Mèsi paske ou te vizite nature.com. Vèsyon navigatè w ap itilize a gen yon sipò CSS limite. Pou pi bon eksperyans lan, nou rekòmande pou w itilize dènye vèsyon navigatè a (oswa dezaktive mòd konpatibilite nan Internet Explorer). Anplis de sa, pou asire sipò kontinyèl, sit sa a p ap gen ladan estil oswa JavaScript.
Mouvman ògàn ak tisi yo ka lakòz erè nan pozisyonman reyon X yo pandan radyoterapi. Se poutèt sa, materyèl ki gen pwopriyete mekanik ak radyolojik ekivalan a tisi yo nesesè pou imite mouvman ògàn pou optimize radyoterapi. Sepandan, devlopman materyèl sa yo rete yon defi. Idwojel aljinat yo gen pwopriyete ki sanble ak sa yo ki nan matris ekstraselilè a, sa ki fè yo pwomèt kòm materyèl ekivalan a tisi. Nan etid sa a, yo te sentetize kim idrojel aljinat ki gen pwopriyete mekanik ak radyolojik vle yo pa liberasyon Ca2+ in situ. Yo te kontwole rapò lè-a-volim nan ak anpil atansyon pou jwenn kim idrojel ki gen pwopriyete mekanik ak radyolojik byen defini. Yo te karakterize makro- ak mikwomòfoloji materyèl yo, epi yo te etidye konpòtman kim idrojel yo anba konpresyon. Yo te estime pwopriyete radyolojik yo teyorikman epi yo te verifye yo eksperimantalman lè l sèvi avèk tomografi konpitèrize. Etid sa a mete limyè sou devlopman nan lavni materyèl ekivalan a tisi ki ka itilize pou optimize dòz radyasyon ak kontwòl kalite pandan radyoterapi.
Radyoterapi se yon tretman komen pou kansè1. Mouvman ògàn ak tisi yo souvan mennen nan erè nan pozisyonman radyografi yo pandan radyoterapi2, sa ki ka lakòz tretman timè a pa ase ak twòp ekspozisyon selil ki an sante ki antoure yo a radyasyon ki pa nesesè. Kapasite pou predi mouvman ògàn ak tisi yo enpòtan pou minimize erè lokalizasyon timè a. Etid sa a te konsantre sou poumon yo, paske yo sibi defòmasyon ak mouvman enpòtan lè pasyan yo respire pandan radyoterapi. Yo te devlope epi aplike plizyè modèl eleman fini pou simile mouvman poumon imen3,4,5. Sepandan, ògàn ak tisi imen yo gen jeyometri konplèks epi yo trè depann de pasyan an. Se poutèt sa, materyèl ki gen pwopriyete ekivalan a tisi yo trè itil pou devlope modèl fizik pou valide modèl teyorik, fasilite amelyorasyon tretman medikal, ak pou rezon edikasyon medikal.
Devlopman materyèl ki imite tisi mou pou reyalize jeyometri estriktirèl ekstèn ak entèn konplèks te atire anpil atansyon paske enkonsistans mekanik natirèl yo ka mennen nan echèk nan aplikasyon sib yo6,7. Modèl byomekanik konplèks tisi poumon an, ki konbine mous ekstrèm, elastisite, ak porosit estriktirèl, poze yon gwo defi nan devlopman modèl ki repwodui poumon imen an avèk presizyon. Entegrasyon ak matche pwopriyete mekanik ak radyolojik yo enpòtan pou pèfòmans efikas modèl poumon yo nan entèvansyon terapetik. Fabrikasyon aditif te pwouve efikas nan devlopman modèl espesifik pasyan, sa ki pèmèt prototipaj rapid nan desen konplèks. Shin et al. 8 te devlope yon modèl poumon repwodiktib, deformab ak pasaj lè enprime 3D. Haselaar et al. 9 te devlope yon fantom ki trè menm jan ak pasyan reyèl pou evalyasyon kalite imaj ak metòd verifikasyon pozisyon pou radyoterapi. Hong et al10 te devlope yon modèl CT toraks lè l sèvi avèk enprime 3D ak teknoloji moulaj silikon pou repwodui entansite CT divès lezyon poumon pou evalye presizyon kantifikasyon an. Sepandan, pwototip sa yo souvan fèt ak materyèl ki gen pwopriyete efikas trè diferan de sa yo ki nan tisi poumon an11.
Kounye a, pifò fantom poumon yo fèt ak silikon oswa kim an poliyiretàn, ki pa koresponn ak pwopriyete mekanik ak radyolojik parenkim poumon reyèl la.12,13 Idwojel aljinat yo biokonpatib epi yo te lajman itilize nan jeni tisi akòz pwopriyete mekanik reglabl yo.14 Sepandan, repwodui konsistans ultra mou, tankou kim ki nesesè pou yon fantom poumon ki imite elastisite ak estrikti ranpli tisi poumon an rete yon defi eksperimantal.
Nan etid sa a, yo te sipoze ke tisi poumon an se yon materyèl elastik omojèn. Dansite tisi poumon imen an (\(\:\rho\:\)) rapòte kòm 1.06 g/cm3, epi dansite poumon gonfle a se 0.26 g/cm315. Yo te jwenn yon pakèt valè modil Young (MY) nan tisi poumon lè l sèvi avèk diferan metòd eksperimantal. Lai-Fook et al. 16 te mezire YM poumon imen an ak gonfleman inifòm pou l te 0.42–6.72 kPa. Goss et al. 17 te itilize elastografi rezonans mayetik epi yo te rapòte yon YM 2.17 kPa. Liu et al. 18 te rapòte yon YM mezire dirèkteman 0.03–57.2 kPa. Ilegbusi et al. 19 te estime YM a kòm 0.1–2.7 kPa ki baze sou done 4D CT yo te jwenn nan pasyan yo te chwazi.
Pou pwopriyete radyolojik poumon an, plizyè paramèt yo itilize pou dekri konpòtman entèraksyon tisi poumon an ak reyon X yo, tankou konpozisyon eleman an, dansite elektwon (\(\:{\rho\:}_{e}\)), nimewo atomik efektif (\(\:{Z}_{eff}\)), enèji eksitasyon mwayèn (\(\:I\)), koyefisyan atenuasyon mas (\(\:\mu\:/\rho\:\)) ak inite Hounsfield (HU), ki dirèkteman gen rapò ak \(\:\mu\:/\rho\:\).
Dansite elektwon \(\:{\rho\:}_{e}\) defini kòm kantite elektwon pou chak inite volim epi li kalkile jan sa a:
kote \(\:\rho\:\) se dansite materyèl la an g/cm3, \(\:{N}_{A}\) se konstan Avogadro a, \(\:{w}_{i}\) se fraksyon mas la, \(\:{Z}_{i}\) se nimewo atomik la, epi \(\:{A}_{i}\) se pwa atomik eleman i-yèm lan.
Nimewo atomik la gen yon rapò dirèk ak nati entèraksyon radyasyon ki genyen nan materyèl la. Pou konpoze ak melanj ki gen plizyè eleman (pa egzanp, twal), yo dwe kalkile nimewo atomik efektif la \(\:{Z}_{eff}\). Murthy et al. te pwopoze fòmil la 20:
Enèji eksitasyon mwayèn \(\:I\) a dekri kijan materyèl sib la absòbe fasilman enèji sinetik patikil ki penetre yo. Li dekri sèlman pwopriyete materyèl sib la epi li pa gen anyen pou wè ak pwopriyete patikil yo. Ou ka kalkile \(\:I\) lè w aplike règ aditivite Bragg la:
Koyefisyan atenuasyon mas la \(\:\mu\:/\rho\:\) dekri penetrasyon ak liberasyon enèji foton yo nan materyèl sib la. Li ka kalkile lè l sèvi avèk fòmil sa a:
Kote \(\:x\) se epesè materyèl la, \(\:{I}_{0}\) se entansite limyè ensidan an, epi \(\:I\) se entansite foton an apre penetrasyon nan materyèl la. Done \(\:\mu\:/\rho\:\) yo ka jwenn dirèkteman nan Baz Done Referans Estanda NIST 12621 la. Valè \(\:\mu\:/\rho\:\) pou melanj ak konpoze yo ka derive lè l sèvi avèk règ aditivite a jan sa a:
HU se yon inite mezi radyodansite san dimansyon estanda nan entèpretasyon done tomografi konpitèrize (CT), ki transfòme lineyèman apati koyefisyan atenuasyon ki mezire a \(\:\mu\:\). Li defini kòm:
Kote \(\:{\mu\:}_{dlo}\) se koyefisyan atenuasyon dlo a, epi \(\:{\mu\:}_{lè}\) se koyefisyan atenuasyon lè a. Kidonk, nan fòmil (6) nou wè ke valè HU dlo a se 0, epi valè HU lè a se -1000. Valè HU pou poumon imen yo varye ant -600 ak -70022.
Yo devlope plizyè materyèl ekivalan tisi. Griffith et al. 23 te devlope yon modèl ekivalan tisi pou tors imen an ki fèt ak poliyiretàn (PU) kote yo te ajoute divès konsantrasyon kabonat kalsyòm (CaCO3) pou simile koyefisyan atenuasyon lineyè divès ògàn imen, tankou poumon imen an, epi yo te rele modèl la Griffith. Taylor24 te prezante yon dezyèm modèl ekivalan tisi poumon ke Laboratwa Nasyonal Lawrence Livermore (LLNL) te devlope, yo te rele l LLLL1. Traub et al.25 te devlope yon nouvo ranplasan tisi poumon lè l sèvi avèk Foamex XRS-272 ki gen 5.25% CaCO3 kòm yon amelyoratè pèfòmans, yo te rele l ALT2. Tablo 1 ak 2 yo montre yon konparezon ant \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) ak koyefisyan atenuasyon mas pou poumon imen an (ICRU-44) ak modèl ekivalan tisi ki anwo yo.
Malgre ekselan pwopriyete radyolojik yo reyalize, prèske tout materyèl fantom yo fèt ak kim polistirèn, sa vle di ke pwopriyete mekanik materyèl sa yo pa ka pwoche bò kote pwopriyete poumon imen yo. Modil Young (YM) kim poliyiretàn lan se anviwon 500 kPa, ki lwen ideyal konpare ak poumon imen nòmal (anviwon 5-10 kPa). Se poutèt sa, li nesesè pou devlope yon nouvo materyèl ki ka satisfè karakteristik mekanik ak radyolojik poumon imen reyèl yo.
Idwojel yo lajman itilize nan jeni tisi. Estrikti ak pwopriyete li yo sanble ak matris ekstraselilè (ECM) epi yo fasil pou ajiste. Nan etid sa a, yo te chwazi aljinat sodyòm pi kòm byomateryèl pou preparasyon kim. Idwojel aljinat yo byokonpatib epi yo lajman itilize nan jeni tisi akòz pwopriyete mekanik reglabl yo. Konpozisyon elemantè aljinat sodyòm (C6H7NaO6)n ak prezans Ca2+ pèmèt pwopriyete radyolojik li yo dwe ajiste jan sa nesesè. Konbinezon pwopriyete mekanik ak radyolojik reglabl sa a fè idrojel aljinat yo ideyal pou etid nou an. Natirèlman, idrojel aljinat yo gen limitasyon tou, espesyalman an tèm de estabilite alontèm pandan sik respiratwa simile. Se poutèt sa, plis amelyorasyon nesesè epi yo espere nan etid nan lavni pou adrese limitasyon sa yo.
Nan travay sa a, nou te devlope yon materyèl kim idrojel aljinat ak valè rho kontwolab, elastisite, ak pwopriyete radyolojik menm jan ak sa yo ki nan tisi poumon imen. Etid sa a pral bay yon solisyon jeneral pou fabrike fantom ki sanble ak tisi ak pwopriyete elastik ak radyolojik reglabl. Pwopriyete materyèl yo ka fasilman adapte a nenpòt tisi ak ògàn imen.
Yo te kalkile rapò sib lè/volim kim idrojel la baze sou seri HU poumon imen yo (-600 a -700). Yo te sipoze ke kim nan te yon melanj senp lè ak idrojel aljinat sentetik. Lè yo te itilize yon règ adisyon senp pou eleman endividyèl yo \(\:\mu\:/\rho\:\), yo te kapab kalkile fraksyon volim lè a ak rapò volim idrojel aljinat sentetize a.
Yo te prepare kim idrojel aljinat yo lè l sèvi avèk aljinat sodyòm (Nimewo Pati W201502), CaCO3 (Nimewo Pati 795445, MW: 100.09), ak GDL (Nimewo Pati G4750, MW: 178.14) achte nan men Sigma-Aldrich Company, St. Louis, MO. Yo te achte 70% Sodyòm Lauril Etè Silfat (SLES 70) nan men Renowned Trading LLC. Yo te itilize dlo deyonize nan pwosesis preparasyon kim lan. Yo te fonn aljinat sodyòm nan dlo deyonize nan tanperati chanm avèk ajitasyon konstan (600 rpm) jiskaske yo te jwenn yon solisyon jòn omojèn translisid. Yo te itilize CaCO3 an konbinezon ak GDL kòm yon sous Ca2+ pou kòmanse jelasyon an. Yo te itilize SLES 70 kòm yon tensioaktif pou fòme yon estrikti pore andedan idrojel la. Yo te kenbe konsantrasyon aljinat la a 5% epi yo te kenbe rapò molè Ca2+:-COOH la a 0.18. Yo te kenbe rapò molè CaCO3:GDL la tou nan 0.5 pandan preparasyon kim nan pou kenbe yon pH net. Valè a se 26. Yo te ajoute 2% pa volim SLES 70 nan tout echantiyon yo. Yo te itilize yon bechè ak yon kouvèti pou kontwole rapò melanj solisyon an ak lè a. Volim total bechè a te 140 ml. Baze sou rezilta kalkil teyorik yo, yo te ajoute diferan volim melanj lan (50 ml, 100 ml, 110 ml) nan bechè a pou melanje ak lè a. Yo te fèt echantiyon ki gen 50 ml melanj lan pou melanje ak ase lè, pandan y ap kontwole rapò volim lè a nan de lòt echantiyon yo. Premyèman, yo te ajoute SLES 70 nan solisyon aljinat la epi yo te brase l ak yon ajitatè elektrik jiskaske li te byen melanje. Apre sa, yo te ajoute sispansyon CaCO3 la nan melanj lan epi yo te brase l kontinyèlman jiskaske melanj lan te byen melanje, lè koulè li te chanje an blan. Finalman, yo te ajoute solisyon GDL la nan melanj lan pou kòmanse jelasyon an, epi yo te kenbe ajitasyon mekanik pandan tout pwosesis la. Pou echantiyon ki gen 50 ml melanj lan, yo te sispann brase mekanik la lè volim melanj lan te sispann chanje. Pou echantiyon ki gen 100 ml ak 110 ml melanj lan, yo te sispann brase mekanik la lè melanj lan te ranpli bechè a. Nou te eseye tou prepare kim idrojel ak yon volim ant 50 ml ak 100 ml. Sepandan, yo te obsève enstabilite estriktirèl kim lan, paske li te varye ant eta melanj lè konplè a ak eta kontwòl volim lè a, sa ki te lakòz yon kontwòl volim ki pa konsistan. Enstabilite sa a te entwodui ensètitid nan kalkil yo, e pakonsekan yo pa t enkli seri volim sa a nan etid sa a.
Yo kalkile dansite \(\:\rho\:\) yon kim idrojel lè yo mezire mas \(\:\m\) ak volim \(\:\V\) yon echantiyon kim idrojel.
Yo te jwenn imaj mikwoskopik optik kim idrojel yo lè l sèvi avèk yon kamera Zeiss Axio Observer A1. Yo te itilize lojisyèl ImageJ pou kalkile kantite ak distribisyon gwosè porositë nan yon echantiyon nan yon sèten zòn ki baze sou imaj yo te jwenn yo. Yo sipoze fòm porositë a sikilè.
Pou etidye pwopriyete mekanik kim idrojel aljinat yo, yo te fè tès konpresyon uniaxial lè l sèvi avèk yon machin seri TESTRESOURCES 100. Yo te koupe echantiyon yo an blòk rektangilè epi yo te mezire dimansyon blòk yo pou kalkile estrès ak defòmasyon yo. Yo te fikse vitès tèt kwa a sou 10 mm/min. Yo te teste twa echantiyon pou chak echantiyon epi yo te kalkile mwayèn ak devyasyon estanda a apati rezilta yo. Etid sa a te konsantre sou pwopriyete mekanik konpresiv kim idrojel aljinat yo piske tisi poumon an sibi fòs konpresiv nan yon sèten etap nan sik respiratwa a. Ekstansibilite a enpòtan anpil, sitou pou reflete tout konpòtman dinamik tisi poumon an epi yo pral envestige sa nan etid kap vini yo.
Echantiyon kim idrojel yo te prepare yo te eskane sou yon eskanè CT doub kanal Siemens SOMATOM Drive. Paramèt eskanè yo te fikse jan sa a: 40 mAs, 120 kVp ak 1 mm epesè tranch. Fichye DICOM ki te sòti yo te analize lè l sèvi avèk lojisyèl MicroDicom DICOM Viewer pou analize valè HU 5 seksyon kwa chak echantiyon. Valè HU yo te jwenn pa CT yo te konpare ak kalkil teyorik ki baze sou done dansite echantiyon yo.
Objektif etid sa a se pou revolisyone fabrikasyon modèl ògàn endividyèl ak tisi byolojik atifisyèl grasa fabrike materyèl mou. Devlope materyèl ki gen pwopriyete mekanik ak radyolojik ki koresponn ak mekanik fonksyònman poumon imen enpòtan pou aplikasyon espesifik tankou amelyore fòmasyon medikal, planifikasyon chirijikal, ak planifikasyon radyoterapi. Nan Figi 1A, nou te trase diferans ki genyen ant pwopriyete mekanik ak radyolojik materyèl mou yo swadizan itilize pou fabrike modèl poumon imen. Jiska prezan, yo te devlope materyèl ki montre pwopriyete radyolojik yo vle, men pwopriyete mekanik yo pa satisfè egzijans yo vle yo. Kim an poliyiretàn ak kawoutchou se materyèl ki pi lajman itilize pou fabrike modèl poumon imen deformab. Pwopriyete mekanik kim an poliyiretàn (modil Young, YM) yo tipikman 10 a 100 fwa pi gran pase sa yo ki nan tisi poumon imen nòmal. Materyèl ki montre tou de pwopriyete mekanik ak radyolojik yo vle yo poko konnen.
(A) Reprezantasyon eskematik pwopriyete divès materyèl mou ak konparezon ak poumon imen an tèm de dansite, modil Young ak pwopriyete radyolojik (an HU). (B) Modèl difraksyon reyon X nan idrojel aljinat \(\:\mu\:/\rho\:\) ak yon konsantrasyon 5% ak yon rapò molè Ca2+:-COOH 0.18. (C) Gam rapò volim lè nan kim idrojel. (D) Reprezantasyon eskematik kim idrojel aljinat ak diferan rapò volim lè.
Yo kalkile konpozisyon eleman idrojel aljinat yo ak yon konsantrasyon 5% ak yon rapò molè Ca2+:-COOH 0.18, epi rezilta yo montre nan Tablo 3. Selon règ adisyon nan fòmil anvan an (5), yo jwenn koyefisyan atenuasyon mas idrojel aljinat \(\:\:\mu\:/\rho\:\) jan yo montre nan Figi 1B.
Valè \(\:\mu\:/\rho\:\) yo pou lè ak dlo yo te jwenn dirèkteman nan baz done referans estanda NIST 12612 la. Kidonk, Figi 1C montre rapò volim lè yo kalkile nan kim idrojel ak valè ekivalan HU ant -600 ak -700 pou poumon imen an. Rapò volim lè ki kalkile teyorikman an estab nan 60-70% nan seri enèji ki soti nan 1 × 10−3 rive nan 2 × 101 MeV, sa ki endike yon bon potansyèl pou aplikasyon kim idrojel nan pwosesis fabrikasyon en.
Figi 1D a montre echantiyon kim idrojel aljinat ki te prepare a. Tout echantiyon yo te koupe an kib ak yon longè kwen 12.7 mm. Rezilta yo te montre ke yon kim idrojel omojèn, ki estab twa dimansyon te fòme. Kèlkeswa rapò volim lè a, pa gen okenn diferans enpòtan nan aparans kim idrojel yo ki te obsève. Lefèt ke kim idrojel la ka kenbe tèt li sijere ke rezo ki fòme nan idrojel la ase solid pou sipòte pwa kim nan li menm. Apa de yon ti kantite flit dlo nan kim nan, kim nan te demontre tou yon estabilite tanporè pandan plizyè semèn.
Lè yo mezire mas ak volim echantiyon kim nan, yo te kalkile dansite kim idrojel ki te prepare a \(\:\rho\:\), epi rezilta yo prezante nan Tablo 4. Rezilta yo montre depandans \(\:\rho\:\) sou rapò volim lè a. Lè yo melanje ase lè ak 50 ml echantiyon an, dansite a vin pi ba a epi li se 0.482 g/cm3. Ofiramezi kantite lè melanje a diminye, dansite a ogmante rive nan 0.685 g/cm3. Valè p maksimòm ant gwoup 50 ml, 100 ml ak 110 ml yo te 0.004 < 0.05, sa ki endike siyifikasyon estatistik rezilta yo.
Yo kalkile valè teorik \(\:\rho\:\) la tou lè yo itilize rapò volim lè kontwole a. Rezilta mezi yo montre ke \(\:\rho\:\) pi piti pase valè teorik la pa 0.1 g/cm³. Diferans sa a ka eksplike pa estrès entèn ki pwodui nan idrojel la pandan pwosesis jelasyon an, ki lakòz anfle e konsa mennen nan yon diminisyon nan \(\:\rho\:\). Sa te konfime plis toujou pa obsèvasyon kèk espas andedan kim idrojel la nan imaj CT yo montre nan Figi 2 (A, B ak C).
Imaj mikwoskopi optik kim idrojel ak diferan volim lè (A) 50, (B) 100, ak (C) 110. Kantite selil ak distribisyon gwosè pò nan echantiyon kim idrojel aljinat (D) 50, (E) 100, (F) 110.
Figi 3 (A, B, C) montre imaj mikwoskòp optik echantiyon kim idrojel yo ak diferan rapò volim lè. Rezilta yo demontre estrikti optik kim idrojel la, ki montre byen klè imaj porositë ak diferan dyamèt. Yo kalkile distribisyon kantite porositë ak dyamèt la lè l sèvi avèk ImageJ. Yo te pran sis imaj pou chak echantiyon, chak imaj te gen yon gwosè 1125.27 μm × 843.96 μm, epi sifas total analize pou chak echantiyon te 5.7 mm².
(A) Konpòtman estrès-deformation konpresif kim idrojel aljinat ak diferan rapò volim lè. (B) Ajisteman eksponansyèl. (C) Konpresyon E0 kim idrojel ak diferan rapò volim lè. (D) Estrès ak deformation konpresif ultim kim idrojel aljinat ak diferan rapò volim lè.
Figi 3 (D, E, F) montre ke distribisyon gwosè pò a relativman inifòm, sòti nan plizyè dizèn mikwomèt rive nan anviwon 500 mikwomèt. Gwosè pò a fondamantalman inifòm, epi li diminye yon ti kras lè volim lè a diminye. Selon done tès yo, gwosè pò mwayèn echantiyon 50 ml la se 192.16 μm, medyàn lan se 184.51 μm, epi kantite pò pou chak inite sifas se 103; gwosè pò mwayèn echantiyon 100 ml la se 156.62 μm, medyàn lan se 151.07 μm, epi kantite pò pou chak inite sifas se 109; valè korespondan echantiyon 110 ml la se 163.07 μm, 150.29 μm ak 115, respektivman. Done yo montre ke pò ki pi gwo yo gen yon pi gwo enfliyans sou rezilta estatistik gwosè pò mwayèn nan, epi gwosè pò medyàn lan ka pi byen reflete tandans chanjman gwosè pò a. Pandan volim echantiyon an ap ogmante soti nan 50 ml pou rive nan 110 ml, kantite pò yo ap ogmante tou. Lè nou konbine rezilta estatistik dyamèt pò medyàn lan ak kantite pò yo, nou ka konkli ke avèk ogmantasyon volim nan, plis pò ki gen pi piti gwosè ap fòme andedan echantiyon an.
Done tès mekanik yo montre nan Figi 4A ak 4D. Figi 4A montre konpòtman estrès-defòmasyon konpresiv kim idrojel prepare yo ak diferan rapò volim lè. Rezilta yo montre ke tout echantiyon yo gen yon konpòtman estrès-defòmasyon non lineyè ki sanble. Pou chak echantiyon, estrès la ogmante pi vit lè defòmasyon an ogmante. Yo te ajiste yon koub eksponansyèl sou konpòtman estrès-defòmasyon konpresiv kim idrojel la. Figi 4B montre rezilta yo apre yo fin aplike fonksyon eksponansyèl la kòm yon modèl apwoksimatif sou kim idrojel la.
Pou kim idrojel ki gen diferan rapò volim lè, yo te etidye modil konpresiv yo (E0) tou. Menm jan ak analiz idrojel yo, yo te envestige modil konpresiv Young nan yon seri 20% deformation inisyal. Rezilta tès konpresyon yo montre nan Figi 4C. Rezilta yo nan Figi 4C montre ke pandan rapò volim lè a diminye soti nan echantiyon 50 pou rive nan echantiyon 110, modil konpresiv Young E0 kim idrojel aljinat la ogmante soti nan 10.86 kPa pou rive nan 18 kPa.
Menm jan an tou, yo te jwenn koub estrès-deformation konplè kim idrojel yo, ansanm ak valè estrès ak deformation konpresiv final yo. Figi 4D montre estrès ak deformation konpresiv final kim idrojel aljinat yo. Chak pwen done se mwayèn twa rezilta tès yo. Rezilta yo montre ke estrès konpresiv final la ogmante soti nan 9.84 kPa pou rive nan 17.58 kPa lè kontni gaz la diminye. Deformation final la rete estab nan anviwon 38%.
Figi 2 (A, B, ak C) montre imaj CT kim idrojel ak diferan rapò volim lè ki koresponn ak echantiyon 50, 100, ak 110, respektivman. Imaj yo montre ke kim idrojel ki fòme a prèske omojèn. Yo obsève yon ti kantite espas vid nan echantiyon 100 ak 110 yo. Fòmasyon espas vid sa yo ka akòz estrès entèn ki pwodui nan idrojel la pandan pwosesis jelasyon an. Nou kalkile valè HU yo pou 5 seksyon kwa nan chak echantiyon epi nou mete yo nan Tablo 5 ansanm ak rezilta kalkil teyorik korespondan yo.
Tablo 5 la montre ke echantiyon ki gen diferan rapò volim lè yo te jwenn diferan valè HU. Valè p maksimòm ant gwoup 50 ml, 100 ml ak 110 ml yo te 0.004 < 0.05, sa ki endike siyifikasyon estatistik rezilta yo. Pami twa echantiyon yo te teste yo, echantiyon ki gen 50 ml melanj lan te gen pwopriyete radyolojik ki pi pre poumon imen yo. Dènye kolòn Tablo 5 la se rezilta yo jwenn pa kalkil teyorik ki baze sou valè kim ki mezire a \(\:\rho\:\). Lè nou konpare done yo mezire yo ak rezilta teyorik yo, nou ka jwenn ke valè HU yo jwenn pa eskanè CT yo jeneralman pre rezilta teyorik yo, sa ki konfime rezilta kalkil rapò volim lè a nan Figi 1C.
Objektif prensipal etid sa a se kreye yon materyèl ki gen pwopriyete mekanik ak radyolojik konparab ak poumon imen yo. Objektif sa a te reyalize lè yo te devlope yon materyèl ki baze sou idrojel ak pwopriyete mekanik ak radyolojik ekivalan a tisi ki pi pre posib ak poumon imen yo. Gide pa kalkil teyorik, yo te prepare kim idrojel ak diferan rapò volim lè lè yo te melanje mekanikman solisyon aljinat sodyòm, CaCO3, GDL ak SLES 70. Analiz mòfolojik te montre ke yo te fòme yon kim idrojel omojèn twa dimansyon ki estab. Lè yo chanje rapò volim lè a, yo ka varye dansite ak porosit kim nan jan yo vle. Avèk ogmantasyon kontni volim lè a, gwosè pò yo diminye yon ti kras epi kantite pò yo ogmante. Yo te fè tès konpresyon pou analize pwopriyete mekanik kim idrojel aljinat yo. Rezilta yo te montre ke modil konpresiv (E0) ki jwenn nan tès konpresyon yo nan seri ideyal pou poumon imen. E0 ogmante lè rapò volim lè a diminye. Yo te jwenn valè pwopriyete radyolojik (HU) echantiyon yo te prepare yo apati done CT echantiyon yo epi yo te konpare yo ak rezilta kalkil teyorik yo. Rezilta yo te favorab. Valè mezire a tou pre valè HU poumon imen an. Rezilta yo montre ke li posib pou kreye kim idrojel ki imite tisi ak yon konbinezon ideyal pwopriyete mekanik ak radyolojik ki imite pwopriyete poumon imen an.
Malgre rezilta pwomètè yo, metòd fabrikasyon aktyèl yo bezwen amelyore pou pi byen kontwole rapò volim lè a ak porosit la pou yo koresponn ak prediksyon ki soti nan kalkil teyorik ak poumon imen reyèl nan tou de echèl mondyal ak lokal. Etid aktyèl la limite tou a tès mekanik konpresyon an, sa ki limite aplikasyon potansyèl fantom nan nan faz konpresyon sik respiratwa a. Rechèch nan lavni ta benefisye de envestigasyon tès tansyon ansanm ak estabilite mekanik jeneral materyèl la pou evalye aplikasyon potansyèl anba kondisyon chaj dinamik. Malgre limitasyon sa yo, etid la make premye tantativ siksè pou konbine pwopriyete radyolojik ak mekanik nan yon sèl materyèl ki imite poumon imen an.
Ansanm done yo ki te pwodui ak/oswa analize pandan etid aktyèl la disponib nan men otè korespondan an sou yon demann rezonab. Tou de eksperyans yo ak ansanm done yo ka repwodui.
Song, G., et al. Nouvo nanoteknoloji ak materyèl avanse pou terapi radyasyon kansè. Adv. Mater. 29, 1700996. https://doi.org/10.1002/adma.201700996 (2017).
Kill, PJ, et al. Rapò Gwoup Travay AAPM 76a sou Jesyon Mouvman Respiratwa nan Radyoterapi Onkoloji. Med. Phys. 33, 3874–3900. https://doi.org/10.1118/1.2349696 (2006).
Al-Maya, A., Moseley, J., ak Brock, KK Modelizasyon entèfas ak nonlinearite materyèl nan poumon imen an. Fizik ak Medsin ak Biyoloji 53, 305–317. https://doi.org/10.1088/0031-9155/53/1/022 (2008).
Wang, X., et al. Modèl kansè nan poumon ki sanble ak timè ki pwodui pa byoenpresyon 3D. 3. Byoteknoloji. 8 https://doi.org/10.1007/s13205-018-1519-1 (2018).
Lee, M., et al. Modèl defòmasyon poumon: yon metòd ki konbine teknik anrejistreman imaj deformab ak estimasyon modil Young ki varye nan espas. Med. Phys. 40, 081902. https://doi.org/10.1118/1.4812419 (2013).
Guimarães, CF et al. Rijidite tisi vivan ak enplikasyon li yo pou jeni tisi. Nature Reviews Materials and Environment 5, 351–370 (2020).