nature.com руу ороһондотнай баяртай байнабди. Танай хэрэглэжэ байһан браузерай хубилалта CSS-эй дэмжэлгэ багатай. Эгээл һайн дүршэл абахын тулада браузерай һүүлшын хубилалта хэрэглэхэеэ дурадханабди (гү, али Internet Explorer-да таарамжатай горимые унтарааха). Нэмэжэ хэлэхэдэ, үргэлжэлһэн дэмжэлгые хангахын тулада энэ сайт маягуудые болон JavaScript-ые оруулхагүй.
Эрхэтэнүүдэй болон эдэй хүдэлөөн радиациин эмнэлгын үедэ рентген туяагай байрлалгада алдуу гаргадаг. Тиимэһээ лучевой эмнэлгэ оновчтой болгохын тулада эрхэтэнүүдэй хүдэлөөниие дууряаха эдэй адли механикын ба рентгенологиин шэнжэтэй материалнууд хэрэгтэй. Гэбэшье, иимэ материалнуудые хүгжөөлгэ бэрхэшээлтэй хэбээр байна. Альгинат гидрогельнүүд эсһээ гадуурхи матрицатай адли шэнжэтэй тула эд эстэй адли материалнууд болохо найдабаритай. Энэ шэнжэлэлгын үедэ хүсэгдэһэн механикын ба рентгенологиин шанартай альгинат гидрогелиин хөөһэ in situ Ca2+ гаргалгын аргаар синтезлэгдэһэн байна. Агаарай ба эзэлхүүнэй харисаае тодорхой механикын ба рентгенологиин шанартай гидрогелиин хөөһэ абахын тулада наринаар хянажа үзэбэ. Материалнуудай макро- ба микроморфологи шэнжэлэгдэжэ, шахалта дорохи гидрогель хөөһэнэй абари зан шэнжэлэгдээ. Рентгенологиин шэнжэ шанарнуудые онол аргаар сэгнэжэ, компьютерэй томографи хэрэглэн туршалгын аргаар шалгаһан байна. Энэ шэнжэлэлгэ радиациин тунгай оновчтой болгохо болон радиациин эмнэлгын үедэ шанарай хяналтые хэрэглэхэ эдэй тэнсүү материалнуудые ерээдүйдэ хүгжөөхэ тухай гэрэл үгэнэ.
Туяалалгын эмнэлгэ хадаа хорото хабдарай ниитэ эмнэлгэ болоно1. Эрхэтэнүүдэй болон эдэй хүдэлөөн туяагай эмнэлгын үедэ рентген туяагай байрлалгада алдуу гаргадаг2, энэнь хабдарые дутуу эмшэлжэ, оршон тойронхи элүүр эсүүдые хэрэггүй туяагай нүлөөдэ хүргэдэг. Эрхэтэнүүдэй болон эдэй хүдэлөөниие уридшалан мэдэхэ шадабаринь хабдарай локализациин алдуунуудые бага болгоходо шухала. Энэ шэнжэлэлгэ уушхан дээрэ анхаарал хандуулһан, юундэб гэхэдэ үбшэнтэнэй туяагай эмнэлгын үедэ амилхадаа ехэ гажуудал ба хүдэлөөн болодог. Хүнэй уушханай хүдэлөөниие дууряаха зорилгоор элдэб янзын хизаарлагдамал элементнүүдэй загбарнуудые зохёон бүтээжэ хэрэглэбэ3,4,5. Гэбэшье хүнэй эрхэтэнүүд болон эдүүд орёо геометритэй ба үбшэнтэнһөө ехэ дулдыдаха. Тиимэһээ эдэй тэнсүү шэнжэтэй материалнууд онол загбарые баталха, эмнэлгын эмшэлгэ һайжаруулха, эмнэлгын болбосоролой зорилгоор физикын загбарые зохёоходоо ехэ туһатай.
Гадаада ба дотоодо бүтэсэ геометриин орёо байдалые оложо абахын тулада зөөлэн эдэй дууряалгын материалнуудые хүгжөөлгэ ехэ анхарал татаһан, юундэб гэхэдэ тэдэнэй үндэһэн механикын тааруу бэшэ байдал зорилготой хэрэгсэлнүүдтэ алдагдаха ушарнуудта хүргэхэ аргатай6,7. Уушханай эдэй комплексно биомеханикые загбарлаха, энэнь туйлай зөөлэн, уян хатан, бүтэсэтэй сүвэрхэг байдалые нэгэдхэнэ, хүнэй уушханиие зүбөөр бүтээхэ загбарнуудые зохёоходоо ехэ бэрхэшээлтэй. Механикын ба рентгенологиин шэнжэ шанарнуудые нэгэдхэхэ ба тааруулха гээшэ эмнэлгын арга хэмжээнүүдтэ уушханай загбарай үрэ дүнтэй гүйсэдхэлдэ шухала. Нэмэлтэ үйлэдбэрилэл үбшэнтэнэй тусхай загбарнуудые зохёон бүтээхэдээ үрэ дүнтэй гэжэ гэршэлэгдэжэ, орёо загбарнуудые түргэн прототип бүтээхэ боломжо олгоно. Шин ба бусад 8 3D-хэблэгдэһэн амисхалай замуудтай дахин хубилха, хубилха аргатай уушханай загбар зохёоһон байна. Хаселар ба бусад 9 дүрсын шанарые сэгнэхэ ба радиациин эмнэлгын байра һуури шалгаха аргануудта бодото үбшэнтэнтэй тон адли фантом зохёоһон байна. Hong et al10 3D хэблэлэй болон силикон шүрбэһэнэй технологиие хэрэглэн сээжын КТ-модель зохёожо, уушханай элдэб гэмтэлэй КТ-эй эршэм хүсые дахин гаргажа, тоосоолхо үнэн зүбые сэгнэбэ. Гэбэшье эдэ прототипүүдые ехэнхидээ уушханай эдһээ үрэ дүнтэй шэнжэнүүдынь тон илгаатай материалнуудһаа бүтээдэг11.
Мүнөө үедэ уушханай фантомуудай ехэнхинь силикон гү, али полиуретанай хөөһөөр бүтээгдэдэг, энэнь бодото уушханай паренхимэй механикын ба рентгенологиин шанартай таарахагүй.12,13 Альгинат гидрогельнүүд биосовместимый болоод эдэй инженеридэ үргэн хэрэглэгдэдэг, юундэб гэхэдэ тэдэнэй тааруулха механика шэнжэ шанарнууд бии.14 Гэбэшье, уушханай фантом шэнги ультразөөлэн нягта байдалые һэргээхэ хэрэгтэй уушханай эдэй уян хатан ба дүүргэгшэ бүтэсые зүбөөр дууряана гээшэ туршалгын асуудал болоод байна.
Энэ шэнжэлэлгын үедэ уушханай эд нэгэ янзын уян материал гэжэ үзэбэ. Хүнэй уушханай эдэй нягташал (\(\:\rho\:\)) 1.06 г/см3 гэжэ мэдээсэгдэнэ, харин дэлбэрһэн уушханай нягташал 0.26 г/см315 байна. Уушханай эдэй Янгын модулиин (MY) үргэн диапазон элдэб туршалгын аргануудые хэрэглэн олоһон байна. Лай-Фук болон бусад 16 хүнэй уушханай YM-ые 0.42–6.72 кПа нэгэ янзын инфляцитайгаар хэмжэһэн байна. Госс ба бусад 17 соронзон резонансын эластографи хэрэглэжэ, 2.17 кПа YM мэдээсэбэ. Лю ба бусад 18 0.03–57.2 кПа шууд хэмжэгдэһэн YM тухай мэдээсэбэ. Илегбуси болон бусад 19 шэлэгдэhэн үбшэнтэнhөө абтаһан 4D CT дансанууд дээрэ үндэһэлэн YM 0.1–2.7 кПа гэжэ тоосоо.
Уушханай рентгенологиин шэнжэ шанарай түлөө уушханай эдэй рентген туяатай харилсан үйлэшэлэлэй абари зан тодорхойлхын тулада хэд хэдэн параметрнүүдые хэрэглэнэ, энэ тоодо элементнүүдэй бүридэл, электроной нягта (\(\:{\rho\:}_{e}\)), үрэ дүнтэй атомой тоо (\(\:{Z}_{eff}\)), дунда зэргын һэдэлгэ энерги (\:\:\)), массай үрэ дүнтэй коэффициент (\(\:\mu\:/\rho\:\)) ба \(\:\mu\:/\rho\:\)-тай шууд холбоотой Хаунсфилдэй нэгэдэл (HU).
Электроной нягта \(\:{\rho\:}_{e}\) нэгэ эзэлхүүндэ электроной тоо гэжэ тодорхойлогдодог ба иимэ аргаар тоосогдодог:
эндэ \(\:\rho\:\) - материалай нягта g/cm3, \(\:{N}_{A}\) - Авогадро тогтомол, \(\:{w}_{i}\) - массын хуби, \(\:{Z}_{i}\) - атомой тоо, \(\:{A)\{i}\) - a-да шэгнүүр i-дэхи элемент.
Атомой тоо материал доторхи туяагай харилсан үйлэшэлэлэй шанартай шууд холбоотой. Хэдэн элементнүүдые (жэшээнь, бүд) агуулһан холисонууд болон холисонуудта \(\:{Z}_{eff}\) үрэ дүнтэй атомой тоо тоосохо хэрэгтэй. Энэ томьёое Мурти болон бусад дурадхаһан байна. 20:
Дунда зэргын һэдэлгын энерги \(\:I\) зорилготой материал нэбтэрһэн хэһэгүүдэй кинетик энергиие хэр амархан шэнгээжэ байһые тодорхойлно. Энэнь гансал зорилготой материалай шэнжэ шанарые тодорхойлно ба хэһэгүүдэй шэнжэ шанартай ямаршье холбоогүй. \(\:I\) Брэггын нэмэлтэ дүримые хэрэглэн тоосож болоно:
Массын суларалгын коэффициент \(\:\mu\:/\rho\:\) зорилготой материалда фотонуудай нэбтэрэлгэ ба энергиин гаргалгые тодорхойлно. Энэниие иимэ томьёогоор тооложо болоно:
Хаана \(\:x\) хадаа материалай зузаан, \(\:{I}_{0}\) хадаа ороһон гэрэлэй эршэм хүсэн, \(\:I\) хадаа материал руу нэбтэрһэн хойнохи фотоной эршэм хүсэн. \(\:\mu\:/\rho\:\) мэдээсэлые NIST 12621 стандартын һургаалта мэдээсэлэй санһаа шууд абажа болоно. \(\:\mu\:/\rho\:\) холисо ба нэгэдэлнүүдэй сэнгүүдые нэмэлтэ дүримые хэрэглэн иимэ аргаар гаргажа болоно:
HU хадаа компьютерэй томографиин (КТ) мэдээсэлые тайлбарилхадаа радионягтые хэмжэхэ стандартизацилагдаһан хэмжээгүй нэгэдэл болоод энэнь хэмжэгдэһэн \(\:\mu\:\) суларуулгын коэффициентһээ шугаман хубилдаг. Энэнь иигэжэ тодорхойлогдоно:
эндэ \(\:{\mu\:}_{уһан}\) уһанай һуларуулгын коэффициент, \(\:{\mu\:}_{агаар}\) гээшэ агаарай һуларуулгын коэффициент. Тиимэһээ (6) томьёоһоо уһанай HU сэн 0, агаарай HU сэн -1000 гэжэ харанабди. Хүнэй уушханай HU сэн -600-һаа -70022 хүрэтэр байна.
Хэдэн эдэй тэнсүү материалнуудые зохёон бүтээһэн байна. Гриффит ба бусад 23 полиуретанһаа (PU) бүтээгдэһэн хүнэй бэеын эдэй эквивалент загбарые зохёоһон, тэрээндээ хүнэй уушхые багтааһан хүнэй элдэб эрхэтэнүүдэй шугаман суларуулгын коэффициентые дууряаха зорилгоор элдэб концентрацитай кальциин карбонат (CaCO3) нэмэгдэһэн, тиигээд энэ загбарые Гриффит гэжэ нэрлэһэн байна. Тейлор24 Лоуренс Ливерморой Үндэһэтэнэй Лабораториин (LLNL) зохёон бүтээһэн LLLL1 гэжэ нэрэтэй уушханай эдэй хоёрдохи эквивалент загбарые дурадхаба. Traub et al.25 5.25% CaCO3 агуулһан Foamex XRS-272 хэрэглэн уушханай эдэй шэнэ орлогшо зохёон бүтээгээ, энэнь ALT2 гэжэ нэрэтэй байгаа. ба 2-дохи таблицануудта \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) ба хүнэй уушханай (ICRU-44) ба дээрэхи эд эсэй адлирхуу загбарнуудай массын суларалгын коэффициентүүдэй зэргэсүүлгэ харуулагдана.
Хэдыгээр рентгенологиин эрхим шэнжэ шанарнуудые олоһоншье һаа, бүхы шахуу фантом материалнууд полистирол хөөһөөр бүтээгдэһэн байдаг, энэнь эдэ материалнуудай механикын шанарнууд хүнэй уушханайхида дүтэлжэ шадахагүй гэһэн удхатай. Полиуретанай хөөһэнэй Янгын модуль (YM) 500 кПа оршом болоод энэнь хүнэй энгын уушханай (5-10 кПа оршом) харисуулхада һайн бэшэ. Тиимэһээ бодото хүнэй уушханай механикын болон рентгенологиин шэнжэнүүдтэ таараха шэнэ материал зохёохо хэрэгтэй.
Гидрогельнүүдые эдэй инженеридэ үргэн хэрэглэдэг. Тэрэнэй бүтэсэ ба шэнжэ шанарнуудынь эсһээ гадуурхи матрицатай (ECM) адлирхуу ба амархан тааруулагдадаг. Энэ шэнжэлэлгын үедэ хөөһэ бэлдэхэ биоматериал болгон сэбэр натрийн альгинат шэлэгдэбэ. Альгинат гидрогельнүүд био таарамжатай ба эдэй инженеридэ үргэн хэрэглэгдэдэг, юундэб гэхэдэ тэдэнэй тааруулагдадаг механикын шанар. Натриин альгинат (C6H7NaO6)n-эй элементнүүдэй бүридэл ба Ca2+-ай оршон байдал тэрэнэй рентген шэнжэ шанарые хэрэгтэй сагта тааруулха боломжо олгодог. Тааруулагдадаг механикын ба рентгенологиин шэнжэ шанарай энэ хослолынь альгинат гидрогельнүүдые манай шэнжэлэлгын тон таарама болгодог. Мэдээжэ, альгинат гидрогельнүүд баһал хизаарлалтатай, илангаяа дууряагдаһан амисхалай циклэй үедэ ута хугасаанай тогтвортой байдалай талаар. Тиимэһээ эдэ хизаарлалтануудые шиидхэхэ ерээдүйн шэнжэлэлнүүдтэ саашадаа һайжаруулга хэрэгтэй ба хүлеэгдэнэ.
Энэ ажалда бидэ хүнэй уушханай эдтэй адли хянагдаха rho сэнтэй, уян хатан, рентгенологиин шэнжэтэй альгинат гидрогель хөөһэтэй материал зохёобобди. Энэ шэнжэлэлгэ тааруулагдаха уян ба рентген шэнжэ шанартай эд шэнги фантомуудые бүтээхэ ниитэ шиидхэбэри үгэхэ. Материалай шанарые хүнэй ямаршье эд эстэ ба эрхэтэнүүдтэ амархан тааруулжа болоно.
Гидрогель хөөһэнэй зорилготой агаарай эзэлхүүнэй харисаа хүнэй уушханай HU диапазон (-600-һаа -700 хүрэтэр) дээрэ үндэһэлжэ тоосогдоо. Хөөһэ агаарай ба синтетическэ альгинат гидрогельэй юрын холисо гэжэ тоосогдоо. \(\:\mu\:/\rho\:\) гэһэн тусхай элементнүүдэй энгын нэмэлтын дүримые хэрэглэн, агаарай эзэлхүүнэй хуби ба синтезированна альгинат гидрогелиин эзэлхүүнэй харисаае тоосож болоно.
Альгинат гидрогелиин хөөһэ натриин альгинат (W201502 дугаар), CaCO3 (795445 дугаар, MW: 100.09), GDL (G4750 дугаар, MW: 178.14) хэрэглэн бэлдэһэн байна. 70% натрийн лаурил эфирэй сульфат (SLES 70) Renowned Trading LLC компаниһаа худалдажа абаһан байна. Хөөһэ бэлдэхэ үйлэ ябасада деионизированна уһа хэрэглэбэ. Натрийн альгинатые танхимай температурада деионизированна уһанда байнга хүдэлгэжэ (600 эргэлтэ/мин) нэгэ түрэлэй шара тунгалаг урасхал абаха болотор уһалһан байна. CaCO3-ые GDL-тэй хамта Ca2+ эхи үүсхэл болгон хэрэглэжэ, гелированиие эхилүүлһэн байна. SLES 70 гидрогель дотор сүвэрхэг бүтэсэ бии болгохын тулада гадаргуугай эдэбхитэй бодос болгон хэрэглэбэ. Альгинадай концентраци 5%-да, Ca2+:-COOH моляр харисаа 0.18-да хадгалагдаһан байна. Нейтральна рН-ые хадгалхын тулада хөөһэ бэлдэхэ үедэ CaCO3:GDL моляр харисаа 0.5-да байлгагдаа. Үнэнь 26. Бүхы дээжэдэ SLES 70-ай эзэлхүүнэй 2% нэмэгдэбэ. Уһан ба агаарай холилдохо харисаае ударидахын тулада тагтай стакан хэрэглэбэ. Стаканай ниитэ хэмжээн 140 мл байгаа. Онол тоосооной дүнгүүд дээрэ үндэһэлэн, холисо соо элдэб хэмжээнэй (50 мл, 100 мл, 110 мл) стакан соо нэмэжэ, агаартай холиһон байна. Холисо 50 мл агуулһан дээжые хангалтатай агаартай холихо зорилготойгоор бүтээһэн болобошье бусад хоёр дээжэдэ агаарай эзэлхүүнэй харисаае хянажа байгаа. Нэн түрүүн SLES 70 альгинат уһанда нэмэжэ, сахилгаан хүдэлгүүрээр дүүрэн холиторнь хүдэлгэбэ. Удаань холисо руу CaCO3 суспензи нэмэжэ, холисо бүрин холиторнь үргэлжэ хүдэлгэжэ, үнгэнь сагаан болотор хубилдаг байгаа. Һүүлдэнь, GDL урасхалые холисо руу нэмэжэ, гелеобразовани эхилүүлжэ, бүхы үйлэ ябасада механикын хүдэлгүүрые үргэлжэлүүлһэн байна. холисо 50 мл агуулһан дээжэдэ холисо эзэлхүүнэй хубилхаяа болиходонь механикаар хүдэлгэхэеэ болиһон байна. 100 мл ба 110 мл холисо агуулһан дээжэнүүдтэ холисо стакан дүүргэхэдөө механикаар хүдэлгэхэеэ болиһон байна. Мүн 50 мл-һээ 100 мл хүрэтэр эзэлхүүнтэй гидрогель хөөһэ бэлдэхэ гэжэ оролдообди. Гэбэшье, хөөһэнэй бүтэсэ тогтууригүй байдал ажаглагдаа, юундэб гэхэдэ энэнь бүрин агаарай холилдохо байдал ба агаарай эзэлхүүнэй ударидалга хоорондо хэлбэлзэжэ, эзэлхүүнэй ударидалга нягта бэшэ болоһон байна. Энэ тогтууригүй байдал тоосоололдо тодорхойгүй байдал оруулһан тула энэ эзэлхүүнэй диапазон энэ шэнжэлэлгэдэ оруулагдаагүй.
Гидрогель хөөһэнэй нягта \(\:\rho\:\) гидрогель хөөһэнэй дээжын масса \(\:m\) ба эзэлхүүн \(\:V\) хэмжэжэ тоосогдодог.
Zeiss Axio Observer A1 камераар гидрогель хөөһэнэй оптикын микроскопическа дүрсэнүүдые абаһан байна. ImageJ программын ашаар абтаһан зурагууд дээрэ үндэһэлэн тодорхой газарта дээжэ соохи нүхэнүүдэй тоо ба хэмжээнэй хубаариие тоолоһон байна. Нүхэн хэлбэринь дүхэриг гэжэ үзэдэг.
Альгинат гидрогель хөөһэнэй механикын шанар шэнжэ шэнжэлхын тулада TESTRESOURCES 100 шэглэлэй машина хэрэглэн нэгэ тэнхэлэгэй шахалта туршалгануудые үнгэргэбэ. Дээжые тэгшэ дүрбэлжэн блокууд болгон хубаажа, блокой хэмжээе хэмжэжэ, стресс ба деформацинуудые тоолоһон байна. Хүдэлөөнэй хурдые 10 мм/мин гэжэ тогтооһон байна. Дээжын бүхэндэ гурбан дээжэ туршагдажа, дүнгүүдһээ дунда зэргые ба стандарт хазагайралтые тоолоһон байна. Энэ шэнжэлэлгэ уушханай эд амьсгалха циклэй тодорхой шатада шахалта хүсэндэ дайрагдадаг тула альгинат гидрогель хөөһэнэй шахалтатай механикын шанар шэнжэнүүдтэ анхаарал хандуулһан байна. Мэдээжэ үргэдхэл шухала, илангаяа уушханай эдэй дүүрэн эршэмтэй абари зан харуулхын тулада, энэнь ерээдүйн шэнжэлэлнүүдтэ шэнжэлэгдэхэ.
Бэлдэһэн гидрогель хөөһэнэй дээжые Siemens SOMATOM Drive хоёр каналтай КТ сканер дээрэ сканердаһан байна. Сканировалгын параметрнүүдые иимэ аргаар табиһан байна: 40 мАс, 120 кВп ба 1 мм зузаан зүсэм. Үрэ дүнтэй DICOM файлнуудые MicroDicom DICOM Viewer программын ашаар шэнжэлжэ, дээжэ бүхэнэй 5 огторгойн HU сэнгүүдые шэнжэлһэн байна. КТ-ээр абтаһан HU сэнгүүдые дээжэнүүдэй нягта дансанууд дээрэ үндэһэлһэн онол тоосоололнуудтай зэргэсүүлһэн байна.
Энэ шэнжэлэлгын зорилгонь зөөлэн материалнуудые зохёон бүтээжэ, тусхай эрхэтэнүүдэй загбар болон зохиомол биологическа эдэй бүтээлгэ хубисхал хэхэ юм. Хүнэй уушханай ажалай механикада таараха механикын ба рентгенологиин шэнжэтэй материалнуудые зохёон бүтээхэ гээшэ эмнэлгын һуралсал, хирургиин түсэблэлгэ, туяагай эмнэлгын түсэблэлгэ һайжаруулха гэхэ мэтэ зорилготой хэрэгсэлнүүдтэ шухала. 1А зураг дээрэ бидэ хүнэй уушханай загбар бүтээхэдээ хэрэглэгдэдэг зөөлэн материалнуудай механикын ба рентгенологиин шэнжэ шанарай хоорондохи илгаае зураабди. Мүнөөдэр болотор хүсэгдэһэн рентгенологиин шэнжэ шанартай материалнуудые зохёон бүтээһэн болобошье тэдэнэй механикын шэнжэ шанарнууд хүсэгдэһэн эрилтэнүүдтэ тааранагүй. Полиуретанай хөөһэ ба резин хадаа хүнэй уушханай гажуудалтай загбар бүтээхэдээ эгээл үргэн хэрэглэгдэдэг материалнууд юм. Полиуретанай хөөһэнэй (Юнгын модуль, YM) механикын шанарнууд хүнэй уушханай эдэйхиһээ 10-һаа 100 дахин ехэ байдаг. Хүсэгдэһэн механикын ба рентгенологиин шэнжэ шанартай материалнууд үшөөл мэдэгдэнэгүй.
(A) Элдэб зөөлэн материалнуудай шэнжэ шанарые схемээр харуулһан ба нягта, Янгын модуль ба рентгенологиин шэнжэ шанарай талаар хүнэй уушхантай зэргэсүүлгэ (HU-да). (B) 5% концентрацитай, 0.18 Ca2+:-COOH моляр харисаатай \(\:\mu\:/\rho\:\) альгинат гидрогелиин рентген дифракциин зураг. (C) Гидрогелиин хөөһэ соохи агаарай эзэлхүүнэй харисаанай диапазон. (D) Агаарай эзэлхүүнэй ондо ондоо харисаануудтай альгинат гидрогель хөөһэнэй схемээр харуулалга.
5% концентрацитай, 0.18 Ca2+:-COOH молярна харисаатай альгинат гидрогелиин элементнэ бүридэл тоосогдожо, дүнгүүдынь 3-дахи таблицада харуулагдана. Урдахи томьёогой (5) нэмэлгын дүримэй ёһоор альгинат гидрогелиин массын суларалгын коэффициент \(\:\:\mu\:\:\:) зураг дээрэ харуулагдана. 1Б.
Агаар ба уһанай \(\:\mu\:/\rho\:\) сэнгүүдые NIST 12612 стандартын мэдээсэлэй санһаа шууд абаһан байна. Тиимэһээ 1С зураг дээрэ хүнэй уушханай -600-һаа -700 хүрэтэр HU эквиваленттэй гидрогель хөөһэндэ агаарай эзэлхүүнэй тоосоолһон харисаа харуулагдана. Онолой ёһоор тоосоолһон агаарай эзэлхүүнэй харисаа 1 × 10−3-һаа 2 × 101 МэВ хүрэтэр энергиин диапазондо 60–70% дотор тогтвортой байдаг, энэнь үйлэдбэрилэлэй доодо шэглэлэй үйлэ ябасада гидрогель хөөһэ хэрэглэхэ һайн боломжые харуулна.
1D зураг дээрэ бэлдэгдэһэн альгинат гидрогель хөөһэнэй дээжэ харуулагдана. Бүхы дээжые 12.7 мм утатай кубууд болгон хубааһан байна. Дүн гаргалгын ёһоор, нэгэ янзын, гурбан хэмжээнэй тогтууритай гидрогель хөөһэ бии болоһон байна. Агаарай эзэлхүүнэй харисааһаа дулдыдангүй, гидрогелиин хөөһэнэй үзэгдэлдэ удха шанартай илгаанууд ажаглагдаагүй. Гидрогельэй хөөһэнэй өөрыгөө хангаха шанар гидрогелиин дотор бии болоһон сүлжээнь хөөһэнэй шэгнүүрые даажа шадаха бата бэхи гэжэ тэмдэглэнэ. Хөөһэһөө багахан хэмжээнэй уһан гараһанһаа гадна, хөөһэ хэдэн долоон хоногой туршада зуура тогтвортой байдалые харуулһан байна.
Хөөһэнэй дээжын масса ба эзэлхүүниие хэмжэжэ, бэлдэһэн гидрогелиин хөөһэнэй нягтые \(\:\rho\:\) тооложо, дүнгүүдыень 4-дэхи таблицада харуулаа. Хэрбээ 50 мл дээжэтэй хангалтатай агаар холиходоо, нягтань эгээл бага боложо, 0.482 г/см3 болоно. Холимог агаарай хэмжээ багадхаха бүри нягта 0.685 г/см3 хүрэтэр нэмэгдэнэ. мл, 100 мл ба 110 мл бүлэгүүдэй хоорондохи эгээн ехэ p сэн 0.004 < 0.05 байгаа, энэнь дүнгүүдэй статистикын удха шанарые харуулна.
Онолой \(\:\rho\:\) сэн мүн лэ ударидаһан агаарай эзэлхүүнэй харисаае хэрэглэн тоосогдодог. Хэмжэгдэһэн дүнгүүд \(\:\rho\:\) онолой сэнһээ 0.1 г/см3 бага гэжэ харуулна. Энэ илгаае гелевой үйлэ ябасада гидрогельдэ бии болоһон дотоодо стрессээр тайлбарилжа болоно, энэнь хабдар үүсхэжэ, тиимэһээ \(\:\rho\:\) бууралгада хүргэдэг. Энэнь 2-дохи зурагта (А, В ба С) харуулһан КТ-зурагуудта гидрогель хөөһэнэй доторхи зарим забһарнуудые ажаглаһанаар баталагдаа.
Агаарай эзэлхүүнэй ондо ондоо агуулгатай гидрогель хөөһэнэй оптикын микроскопоор зурагууд (A) 50, (B) 100, ба (C) 110. Альгинат гидрогель хөөһэнэй дээжэдэ эсэй тоо ба нүхэн хэмжээнэй хубаари (D) 50, (E) 100, (F) 110.
3-дахи зураг (А, В, С) ондо ондоо агаарай эзэлхүүнэй харисаануудтай гидрогель хөөһэнэй дээжэнүүдэй оптикын микроскопоор зурагуудые харуулна. Дүн гаргалгын үрэ дүн гидрогелиин хөөһэнэй оптикын бүтэсые харуулна, ондо ондоо диаметртэй нүхэнүүдэй дүрсэ тодорхойгоор харуулна. Нүхэнүүдэй тоо ба диаметрэй хубаариие ImageJ хэрэглэн тоолоһон байна. Дээжэ бүхэндэ зургаан зураг абтаһан, зураг бүхэн 1125.27 μm × 843.96 μm хэмжээтэй, дээжэ бүхэндэ шэнжэлэгдэһэн ниитэ талмай 5.7 мм2 байгаа.
(A) Агаарай эзэлхүүнэй ондо ондоо харисаануудтай альгинат гидрогель хөөһэнэй шахалта стресс-деформациин абари зан. (B) Экспоненциальна тааруулга. (C) Агаарай эзэлхүүнэй ондо ондоо харисаануудтай гидрогель хөөһэнэй шахалта E0. (D) Агаарай эзэлхүүнэй ондо ондоо харисаануудтай альгинат гидрогель хөөһэнэй эгээ һүүлшын шахалта ба шэлжэлтэ.
3-дахи зураг (D, E, F) нүхэн хэмжээнэй хубаари харисангы нэгэ янзын, хэдэн арбаад микрометрһээ 500 микрометр хүрэтэр байна. Нүхэн хэмжээнь юрэнхыдөө нэгэ янзын, агаарай хэмжээнэй багадхаха бүри бага зэргэ багадхадаг. Туршалгын мэдээгээр, 50 мл дээжын дунда зэргын нүхэн хэмжээн 192.16 мкм, дунда зэргынь 184.51 мкм, нэгэ талмайда нүхэнүүдэй тоо 103; 100 мл дээжын дунда зэргын нүхэн хэмжээнь 156.62 мкм, дунда зэргынь 151.07 мкм, нэгэ талмайда нүхэнүүдэй тоо 109; 110 мл дээжэ 163.07 мкм, 150.29 мкм ба 115 болоно. Томо нүхэнүүд дунда зэргын нүхэн хэмжээнэй статистикын дүнгүүдтэ ехэ нүлөө үзүүлдэг ба дунда зэргын нүхэн хэмжээн нүхэн хэмжээнэй хубилалтануудые илүү һайнаар харуулдаг гэжэ мэдээнүүд харуулна. Дээжын хэмжээн 50 мл-һээ 110 мл хүрэтэр нэмэгдэхэдэ, нүхэнүүдэй тоо баһал нэмэгдэнэ. Дунда зэргын нүхэн диаметр ба нүхэн тоогой статистикын дүнгүүдые хослуулан үзэхэдэ, эзэлхүүнэй нэмэгдэхэдэ дээжэ дотор бага хэмжээнэй нүхэнүүд бии болодог гэжэ тобшолол хэхэ аргатай.
Механикын туршалгын мэдээнүүдые 4А ба 4D зурагууд дээрэ харуулаа. 4А зураг дээрэ агаарай эзэлхүүнэй ондо ондоо харисаагаар бэлдэһэн гидрогель хөөһэнэй шахалта стресс-деформациин абари зан харуулагдана. Дүн гаргалгын ёһоор бүхы дээжэнүүд шугаман бэшэ стресс-деформациин абари зантай адлирхуу байна. Дээжын бүхэндэ стресс нэмэгдэхэдэ хурдан нэмэгдэнэ. Гидрогелиин хөөһэнэй шахалта стресс-деформациин абари зан дээрэ экспоненциальна мурые тааруулһан байна. 4В зураг дээрэ экспоненциальна функциие гидрогель хөөһэндэ ойролсооной загбар болгон хэрэглэһэнэй удаа дүнгүүд харуулагдана.
Агаарай эзэлхүүнэй ондо ондоо харисаануудтай гидрогелиин хөөһэнүүдтэ тэдэнэй шахалта модуль (E0) баһал шэнжэлэгдээ. Гидрогельнүүдэй шэнжэлэлтэй адли, шахалта Янгын модуль 20% анханай шэлжэлтын диапазондо шэнжэлэгдэһэн байна. Шахалта туршалгын дүнгүүдые 4С зураг дээрэ харуулаа. 4С зураг дээрэхи дүнгүүд агаарай эзэлхүүнэй харисаа 50-дахи дээжэһээ 110-дахи дээжэ хүрэтэр буураха бүри альгинат гидрогелийн хөөһэнэй шахалтын Юнгын модуль E0 10.86 кПа-һаа 18 кПа хүрэтэр нэмэгдэнэ гэжэ харуулна.
Үшөө тиихэдэ гидрогель хөөһэнэй бүрин стресс-деформациин мурые, мүн эгээ һүүлшын шахалта стресс ба деформациин сэнгүүдые абаһан байна. 4D зураг дээрэ альгинат гидрогель хөөһэнэй эгээ һүүлшын шахалта ба шэлжэлтэ харуулагдана. Мэдээлэлэй точко бүхэн гурбан туршалгын дүнгүүдэй дунда зэргые харуулна. Дүн гаргалгын ёһоор, эгээ һүүлшын шахалта стресс 9.84 кПа-һаа 17.58 кПа хүрэтэр хиин агууламжа буураха бүри нэмэгдэнэ. Һүүлшын штамм 38% оршомдо тогтууритай байдаг.
2-дохи зураг (А, В, С) тус тусдаа 50, 100, 110 дээжэнүүдтэ таараһан агаарай эзэлхүүнэй ондо ондоо харисаануудтай гидрогель хөөһэнэй КТ-зурагуудые харуулна. Зурагууд дээрэ бии болоһон гидрогель хөөһэ бараг нэгэ янзын гэжэ харуулагдана. 100 ба 110-дахи дээжэдэ үсөөн тооной забһарнууд ажаглагдаа. Эдэ забһарнуудай бии бололгонь гелевой үйлэ ябасада гидрогель соо бии болоһон дотоодо стрессһээ боложо магадгүй. Бидэ дээжэ бүхэнэй 5 огторгойн секцидэ HU сэнгүүдые тооложо, тэдэниие 5-дахи таблицада таараһан онол тоосооной дүнгүүдтэй хамта жагсаабабди.
5-дахи таблицада агаарай эзэлхүүнэй ондо ондоо харисаануудтай дээжэнүүд ондо ондоо HU сэнгүүдые абаһан байна. мл, 100 мл ба 110 мл бүлэгүүдэй хоорондохи эгээн ехэ p сэн 0.004 < 0.05 байгаа, энэнь дүнгүүдэй статистикын удха шанарые харуулна. Туршаһан гурбан дээжэ сооһоо 50 мл холисотой дээжэ хүнэй уушханайхида эгээл дүтэ рентгенологиин шэнжэтэй байгаа. 5-дахи таблицада һүүлшын багана хэмжэгдэһэн хөөһэнэй сэн \(\:\rho\:\) дээрэ үндэһэлһэн онол тоосоололгоор абтаһан дүнгүүд болоно. Хэмжэгдэһэн мэдээсэлые онол дүнгүүдтэй зэргэсүүлхэдэ, КТ-сканераар абтаһан HU сэнгүүд юрэнхыдөө онол дүнгүүдтэ ойролсоо гэжэ элирүүлэгдэнэ, энэнь өөрынгөө эрьесэгээр 1С зурагта агаарай эзэлхүүнэй харисаанай тоосоолхо дүнгүүдые батална.
Энэ шэнжэлэлгын гол зорилго хадаа хүнэй уушханайхитай адли механикын ба рентгенологиин шанартай материал бүтээхэ болоно. Энэ зорилгонь хүнэй уушханда ойролсоо эдэй тэнсүү механикын ба рентгенологиин шэнжэ шанартай гидрогель дээрэ һуурилһан материал зохёон бүтээжэ бэелүүлэгдэһэн байна. Онол тоосоололнуудаар хүтэлбэрилэгдэжэ, агаарай эзэлхүүнэй ондо ондоо харисаатай гидрогелиин хөөһэ натриин альгинат урасхал, CaCO3, GDL ба SLES 70-ые механикаар холижо бэлдэһэн байна. Морфологическа шэнжэлэлгын дүнгөөр ​​нэгэ түрэлэй гурбан хэмжээнэй тогтууритай гидрогелиин хөөһэ бии болоһон байна. Агаарай эзэлхүүнэй харисаае хубилгахадаа, хөөһэнэй нягта ба сүвэрхэг байдалые дураараа хубилгаха аргатай. Агаарай эзэлхүүнэй нэмэгдэхэдэ нүхэнүүдэй хэмжээ бага зэргэ багадхадаг ба нүхэнүүдэй тоо нэмэгдэдэг. Альгинат гидрогелиин хөөһэнэй механикын шанар шэнжэ шэнжэлхын тулада шахалтын туршалгануудые үнгэргэһэн байна. Дүн гаргалгын ёһоор, шахалта туршалгануудһаа абтаһан шахалта модуль (E0) хүнэй уушханай эгээн һайн хэмжээндэ байна. Агаарай эзэлхүүнэй харисаа багадхаха бүри E0 нэмэгдэнэ. Бэлдэһэн дээжэнүүдэй рентгенологиин шэнжэ шанарнуудай (HU) сэнгүүдые дээжэнүүдэй КТ-датанууд дээрэ үндэһэлэн абажа, онол тоосоололой дүнгүүдтэй зэргэсүүлһэн байна. Дүн гаргалга һайн байгаа. Хэмжэгдэһэн сэн хүнэй уушханай HU сэнтэй ойролсоо. Дүн гаргалгын ёһоор, хүнэй уушханай шэнжэ шанарые дууряаһан механикын ба рентгенологиин шэнжэ шанартай эд эсые дууряаха гидрогелиин хөөһэ бүтээхэ аргатай.
Найдалтай үрэ дүнтэйшье һаа, дэлхэйн болон нютагай хэмжээндэ онол тоосоолол болон бодото хүнэй уушханай уридшалан мэдэгдэһэнтэй тааруулхын тулада агаарай эзэлхүүнэй харисаа болон сүвэрхэг байдалые илүү һайнаар хянаха зорилгоор мүнөөнэй үйлэдбэрилэлэй аргануудые һайжаруулха хэрэгтэй. Мүнөөнэй шэнжэлэлгэ шахалта механикые туршахаар хизаарлагдана, энэнь амьсгалха циклэй шахалта үе шатада фантомые хэрэглэхэ боломжые хизаарладаг. Ерээдүйн шэнжэлэлнүүд эршэмтэй ашаглалтын нөхцөлд боломжотой хэрэглээе сэгнэхэ зорилгоор суналтын туршалга болон материалай ниитэ механикын тогтвортой байдалые шэнжэлхэ ашагтай байха. Эдэ хизаарлалтануудые хараад үзэхэдэ, энэ шэнжэлэлгэ хүнэй уушхые дууряаһан нэгэ материалда рентгенологиин ба механикын шэнжэ шанарнуудые нэгэдхэхэ түрүүшын амжалтатай оролдолго болоно.
Мүнөөнэй шэнжэлэлгын үедэ бии болоһон ба/гү, али шэнжэлэгдэһэн мэдээсэлэй багтаамжануудые зохёогшоһоо үндэһэнэй эрилтээр абажа болохо. Туршалганууд болон мэдээсэлэй багтаамжанууд хоюулаа дабтагдаха аргатай.
Сонг, Г., ба бусад Хорт хабдарай туяагай эмнэлгын шэнэ нанотехнологинууд ба дээдэ шатын материалнууд. Adv. Матер. 29, 1700996. https://doi.org/10.1002/adma.201700996 (2017).
Кил, П.Ж., м.н. Радиационно онкологидо амисхалай хүдэлөөнэй ударидалга тухай AAPM 76a зорилготой бүлэгэй мэдээсэл. Мед. Физ. 33, 3874–3900. https://doi.org/10.1118/1.2349696 (2006).
Аль-Мая, А., Мозели, Дж., ба Брок, К.К. Хүнэй уушханай интерфейс ба материалай шугаман бэшэ байдалые загбарлаха. Физикэ ба анагааха ухаан ба биологи 53, 305–317. https://doi.org/10.1088/0031-9155/53/1/022 (2008).
Ван, Х., ба бусад 3D биопринтингээр бүтээгдэһэн хабдар шэнги уушханай хорото хабдарай загбар. 3. Биотехнологи. 8 https://doi.org/10.1007/s13205-018-1519-1 (2018).
Ли, М., ба бусад Уушханай гажуудал загбарлаха: гажуудалтай дүрсэ бүридхэлэй аргануудые ба орон зайн хубилбаритай Янгын модулиин сэгнэлтэ хослуулан хэрэглэхэ арга. Мед. Физ. 40, 081902. https://doi.org/10.1118/1.4812419 (2013).
Гимарайнс, С.Ф. болон бусад Амиды эдэй хатуу байдал ба эдэй инженеридэ тэрэнэй нүлөө. Байгаалиин тоймой материалнууд ба оршон тойронхи байгаали 5, 351–370 (2020).