ҡатнашмаға гелләү башлау өсөн ГДЛ иретмәһе өҫтәлгән, ә бөтә процесс барышында механик болғатыу һаҡланған. мл ҡатнашма булған өлгө өсөн ҡатнашманың күләме үҙгәреүҙән туҡтағас, механик болғатыу туҡтатыла. 100 мл һәм 110 мл ҡатнашма булған өлгөләр өсөн ҡатнашма стаканды тултырғас, механик болғатыу туҡтатылған. Шулай уҡ күләме 50 мл-нан 100 мл-ға тиклем булған гидрогелле көбәктәр әҙерләргә тырыштыҡ. Әммә көбәктең структур тотороҡһоҙлоғо күҙәтелә, сөнки ул һауаны тулыһынса ҡатыштырыу торошо менән һауа күләмен контролдә тотоу торошо араһында тирбәлеүсән була, һөҙөмтәлә күләм менән идара итеү эҙмә-эҙлекһеҙ була. Был тотороҡһоҙлоҡ иҫәпләүҙәргә билдәһеҙлек индерә, шуға күрә был күләм диапазоны был тикшеренеүҙе индермәй.
Гидрогелле көбәктең тығыҙлығы \(\:\rho\:\) гидрогелле көбәк өлгөһөнөң массаһын \(\:м\) һәм күләмен \(\:V\) үлсәү юлы менән иҫәпләнә.
Гидрогелле көбәктәрҙең оптик микроскопик һүрәттәре Zeiss Axio Observer A1 камераһы ярҙамында алынған. ImageJ программаһы ярҙамында алынған һүрәттәр нигеҙендә билдәле бер майҙандағы өлгөләге поралар һаны һәм ҙурлығы буйынса таралыуын иҫәпләгәндәр. Поралар формаһы түңәрәк тип фаразлана.
Альгинат гидрогелле көбәктәрҙең механик үҙенсәлектәрен өйрәнеү өсөн TESTRESOURCES 100 сериялы машина ярҙамында бер осло ҡыҫыу һынауҙары үткәрелгән. Өлгөләрҙе тура мөйөшлө блоктарға ҡырҡып, көсөргәнештәрҙе һәм деформацияларҙы иҫәпләү өсөн блок үлсәмдәре үлсәнә. Кросс-баш тиҙлеге 10 мм/мин тип ҡуйылған. Һәр өлгө өсөн өс өлгө тикшерелгән һәм һөҙөмтәләрҙән уртаса һәм стандарт тайпылыш иҫәпләнгән. Был тикшеренеүҙең төп маҡсаты альгинат гидрогелле көбәктәрҙең ҡыҫыу механик үҙенсәлектәренә йүнәлтелгән, сөнки үпкә туҡымаһы тын алыу циклының билдәле бер этабында ҡыҫыу көстәренә дусар була. Ҡайһы бер осраҡта был йәһәттән үпкә туҡымаһының тулы динамик тәртибен сағылдырыу өсөн ҙур әһәмиәткә эйә һәм был киләсәктәге тикшеренеүҙәрҙә тикшереләсәк.
Әҙерләнгән гидрогелле көбәк өлгөләре Siemens SOMATOM Drive ике каналлы КТ-сканерында сканерланған. Сканерлау параметрҙары түбәндәгесә ҡуйылған: 40 мАс, 120 кВп һәм 1 мм ҡалынлыҡтағы киҫәк. Һөҙөмтәлә алынған DICOM файлдары MicroDicom DICOM Viewer программаһы ярҙамында анализланған, һәр өлгөнөң 5 киҫелешенең HU ҡиммәттәрен анализлау өсөн. КТ ярҙамында алынған HU ҡиммәттәре өлгөләрҙең тығыҙлығы мәғлүмәттәренә нигеҙләнгән теоретик иҫәпләүҙәр менән сағыштырылған.
Был тикшеренеүҙең маҡсаты – йомшаҡ материалдарҙы инженерлыҡ ярҙамында айырым ағза моделдәрен һәм яһалма биологик туҡымалар етештереүҙә революция тыуҙырыу. Кеше үпкәһенең эш механикаһына тап килгән механик һәм рентгенологик үҙенсәлектәргә эйә материалдар эшләү медицина әҙерлеген камиллаштырыу, хирургик планлаштырыу һәм нур терапияһын планлаштырыу кеүек маҡсатлы ҡулланыу өсөн мөһим. 1А һүрәтендә беҙ кеше үпкәһе моделдәрен эшләү өсөн ҡулланылған йомшаҡ материалдар механик һәм рентгенологик үҙенсәлектәре араһындағы айырманы һыҙҙыҡ. Бөгөнгө көнгә кәрәкле рентгенологик үҙенсәлектәрҙе күрһәткән, әммә уларҙы механик үҙенсәлектәре кәрәкле талаптарға яуап бирмәгән материалдар эшләнгән. Полиуретан көбәк һәм резина — кеше үпкәһенең деформацияланған моделдәрен эшләү өсөн иң киң ҡулланылған материалдар. Полиуретан көбәктең (Янг модуле, YM) механик үҙенсәлектәре, ғәҙәттә, кешенең ғәҙәти үпкә туҡымаһынан 10—100 тапҡырға ҙурыраҡ. Теләкле механик һәм рентгенологик үҙенсәлектәрҙе лә күрһәткән материалдар әлегә билдәле түгел.
(А) Төрлө йомшаҡ материалдар үҙенсәлектәрен схематик күрһәтеү һәм тығыҙлыҡ, Йәш модуле һәм рентгенологик үҙенсәлектәре буйынса кеше үпкәһе менән сағыштырыу (ГУ-ла). 5% концентрациялы һәм Ca2+:-COOH моляр нисбәте 0,18 булған альгинат гидрогеленең рентген дифракцияһы һүрәте. (С) гидрогелле көбәктәрҙә һауа күләме нисбәттәре диапазоны. (D) Схематик күрһәтеү альгинат гидрогелле көбәктәр менән төрлө һауа күләме нисбәте.
5% концентрацияһы һәм Ca2+:-COOH моляр нисбәте 0,18 булған альгинат гидрогелдәренең элементар составы иҫәпләнгән, һөҙөмтәләр 3-сө таблицала күрһәтелгән. 1Б.
Һауа һәм һыу өсөн \(\:\му\:/\rho\:\) ҡиммәттәре туранан-тура НИСТ 12612 стандарттарының белешмә базаһынан алынған. Шулай итеп, 1С һүрәтендә кеше үпкәһе өсөн -600 һәм -700 араһында HU эквивалентлы ҡиммәттәре булған гидрогелле көбәктәрҙә иҫәпләнгән һауа күләме нисбәттәре күрһәтелгән. Теоретик иҫәпләнгән һауа күләме нисбәте 1 × 10−3-тән 2 × 101 МэВ-ҡа тиклемге энергия диапазонында 60–70% сиктәрендә тотороҡло, был гидрогелле көбәкте етештереү процестарында ҡулланыу өсөн яҡшы потенциалды күрһәтә.
1D һүрәтендә әҙерләнгән альгинат гидрогелле көбәк өлгөһө күрһәтелгән. Бөтә өлгөләр ҙә ситтәре оҙонлоғо 12,7 мм булған кубиктарға ҡырҡылған. Һөҙөмтәләр бер төрлө, өс үлсәмле тотороҡло гидрогелле көбәк барлыҡҡа килгәнен күрһәтте. Һауа күләме нисбәтенә ҡарамаҫтан, гидрогелле көбәктәрҙең тышҡы ҡиәфәтендә һиҙелерлек айырмалар күҙәтелмәгән. Гидрогелле көбәктең үҙ-үҙен тотоусанлығы гидрогелле көбәк эсендә барлыҡҡа килгән селтәрҙең көбәктең үҙенең ауырлығын күтәрерлек көслө булыуын күрһәтә. Күбектән аҙ ғына һыу ағыуҙан тыш, көбәк бер нисә аҙна дауамында ваҡытлыса тотороҡлолоҡ та күрһәткән.
Көбәк өлгөһөнөң массаһын һәм күләмен үлсәү юлы менән әҙерләнгән гидрогелле күбектең \(\:\rho\:\) тығыҙлығы иҫәпләнгән, һөҙөмтәләр 4-се таблицала күрһәтелгән. мл өлгө менән етерлек һауа ҡатнаштырылғанда тығыҙлыҡ иң түбәнгә әйләнә һәм 0,482 г/см3 тәшкил итә. Ҡатнаш һауа күләме кәмегән һайын тығыҙлыҡ 0,685 г/см3 тиклем арта. мл, 100 мл һәм 110 мл төркөмдәр араһында максималь р ҡиммәте 0,004 < 0,05 тәшкил иткән, был һөҙөмтәләрҙең статистик әһәмиәтен күрһәтә.
Теоретик \(\:\rho\:\) ҡиммәте шулай уҡ контролдә тотолған һауа күләме нисбәтен ҡулланып иҫәпләнә. Үлсәү һөҙөмтәләре күрһәтеүенсә, \(\:\rho\:\) теоретик ҡиммәттән 0,1 г/см3 бәләкәйерәк. Был айырманы гелләү процесында гидрогелдә барлыҡҡа килгән эске көсөргәнеш менән аңлатырға мөмкин, ул шешеүгә килтерә һәм шуның менән \(\:\rho\:\) кәмеүенә килтерә. Был артабан 2-се һүрәттә күрһәтелгән КТ һүрәттәрендә гидрогелле көбәк эсендәге ҡайһы бер тишектәрҙе күҙәтеү раҫланы (А, В һәм С).
110. Күҙәнәк һаны һәм поралар күләме бүленә альгинат гидрогелле көбәк өлгөләрендә (D) 50, (Е) 100, (F) 110.
3-сө һүрәттә (А, В, С) гидрогелле көбәк өлгөләренең һауа күләменең төрлө нисбәттәре менән оптик микроскоп һүрәттәре күрһәтелгән. Һөҙөмтәләр гидрогелле көбәктең оптик төҙөлөшөн күрһәтә, төрлө диаметрлы поралар һүрәттәрен асыҡ күрһәтә. Поралар һаны һәм диаметры таралыуы ImageJ ҡулланып иҫәпләнгән. Һәр өлгө өсөн алты һүрәт төшөрөлгән, һәр һүрәттең ҙурлығы 1125,27 мкм × 843,96 мкм, һәр өлгө өсөн дөйөм анализланған майҙан 5,7 мм2 тәшкил иткән.
(А) Ҡыҫыу көсөргәнеш-деформация тәртибе альгинат гидрогелле көбәктәр менән төрлө һауа күләме нисбәте. (Б) Экспоненциаль тура килтереп. (С) Ҡыҫыу Е0 гидрогелле көбәктәр менән төрлө һауа күләме нисбәте. (D) Һуңғы ҡыҫыу көсөргәнеш һәм штамм альгинат гидрогелле көбәктәр менән төрлө һауа күләме нисбәте.
3-сө һүрәттә (D, E, F) күрһәтелгәнсә, поралар ҙурлығының таралыуы сағыштырмаса бер тигеҙ, тиҫтәләгән микрометрҙан яҡынса 500 микрометрға тиклем. Поралар ҙурлығы, нигеҙҙә, бер төрлө, һауа күләме кәмегән һайын бер аҙ кәмей. Һынау мәғлүмәттәре буйынса, 50 мл өлгөнөң уртаса поралар ҙурлығы 192,16 мкм, медианаһы 184,51 мкм, майҙан берәмегенә поралар һаны 103 тәшкил итә; 100 мл өлгөнөң уртаса поралар ҙурлығы 156,62 мкм, медианаһы 151,07 мкм, ә бер майҙан берәмегенә поралар һаны 109; 110 мл өлгөнөң тейешле ҡиммәттәре ярашлы рәүештә 163,07 мкм, 150,29 мкм һәм 115 тәшкил итә. Мәғлүмәттәр күрһәтеүенсә, ҙурыраҡ поралар уртаса поралар ҙурлығының статистик һөҙөмтәләренә ҙурыраҡ йоғонто яһай, ә медиана поралар ҙурлығы поралар ҙурлығының үҙгәреш тенденцияһын яҡшыраҡ сағылдыра ала. Өлгө күләме 50 мл-дан 110 мл-ға тиклем артҡан һайын поралар һаны ла арта. Медиана поралар диаметры һәм поралар һаны буйынса статистик һөҙөмтәләрҙе берләштереп, күләм артыу менән өлгө эсендә бәләкәйерәк ҙурлыҡтағы поралар күберәк барлыҡҡа килә тигән һығымта яһарға мөмкин.
Механик һынау мәғлүмәттәре 4А һәм 4D һүрәттәрендә күрһәтелгән. 4А һүрәтендә әҙерләнгән гидрогелле көбәктәрҙең һауа күләменең төрлө нисбәттәре менән ҡыҫыу көсөргәнеш-деформация тәртибе күрһәтелгән. Һөҙөмтәләр күрһәтеүенсә, бөтә өлгөләрҙең дә һыҙыҡлы булмаған көсөргәнеш-деформация тәртибе оҡшаш. Һәр өлгө өсөн көсөргәнеш көсөргәнеш артыу менән тиҙерәк арта. Гидрогелле көбәктең ҡыҫыу көсөргәнеш-деформация тәртибенә экспоненциаль ҡойроҡ тура килтерелгән. 4В һүрәтендә гидрогелле көбәккә яҡынлаштырыусы модель булараҡ экспоненциаль функцияны ҡулланғандан һуң һөҙөмтәләр күрһәтелгән.
Һауа күләменең төрлө нисбәттәре булған гидрогелле көбәктәр өсөн шулай уҡ уларҙы ҡыҫыу модуле (Е0) өйрәнелгән. Гидрогелдәрҙе анализлау кеүек үк, ҡыҫыу Юнг модуле 20% башланғыс деформация диапазонында тикшерелгән. Ҡыҫыу һынауҙары һөҙөмтәләре 4С һүрәтендә күрһәтелгән. 4С һүрәтендәге һөҙөмтәләр күрһәтеүенсә, һауа күләме нисбәте 50-се өлгөнән 110-сы өлгөгә тиклем кәмегән һайын альгинат гидрогелле көбәктең ҡыҫыу Юнг модуле Е0 10,86 кПа-нан 18 кПа-ға тиклем арта.
Шулай уҡ гидрогелле көбәктәрҙең тулы көсөргәнеш-деформация ҡойроҡтары, шулай уҡ ахырғы ҡыҫыу көсөргәнеш һәм деформация ҡиммәттәре алынған. 4D һүрәтендә альгинат гидрогелле көбәктәрҙең һуңғы ҡыҫыу көсөргәнеше һәм деформацияһы күрһәтелгән. Һәр мәғлүмәт нөктәһе өс һынау һөҙөмтәһенең уртаса күрһәткесе булып тора. Һөҙөмтәләр күрһәтеүенсә, газдың кәмеүе менән һуңғы ҡыҫыу көсөргәнеше 9,84 кПа-нан 17,58 кПа-ға тиклем арта. Һуңғы штамм тотороҡло булып ҡала, яҡынса 38%.
2-се һүрәттә (А, В һәм С) 50, 100 һәм 110-сы өлгөләргә тап килгән һауа күләменең төрлө нисбәттәре булған гидрогелле көбәктәрҙең КТ һүрәттәре күрһәтелгән. Һүрәттәрҙән күренгәнсә, барлыҡҡа килгән гидрогелле көбәк бер төрлө тиерлек. 100-сө һәм 110-сы өлгөләрҙә аҙ һанлы тишектәр күҙәтелгән, был тишектәрҙең барлыҡҡа килгәне гелләү процесында гидрогелдә барлыҡҡа килгән эске көсөргәнеш менән бәйле булыуы ихтимал. Беҙ һәр өлгөнөң 5 киҫелеше өсөн HU ҡиммәттәрен иҫәпләнек һәм уларҙы тейешле теоретик иҫәпләү һөҙөмтәләре менән бергә 5-се таблицаға индерҙек.
5-се таблицала күрһәтелгәнсә, һауа күләменең төрлө нисбәттәре булған өлгөләрҙә HU төрлө ҡиммәттәр алынған. мл, 100 мл һәм 110 мл төркөмдәр араһында максималь р ҡиммәте 0,004 < 0,05 тәшкил иткән, был һөҙөмтәләрҙең статистик әһәмиәтен күрһәтә. Тикшерелгән өс өлгө араһында 50 мл ҡатнашмалы өлгө кеше үпкәһенә иң яҡын рентгенологик үҙенсәлектәргә эйә булған. 5-се таблицаның һуңғы бағанаһы — үлсәү көбәк ҡиммәте \(\:\rho\:\) нигеҙендә теоретик иҫәпләү юлы менән алынған һөҙөмтә. Үлсәү мәғлүмәттәрен теоретик һөҙөмтәләр менән сағыштырып, КТ ярҙамында алынған HU ҡиммәттәренең дөйөм алғанда теоретик һөҙөмтәләргә яҡын булыуын асыҡларға мөмкин, был үҙ сиратында 1С һүрәтендәге һауа күләме нисбәтен иҫәпләү һөҙөмтәләрен раҫлай.
Был тикшеренеүҙең төп маҡсаты – кеше үпкәһе менән сағыштырырлыҡ механик һәм рентгенологик үҙенсәлектәргә эйә материал булдырыу. Был маҡсатҡа гидрогел нигеҙендә туҡымаға эквивалентлы, кеше үпкәһенә мөмкин тиклем яҡын механик һәм рентгенологик үҙенсәлектәргә эйә булған материал эшләү юлы менән ирешелгән. Теоретик иҫәпләүҙәр менән етәкселек итеп, һауа күләменең төрлө нисбәттәре булған гидрогелле көбәктәр натрий альгинаты иретмәһен, CaCO3, GDL һәм SLES 70-те механик рәүештә ҡатыштырып әҙерләнгән. Һауа күләме нисбәтен үҙгәртеп, көбәктең тығыҙлығын һәм ҡыуышлығын үҙ теләгең буйынса үҙгәртергә мөмкин. Һауа күләме составы артыу менән поралар ҙурлығы бер аҙ кәмей һәм поралар һаны арта. Альгинат гидрогелле көбәктәрҙең механик үҙенсәлектәрен анализлау өсөн ҡыҫыу һынауҙары үткәрелгән. Һөҙөмтәләр күрһәтеүенсә, ҡыҫыу һынауҙарынан алынған ҡыҫыу модуле (Е0) кеше үпкәһе өсөн идеаль диапазонда. Һауа күләме нисбәте кәмегән һайын Е0 арта. Әҙерләнгән өлгөләрҙең рентгенологик үҙенсәлектәре (РУ) ҡиммәттәре өлгөләрҙең КТ мәғлүмәттәренә нигеҙләнеп алынған һәм теоретик иҫәпләүҙәр һөҙөмтәләре менән сағыштырылған. Һөҙөмтәләр ыңғай булды. Үлсәү ҡиммәте шулай уҡ кеше үпкәһенең HU ҡиммәтенә яҡын. Һөҙөмтәләр күрһәтеүенсә, кеше үпкәһе үҙенсәлектәрен ҡабатлаусы механик һәм рентгенологик үҙенсәлектәрҙең идеаль берләшмәһе булған туҡымаларҙы ҡабатлаусы гидрогелле көбәктәр булдырырға мөмкин.
Өмөтлө һөҙөмтәләргә ҡарамаҫтан, хәҙерге етештереү ысулдарын камиллаштырырға кәрәк, һауа күләме нисбәтен һәм ҡыуышлыҡтарын яҡшыраҡ контролдә тотоу өсөн, теоретик иҫәпләүҙәрҙән һәм ысын кеше үпкәләренән алынған күҙаллауҙарға тап килһен өсөн, глобаль һәм урындағы масштабтарҙа ла. Хәҙерге тикшеренеүҙең шулай уҡ ҡыҫыу механикаһын тикшерергә генә ҡала, был фантомды тын алыу циклының ҡыҫыу фазаһына ҡулланыу мөмкинлеген сикләй. Киләсәктә тикшеренеүҙең файҙаһы тикшерелгән тартыу һынауҙары, шулай уҡ дөйөм механик тотороҡлолоҡ материал баһалау өсөн потенциаль ҡулланыу динамик йөкләү шарттарында. Ошо сикләүҙәргә ҡарамаҫтан, тикшеренеүҙең һөҙөмтәләре кеше үпкәһен ҡабатлаусы бер материалда рентгенологик һәм механик үҙенсәлектәрҙе берләштереүгә тәүге уңышлы тырышлыҡ булып тора.
Ғәмәлдәге тикшеренеүҙең барышында генерацияланған һәм/йәки анализланған мәғлүмәттәр йыйылмаһын тейешле авторҙан нигеҙле үтенес буйынса алырға мөмкин. Тәжрибәләр ҙә, мәғлүмәттәр йыйылмаһы ла ҡабатлана.
Сонг, Г., и др. Яңы нанотехнологиялар һәм яман шеш ауырыуҙарын нурланыш менән дауалау өсөн алдынғы материалдар. Адв. Матер. 29, 1700996. 10.1002/адма.201700996 (2017).
Кил, П. Дж., и др. 76а радиация онкологияһында тын алыу хәрәкәттәре менән идара итеү буйынса оператив төркөмдөң доклады. Мед. Физ. 33, 3874–3900. 10.1118/1.2349696 (2006).
Аль-Майя, А., Мозели, Дж., һәм Брок, К. К. Кеше үпкәһендә интерфейс һәм матди һыҙыҡлы булмағанлыҡтарҙы моделләштереү. Физика һәм медицина һәм биология 53, 305-317. 10.1088/0031-9155/53/1/022 (2008).
Ван, Х., и др. 3D биопринтинг ярҙамында генерацияланған шешкә оҡшаш үпкә яман шеше моделе. 3. Биотехнология. 8 Һөҙөмтәлә, был һан 13205-018-1519-1 (2018).
Ли, М., и др. Үпкә деформацияһын моделләштереү: деформацияланған һүрәтте теркәү ысулдарын һәм киңлектә үҙгәргән Янг модулен баһалауҙы берләштергән ысул. Мед. Физ. 40, 081902. 10.1118/1.4812419 (2013).
Гимарайнс, К. Ф. и др. Тере туҡыманың ҡатылығы һәм уның туҡыма инженерияһы өсөн әһәмиәте. Тәбиғәт тикшерелгән материалдар һәм тирә-яҡ мөхит 5, 351-370 (2020).