Nature.com сайта кӗнӗшӗн тавтапуҫ сире. Эсир усӑ куракан браузер версийӗнче CSS пулӑшӑвӗ ҫителӗксӗр. Чи лайӑх опытшӑн эпир браузерӑн юлашки версийӗпе усӑ курма сӗнетпӗр (е Internet Explorer-ра ҫыхӑну режимне сӳнтерме). Унсӑр пуҫне, малалла та пулӑшу пама ҫак сайтра стильсем е JavaScript пулмӗҫ.
Органсемпе тканьсем куҫни лучевой терапи вӑхӑтӗнче рентген пайӑркисене вырнаҫтарнӑ чухне йӑнӑшсем патне илсе пыма пултарать. Ҫавӑнпа та лучевой терапие оптимизацилеме органсен хусканӑвне имитацилеме ткань эквивалентлӑ механикӑпа рентгенологи пахалӑхлӑ материалсем кирлӗ. Анчах та ҫакӑн пек материалсем хатӗрлесси ҫаплах йывӑрлӑх кӑларса тӑратать. Альгинат гидрогелӗсен пахалӑхӗсем клетка тулашӗнчи матрицӑнни пекех, ҫавӑнпа вӗсем ткань эквивалентлӑ материалсем пек шанчӑклӑ. Ку тӗпчевре кирлӗ механика тата радиологи пахалӑхлӑ альгинат гидрогель кӑпӑкӗсене in situ Ca2+ ирӗке кӑларса синтезланӑ. Сывлӑшпа калӑпӑш хушшинчи шайлашӑва тӗплӗн тӗрӗслесе тӑнӑ, ҫапла майпа палӑртнӑ механика тата радиологи характеристикиллӗ гидрогель кӑпӑкӗсем пулнӑ. Материалсен макро- тата микроморфологине палӑртнӑ, гидрогель кӑпӑкӗсем хӗстернӗ чухне хӑйсене мӗнле тытнине тӗпченӗ. Рентгенологи характеристикисене теори тӗлӗшӗнчен хакланӑ тата компьютер томографийӗпе усӑ курса эксперимент мелӗпе тӗрӗсленӗ. Ку тӗпчев лучевой терапи вӑхӑтӗнче радиаци дозине оптимизацилеме тата пахалӑха тӗрӗслесе тӑма усӑ курма пултаракан ткань эквивалентлӑ материалсен малашнехи аталанӑвне ҫутатса парать.
Лучевой терапи — рак чирӗсене сиплемелли анлӑ сарӑлнӑ меслет1. Органсемпе тканьсем куҫни час-часах лучевой терапи вӑхӑтӗнче рентген пайӑркисене вырнаҫтарнӑ чухне йӑнӑшсем патне илсе пырать2, ҫакӑ вара шыҫӑна ҫителӗксӗр сиплеме тата таврари сывӑ клеткӑсене кирлӗ мар радиацие ытлашши лектерме пултарать. Органсемпе тканьсен куҫӑмне малтанах пӗлме пултарни шыҫӑ локализацийӗн йӑнӑшӗсене чакарма питӗ кирлӗ. Ку тӗпчев ӳпке ҫинче чарӑнса тӑнӑ, мӗншӗн тесен лучевой терапи вӑхӑтӗнче пациентсем сывланӑ чухне вӗсем пысӑк деформацисемпе хусканусене тӳссе кураҫҫӗ. Ҫын ӳпкин куҫӑмне имитацилеме тӗрлӗ вӗҫлӗ элементлӑ модельсем хатӗрленӗ тата вӗсемпе усӑ курнӑ3,4,5. Анчах та этем органӗсемпе тканьӗсем кӑткӑс геометриллӗ тата вӗсем пациентран питӗ нумай килеҫҫӗ. Ҫавӑнпа та ткань эквивалентлӑ пахалӑхлӑ материалсем теори моделӗсене ҫирӗплетме, медицина сиплевне лайӑхлатма тата медицина вӗрентӗвӗн тӗллевӗпе физика моделӗсем хатӗрлеме питӗ усӑллӑ.
Ҫемҫе тканьсене имитацилекен материалсене кӑткӑс тулашри тата шалти структурӑллӑ геометрисем тума хатӗрлесси нумай тимлӗх илӗртнӗ, мӗншӗн тесен вӗсен хӑйне евӗрлӗ механика ҫыхӑнӑвӗсем тӗллевлӗ приложенисенче ҫитменлӗхсем патне илсе пыма пултараҫҫӗ6,7. Ӳпке тканӗн кӑткӑс биомеханикине моделлесси, вӑл ҫав тери ҫемҫелӗхе, ҫирӗплӗхе тата структурӑллӑ шӑтӑклӑха пӗрлештерет, этем ӳпкине тӗрӗс кӑтартакан модельсем хатӗрлес ӗҫре пысӑк йывӑрлӑх кӑларса тӑратать. Механика тата рентгенологи пахалӑхӗсене пӗрлештерни тата пӗр-пӗринпе танлаштарни ӳпке моделӗсене сиплев ӗҫӗсенче тухӑҫлӑ пурнӑҫлама питӗ кирлӗ. Хушма производство пациентсем валли ятарлӑ модельсем хатӗрлес ӗҫре витӗмлӗ пулнине кӑтартса панӑ, ҫакӑ кӑткӑс конструкцисен хӑвӑрт прототипӗсене тума май панӑ. Шин тата ыттисем. 8 3D-принтерпа пичетленӗ сывлав ҫулӗсемпе ҫӗнӗрен тума май пур, деформацилеме пултаракан ӳпке моделӗ туса хатӗрленӗ. Хаселар тата ыттисем. 9 лучевой терапи валли ӳкерчӗк пахалӑхне хаклама тата вырӑна тӗрӗслес меслетсем валли чӑн-чӑн пациентсем пекех фантом туса хатӗрленӗ. Hong et al10 3D пичет тата силикон шӑратмалли технологипе усӑ курса кӑкӑр КТ моделӗ туса хатӗрленӗ, ҫавна май тӗрлӗ ӳпке аманӑвӗсен КТ интенсивлӑхне ҫӗнӗрен ӳкерсе кӑтартнӑ, ҫапла майпа виҫе тӗрӗслӗхне хакланӑ. Анчах та ҫак прототипсене час-часах ӳпке тканӗннинчен питӗ уйрӑлса тӑракан материалсенчен тӑваҫҫӗ11.
Хальхи вӑхӑтра ӳпке фантомӗсене ытларах силиконран е полиуретан кӑпӑкӗнчен тӑваҫҫӗ, вӗсем чӑн-чӑн ӳпке паренхимин механикӑпа радиологи характеристикисемпе килӗшсе тӑмаҫҫӗ.12,13 Альгинат гидрогельсем биосовместимӑй, вӗсене ткань инженерийӗнче анлӑн усӑ курнӑ, мӗншӗн тесен вӗсен настройка тума пултаракан механика характеристикисем пур. ӳпке тканӗн ҫирӗплӗхне тата тултармалли структурине тӗрӗс имитацилени экспериментлӑ йывӑрлӑх пулса юлать.
Ку тӗпчевре ӳпке тканӗ пӗр евӗрлӗ ҫирӗп материал тесе шутланӑ. Ҫын ӳпкин ҫӑра тӑвӑрлӑхӗ (\(\:\rho\:\)) 1,06 г/см3, хӑпарса кайнӑ ӳпкен ҫӑра тӑвӑрлӑхӗ вара 0,26 г/см315. Тӗрлӗ эксперимент меслечӗсемпе усӑ курса ӳпке тканӗн Юнг модулӗн (ЮМ) хакӗсен анлӑ диапазонне илнӗ. Лай-Фук тата ыттисем. 16 ҫын ӳпкин YM-не пӗр пек инфляципе 0,42–6,72 кПа виҫнӗ. Госс тата ыттисем. 17 магнит-резонанслӑ эластографипе усӑ курнӑ та 2,17 кПа YM ҫинчен пӗлтернӗ. Лю тата ыттисем. 18 0,03–57,2 кПа тӳрремӗнех виҫнӗ YM ҫинчен пӗлтернӗ. Илегбуси тата ыттисем. 19 суйласа илнӗ пациентсенчен илнӗ 4D КТ даннӑйӗсем тӑрӑх YM 0,1–2,7 кПа пулнине хакланӑ.
Ӳпкен рентгенологи характеристикисемшӗн ӳпке тканӗ рентген пайӑркисемпе мӗнле хутшӑннине ҫырса кӑтартма темиҫе параметрпа усӑ кураҫҫӗ, вӗсен шутӗнче элементсен составӗ, электронсен ҫӑра тӑвӑрлӑхӗ (\(\:{\rho\:}_{e}\)), эффективлӑ атом номерӗ (\(\:{Z}_{eff}\)), вӑтам хумхантару энергийӗ (\(\:\)), массӑллӑх коэффициенчӗ (\(\:\mu\:/\rho\:\)) тата Хаунсфилд единици (HU), вӑл \(\:\mu\:/\rho\:\)-па тӳрремӗнех ҫыхӑннӑ.
Электронсен ҫӑра тӑвӑрлӑхӗ \(\:{\rho\:}_{e}\) пӗр калӑпӑш единици электронсен шучӗпе палӑрать, ӑна ҫапла шутлаҫҫӗ:
кунта \(\:\rho\:\) — материалӑн ҫирӗплӗхӗ g/cm3, \(\:{N}_{A}\) — Авогадро константи, \(\:{w}_{i}\) — массӑллӑ пай, \(\:{Z}_{i}\) — атом номерӗ, \(\:{A){i}\) — a i-мӗш элемент.
Атом номерӗ материал ӑшӗнчи радиаци хутшӑнӑвӗн характерӗпе тӳрремӗнех ҫыхӑннӑ. Темиҫе элементлӑ хутӑшсемпе хутӑшсемшӗн (тӗслӗхрен, пир-авӑр) эффективлӑ атом номерне \(\:{Z}_{eff}\) шутласа кӑлармалла. Формулӑна Мурти тата ыттисем сӗннӗ. 20:
Вӑтам хумхану энергийӗ \(\:I\) тӗллевлӗ материал витӗр кӗрекен пайӑркасен кинетика энергине мӗнле ҫӑмӑллӑн йышӑннине кӑтартать. Вӑл тӗллевлӗ материалӑн пахалӑхӗсене ҫеҫ ҫырса кӑтартать, пайӑркасен пахалӑхӗсемпе нимӗнле ҫыхӑну та тытмасть. \(\:I\) Брэггӑн хушӑмлӑх правилипе усӑ курса шутласа кӑларма пулать:
Массӑна чакармалли коэффициент \(\:\mu\:/\rho\:\) тӗллевлӗ материала фотонсем мӗнле кӗрсе кайнине тата энерги кӑларнине кӑтартать. Ӑна ҫак формулӑпа шутласа кӑларма пулать:
Кунта \(\:x\) — материал хулӑнӑшӗ, \(\:{I}_{0}\) — ӳкекен ҫутӑ хӑвачӗ, \(\:I\) — материала кӗрсе кайнӑ хыҫҫӑнхи фотон хӑвачӗ. \(\:\mu\:/\rho\:\) даннӑйсене тӳрремӗнех NIST 12621 стандарчӗсен справочник базинчен илме пулать. Хутӑшсемпе хутӑшсем валли \(\:\mu\:/\rho\:\) хаксене хушмалли правилӑпа усӑ курса ҫапла тупма пулать:
HU — компьютер томографийӗн (КТ) даннӑйӗсене ӑнлантарса панӑ чухне радиоплотноҫа виҫмелли стандартизациленӗ виҫесӗр единици, ӑна виҫнӗ аттенюаци коэффициенчӗнчен \(\:\mu\:\) линейнӑй майпа куҫараҫҫӗ. Ӑна ҫапла палӑртаҫҫӗ:
кунта \(\:{\mu\:}_{шыв}\) — шывӑн чакмалли коэффициенчӗ, \(\:{\mu\:}_{сывлӑш}\) — сывлӑшӑн чакмалли коэффициенчӗ. Ҫавӑнпа та (6) формулӑран эпир шывӑн HU хакӗ 0, сывлӑшӑн HU хакӗ -1000 пулнине куратпӑр. Ҫын ӳпкисен HU хакӗ -600-ран пуҫласа -70022 таран.
Темиҫе ткань эквивалентлӑ материал хатӗрленӗ. Гриффит тата ыттисем. 23 полиуретанран (PU) тунӑ этем кӗлеткин ткань эквивалентлӑ моделӗ туса хатӗрленӗ, унта тӗрлӗ концентрациллӗ кальци карбонатне (CaCO3) хушнӑ, ҫапла майпа ҫыннӑн тӗрлӗ органӗсен, ҫав шутра этем ӳпкин те, линейнӑй ҫемҫелӳ коэффициенчӗсене имитациленӗ, ҫавӑнпа та моделе Гриффит ят панӑ. Тейлор24 Лоуренс Ливермор наци лабораторийӗ (LLNL) хатӗрленӗ ӳпке тканӗн иккӗмӗш эквивалентлӑ моделӗпе паллаштарнӑ, ӑна LLLL1 тесе ят панӑ. Traub et al.25 ҫӗнӗ ӳпке тканӗн заместителӗ туса хатӗрленӗ, унта 5,25% CaCO3 хушнӑ Foamex XRS-272 ӗҫ тухӑҫлӑхне ӳстерекен япала пек усӑ курнӑ, ӑна ALT2 ят панӑ. тата 2-мӗш таблицӑсенче \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) тата этем ӳпкин (ICRU-44) тата ҫӳлти тканьсен эквивалентлӑ моделӗсен массӑллӑ чакмалли коэффициенчӗсене танлаштарнине кӑтартнӑ.
Рентгенологи енӗпе питӗ лайӑх пахалӑхсем тунӑ пулин те, фантомлӑ материалсене пурне те тенӗ пекех полистирол кӑпӑкӗнчен тӑваҫҫӗ, апла пулсан, ҫак материалсен механика пахалӑхӗсем этем ӳпкинни патне ҫывхарма пултараймаҫҫӗ. Полиуретан кӑпӑкӗн Юнг модулӗ (YM) 500 кПа яхӑн, ку вара йӗркеллӗ этем ӳпкисемпе танлаштарсан (5-10 кПа яхӑн) питӗ лайӑх мар. Çавӑнпа та чӑн-чӑн этем ӳпкин механикӑпа радиологи характеристикисене тивӗҫтерме пултаракан ҫӗнӗ материал шутласа кӑлармалла.
Гидрогельсемпе ткань инженерийӗнче анлӑ усӑ кураҫҫӗ. Унӑн тытӑмӗпе пахалӑхӗсем клетка тулашӗнчи матрицӑпа (КТМ) пӗр пек, вӗсене ҫӑмӑллӑнах йӗркелеме пулать. Ку тӗпчевре кӑпӑксем хатӗрлемелли биоматериал вырӑнне таса натрий альгинатне суйласа илнӗ. Альгинат гидрогельсем биосовместимӑй тата вӗсен йӗркеленме пултаракан механика пахалӑхӗсене пула ткань инженерийӗнче анлӑ усӑ кураҫҫӗ. Натрий альгинатӗн (C6H7NaO6)n элемент составӗ тата Ca2+ пурри унӑн радиологи пахалӑхӗсене кирлӗ пек тӳрлетме май параҫҫӗ. Ҫак йӗркелеме май пур механикӑпа радиологи характеристикисен пӗрлешӗвӗ альгинат гидрогельӗсене пирӗн тӗпчев валли питӗ юрӑхлӑ тӑвать. Паллах, альгинат гидрогельӗсен те чиккисем пур, уйрӑмах сывлав циклӗсене имитациленӗ чухне вӑрах вӑхӑтлӑх стабильлӗх тӗлӗшӗнчен. Ҫавӑнпа та ҫак ҫитменлӗхсене сирсе яма малашнехи тӗпчевсенче малалла лайӑхлатмалла тата кӗтмелле.
Ҫак ӗҫре эпир альгинат гидрогель кӑпӑк материалне туса хатӗрлерӗмӗр, унӑн rho хакӗсене, ҫирӗплӗхне тата этем ӳпкин ӳт-тирӗнни пекех радиологи пахалӑхӗсене тытса пыма пулать. Ку тӗпчев ткань евӗрлӗ фантомсем тума май паракан пӗтӗмӗшле решени парӗ, вӗсен ҫивӗчлӗхӗпе радиологи характеристикисем пур. Материалӑн пахалӑхӗсене кирек мӗнле этем ӳт-пӗвӗпе органӗ ҫине те ҫӑмӑллӑнах майлаштарма пулать.
Гидрогель кӑпӑкӗн тӗллевлӗ сывлӑшпа калӑпӑш шайлашӑвне этем ӳпкин HU диапазонне (-600-тен пуҫласа -700 таран) тӗпе хурса шутласа кӑларнӑ. Кӑпӑк сывлӑшпа синтетика альгинат гидрогельӗн ансат хутӑшӗ тесе шутланӑ. Уйрӑм элементсен ансат хушмалли правилипе усӑ курса \(\:\mu\:/\rho\:\) сывлӑшӑн калӑпӑш пайне тата синтезланӑ альгинат гидрогельӗн калӑпӑш шайлашӑвне шутласа кӑларма пулать.
Альгинат гидрогель кӑпӑкӗсене натрий альгинатпа (W201502 пай), CaCO3 (795445 пай, MW: 100.09) тата GDL (G4750 пай, MW: 178.14) усӑ курса хатӗрленӗ, вӗсене Sigma-Aldrich, St Louis, MO. 70% натрий лаурил эфир сульфатне (SLES 70) Renowned Trading LLC компанирен туяннӑ. Кӑпӑк хатӗрленӗ чухне деионизациленӗ шывпа усӑ курнӑ. Натри альгинатне пӳлӗм температуринче деионизациленӗ шывра пӗрмаях пӑтратса (600 об/мин) пӗр евӗрлӗ сарӑ витӗр курӑнакан ирӗлчӗк пуличчен ирӗлтернӗ. CaCO3 GDL-па пӗрле Ca2+ ҫӑлкуҫӗ пек усӑ курса гелировани пуҫарнӑ. SLES 70 гидрогель ӑшӗнче шӑтӑклӑ структура тума ҫиелти активлӑ япала пек усӑ курнӑ. Альгинат концентрацийӗ 5% пулнӑ, Ca2+:-COOH молярлӑ шайлашӑвӗ 0,18 пулнӑ. CaCO3:GDL молярлӑ шайлашӑва та кӑпӑк хатӗрленӗ чухне 0,5 шайра тытса тӑнӑ, ҫапла майпа нейтраллӑ рН тытса тӑнӑ. Хакӗ 26. Пур пробӑна та SLES 70 калӑпӑшӗпе 2% хушнӑ. Ирӗлчӗкпе сывлӑш хутӑшнин шайлашӑвне тӗрӗслесе тӑма хупӑллӑ стаканпа усӑ курнӑ. Стаканӑн пӗтӗмӗшле калӑпӑшӗ 140 мл пулнӑ. Теориллӗ шутлав результачӗсем тӑрӑх стакана сывлӑшпа хутӑштарма тӗрлӗ калӑпӑшлӑ хутӑша (50 мл, 100 мл, 110 мл) хушнӑ. Хутӑшӑн 50 мл пробине ҫителӗклӗ сывлӑшпа хутӑштарма хатӗрленӗ, ытти икӗ пробӑри сывлӑш калӑпӑшӗн шайлашӑвне вара тӗрӗсленӗ. Малтанах альгинат ирӗлчӗкне SLES 70 хушнӑ та электричество пӑтратмалли хатӗрпе пӗтӗмпех хутӑшиччен пӑтратнӑ. Унтан хутӑша CaCO3 суспензине хушнӑ та хутӑш пӗтӗмпех хутӑшса ҫитичченех, унӑн тӗсӗ шурӑ тӗспе улшӑниччен, пӗр чарӑнмасӑр пӑтратнӑ. Юлашкинчен, хутӑша GDL ирӗлчӗкне хушса желеобразовани пуҫарнӑ, ҫак процесс тӑршшӗпех механикӑлла пӑтратӑва тытса пынӑ. хутӑш 50 мл пулнӑ пробӑшӑн хутӑш калӑпӑшӗ улшӑнма пӑрахсан механикӑлла пӑтратма чарӑннӑ. 100 мл тата 110 мл хутӑшлӑ пробӑсемшӗн хутӑш стакан тулсан механикӑлла пӑтратма чарӑннӑ. Эпир ҫавӑн пекех 50 мл-ран пуҫласа 100 мл таран калӑпӑшлӑ гидрогель кӑпӑкӗсем хатӗрлеме тӑрӑшрӑмӑр. Анчах та кӑпӑкӑн структурӑллӑ стабиллӗ марлӑхне асӑрханӑ, мӗншӗн тесен вӑл сывлӑша пӗтӗмпех хутӑштарнӑ тата сывлӑш калӑпӑшне тытса тӑракан шай хушшинче улшӑнса тӑнӑ, ҫакӑ вара калӑпӑша тӗрӗслесе тӑман шайра пулнӑ. Ҫак стабиллӗ марлӑх шутлавсене шанчӑксӑрлӑх кӗртнӗ, ҫавӑнпа та ҫак калӑпӑш диапазонне ҫак тӗпчеве кӗртмен.
Гидрогель кӑпӑкӗн \(\:\rho\:\) ҫӑра тӑвӑрлӑхне гидрогель кӑпӑкӗн пробин массине \(\:m\) тата калӑпӑшне \(\:V\) виҫсе шутлаҫҫӗ.
Гидрогель кӑпӑкӗсен оптика микроскопи ӳкерчӗкӗсене Zeiss Axio Observer A1 камерӑпа усӑ курса тунӑ. ImageJ программӑпа усӑ курса илнӗ ӳкерчӗксем тӑрӑх пӗр-пӗр лаптӑкри пробӑри шӑтӑксен шутне тата пысӑкӑшӗн пайланӑвне шутласа кӑларнӑ. Шӑтӑксен форми ҫаврашка тесе шутлаҫҫӗ.
Альгинат гидрогель кӑпӑкӗсен механика характеристикисене тӗпчес тӗллевпе TESTRESOURCES 100 серийӗнчи машинӑпа усӑ курса пӗр тӗвӗллӗ пусӑм тӗрӗслевӗсем туса пӑхнӑ. Тӗслӗхсене тӳркӗтеслӗ блоксем ҫине касса илнӗ те, пусӑмсемпе деформацисене шутласа кӑларма блок виҫисене виҫнӗ. Хӗреслӗ пуҫ хӑвӑртлӑхне 10 мм/мин лартнӑ. Кашни проба валли виҫшер проба тӗрӗсленӗ, результатсем тӑрӑх вӑтам тата стандартлӑ пӑрӑнӑҫа шутласа кӑларнӑ. Ку тӗпчевре альгинат гидрогель кӑпӑкӗсен пусӑрӑнчӑк механика характеристикисем ҫинче чарӑнса тӑнӑ, мӗншӗн тесен ӳпке тканӗ сывлав циклӗн пӗр-пӗр тапхӑрӗнче пусӑрӑнчӑк вӑйсене лекет. Тӑсӑмлӑх, паллах, питӗ кирлӗ, уйрӑмах ӳпке тканӗн тулли динамика тыткаларӑшне кӑтартса пама тата ҫакна малашнехи тӗпчевсенче тӗпчесе пӗлӗпӗр.
Хатӗрленӗ гидрогель кӑпӑкӗн пробисене Siemens SOMATOM Drive икӗ каналлӑ КТ сканерӗ ҫинче сканерланӑ. Сканировани параметрӗсене ҫапла лартнӑ: 40 мАс, 120 кВп тата 1 мм хулӑнӑш татӑк. Ҫак DICOM файлсене MicroDicom DICOM Viewer программӑпа усӑ курса кашни тӗслӗхӗн 5 татӑкӗн HU хакӗсене тишкернӗ. КТ мелӗпе илнӗ HU хакӗсене пробӑсен ҫӑра даннӑйӗсем тӑрӑх теориллӗ шутлавсемпе танлаштарнӑ.
Ҫак ӗҫӗн тӗллевӗ — ҫемҫе материалсем хатӗрлесе уйрӑм органсен моделӗсене тата искусствӑлла биологи тканӗсене туса кӑларассине революцилесси. Ҫын ӳпкин ӗҫ механикине тивӗҫтерекен механика тата рентгенологи пахалӑхлӑ материалсем хатӗрлесси медицина вӗрентӗвне, хирурги планне тата лучевой терапи планне лайӑхлатасси пек тӗллевлӗ ӗҫсемшӗн пӗлтерӗшлӗ. 1А ӳкерчӗкре эпир этем ӳпкин моделӗсене тума усӑ курнӑ ҫемҫе материалсен механикӑпа радиологи характеристикисем хушшинчи уйрӑмлӑха ӳкертӗмӗр. Паянхи кун тӗлне кирлӗ радиологи пахалӑхӗсене кӑтартакан материалсем хатӗрленӗ, анчах вӗсен механика пахалӑхӗсем кирлӗ требованисене тивӗҫтермеҫҫӗ. Полиуретан кӑпӑкӗпе резина — этем ӳпкин деформациллӗ моделӗсене тума чи анлӑ усӑ куракан материалсем. Полиуретан кӑпӑкӗн (Юнг модулӗ, YM) механика пахалӑхӗсем, йӑлана кӗнӗ тӑрӑх, этем ӳпкин йӗркеллӗ тканьӗнчен 10-100 хут пысӑкрах. Кирлӗ механика тата радиологи пахалӑхӗсене кӑтартакан материалсем хальлӗхе паллӑ мар-ха.
(А) Тӗрлӗ ҫемҫе материалсен пахалӑхӗсене схематикӑлла кӑтартни тата ҫын ӳпкипе танлаштарни ҫӑра, Юнг модулӗ тата рентгенологи пахалӑхӗсем тӗлӗшӗнчен (HU-ра). (B) 5% концентрациллӗ тата 0,18 Ca2+:-COOH молярлӑ шайлашуллӑ \(\:\mu\:/\rho\:\) альгинат гидрогельӗн рентген дифракцийӗн ӳкерчӗкӗ. (C) Гидрогель кӑпӑкӗсенчи сывлӑш калӑпӑшӗн шайлашӑвӗн диапазонӗ. (D) Сывлӑш калӑпӑшӗн тӗрлӗ шайлашӑвӗллӗ альгинат гидрогель кӑпӑкӗсен схематикӑллӑ кӑтартӑвӗ.
5% концентрациллӗ тата 0,18 Ca2+:-COOH молярлӑ шайлашуллӑ альгинат гидрогельсен элементлӑ составне шутласа кӑларнӑ, результатсене 3-мӗш таблицӑра кӑтартнӑ. 1Б.
Сывлӑшпа шывӑн \(\:\mu\:/\rho\:\) хакӗсене тӳрремӗнех NIST 12612 стандарчӗсен справочник базинчен илнӗ. Ҫапла вара, 1С ӳкерчӗкре ҫын ӳпкишӗн -600 тата -700 хушшинчи HU эквиваленчӗллӗ гидрогель кӑпӑкӗсенчи сывлӑш калӑпӑшӗн шутласа кӑларнӑ шайлашӑвӗсене кӑтартнӑ. Теори тӗлӗшӗнчен шутласа кӑларнӑ сывлӑш калӑпӑшӗн шайлашӑвӗ 1 × 10−3-ран пуҫласа 2 × 101 МэВ таранхи энерги диапазонӗнче 60–70% хушшинче стабильлӗ, ҫакӑ гидрогель кӑпӑкӗпе аяларахри производство процесӗсенче усӑ курма лайӑх май пуррине кӑтартать.
1D ӳкерчӗкре хатӗрленӗ альгинат гидрогель кӑпӑкӗн тӗслӗхне кӑтартнӑ. Пур пробӑсене те 12,7 мм тӑршшӗ хӗрриллӗ кубиксем туса каснӑ. Результатсем пӗр евӗрлӗ, виҫӗ виҫеллӗ ҫирӗп гидрогель кӑпӑкӗ пулса тӑнине кӑтартнӑ. Сывлӑш калӑпӑшӗн шайлашӑвне пӑхмасӑрах, гидрогель кӑпӑкӗсен сӑн-сӑпатӗнче пысӑк уйрӑмлӑхсем пулман. Гидрогель кӑпӑкӗн хӑйне хӑй тытса тӑракан характерӗ гидрогель ӑшӗнче пулса кайнӑ сеть кӑпӑк йывӑрӑшне тытса тӑма ҫителӗклӗ ҫирӗп пулнине пӗлтерет. Кӑпӑкран шыв кӑштах юхса тухнисӗр пуҫне, кӑпӑк темиҫе эрне хушши вӑхӑтлӑха ҫирӗп тӑнӑ.
Кӑпӑк пробин массипе калӑпӑшне виҫсе хатӗрленӗ гидрогель кӑпӑкӗн \(\:\rho\:\) ҫӑра тӑвӑрлӑхне шутласа кӑларнӑ, результатсене 4-мӗш таблицӑра кӑтартнӑ. мл пробӑпа ҫителӗклӗ сывлӑш хутӑштарсан, ҫӑра тӑвӑрлӑхӗ чи пӗчӗкки пулать, вӑл 0,482 г/см3 пулать. Хутӑш сывлӑш виҫи чакнӑ май унӑн ҫӑра 0,685 г/см3 таран ӳсет. мл, 100 мл тата 110 мл ушкӑнсем хушшинчи чи пысӑк p хакӗ 0,004 < 0,05 пулнӑ, ҫакӑ результатсен статистика пӗлтерӗшне кӑтартать.
Теориллӗ \(\:\rho\:\) хакне те тӗрӗслесе тӑракан сывлӑш калӑпӑшӗн шайлашӑвӗпе усӑ курса шутлаҫҫӗ. Виҫнӗ кӑтартусем ҫакна кӑтартаҫҫӗ: \(\:\rho\:\) теори хакӗнчен 0,1 г/см3 пӗчӗкрех. Ҫак уйрӑмлӑха гелевой процесс вӑхӑтӗнче гидрогельре пулакан шалти стресспа ӑнлантарма пулать, ҫакӑ вара шыҫӑва кӑларса тӑратать, ҫапла вара \(\:\rho\:\) чакать. Ҫакна 2-мӗш ӳкерчӗкре (А, В тата С) кӑтартнӑ КТ ӳкерчӗкӗсенче гидрогель кӑпӑкӗ ӑшӗнчи хӑш-пӗр хушӑксене сӑнани татах та ҫирӗплетрӗ.
Тӗрлӗ сывлӑш калӑпӑшӗллӗ гидрогель кӑпӑкӗсен оптика микроскопийӗн ӳкерчӗкӗсем (А) 50, (В) 100 тата (В) 110. Альгинат гидрогель кӑпӑкӗн тӗслӗхӗсенчи клеткӑсен шучӗ тата шӑтӑксен калӑпӑшӗн пайланӑвӗ (Г) 50, (Е) 100, (Е) 110.
3-мӗш ӳкерчӗкре (А, В, С) сывлӑш калӑпӑшӗн тӗрлӗ шайлашӑвӗллӗ гидрогель кӑпӑкӗн пробисен оптика микроскопӗн ӳкерчӗкӗсене кӑтартнӑ. Результатсем гидрогель кӑпӑкӗн оптика тытӑмне кӑтартаҫҫӗ, тӗрлӗ диаметрлӑ шӑтӑксен ӳкерчӗкӗсене уҫҫӑн кӑтартаҫҫӗ. Шӑтӑксен шучӗпе диаметрӗн пайланӑвне ImageJ меслечӗпе шутласа кӑларнӑ. Кашни проба валли ултӑ ӳкерчӗк тунӑ, кашни ӳкерчӗкӗн калӑпӑшӗ 1125,27 мкм × 843,96 мкм пулнӑ, кашни проба валли анализланӑ пӗтӗмӗшле лаптӑк 5,7 мм2 пулнӑ.
(А) Сывлӑш калӑпӑшӗн тӗрлӗ шайлашӑвӗллӗ альгинат гидрогель кӑпӑкӗсен пусӑрӑнчӑк пусӑм-деформаци тыткаларӑшӗ. (B) Экспоненциаллӑ шайлашу. (C) Сывлӑш калӑпӑшӗн тӗрлӗ шайлашӑвӗллӗ гидрогель кӑпӑкӗсен E0 пусӑрӑнӑвӗ. (D) Сывлӑш калӑпӑшӗн тӗрлӗ шайлашӑвӗллӗ альгинат гидрогель кӑпӑкӗсен юлашки пусӑм пусӑмӗпе деформацийӗ.
3-мӗш ӳкерчӗкре (D, E, F) шӑтӑксен калӑпӑшӗ пӗр пек пулнине кӑтартнӑ, вӑл вуншар микрометртан пуҫласа 500 микрометр таран. Шӑтӑксен калӑпӑшӗ тӗпрен илсен пӗр пек, сывлӑш калӑпӑшӗ чакнӑ май вӑл кӑштах чакать. Тӗрӗслев кӑтартӑвӗсем тӑрӑх, 50 мл пробӑн вӑтам шӑтӑк калӑпӑшӗ 192,16 мкм, медиана 184,51 мкм, пӗр лаптӑкри шӑтӑксен шучӗ 103; 100 мл пробӑн вӑтам шӑтӑк калӑпӑшӗ 156,62 мкм, медиана 151,07 мкм, пӗр лаптӑкри шӑтӑксен шучӗ 109; 110 мл пробӑн тивӗҫлӗ хакӗсем 163,07 мкм, 150,29 мкм тата 115. Даннӑйсем ҫакна кӑтартаҫҫӗ: пысӑкрах шӑтӑксем вӑтам шӑтӑксен калӑпӑшӗн статистика кӑтартӑвӗсем ҫине пысӑкрах витӗм кӳреҫҫӗ, шӑтӑксен вӑтам калӑпӑшӗ вара шӑтӑксен калӑпӑшӗн улшӑнӑвӗн юхӑмне лайӑхрах кӑтартса пама пултарать. Проба калӑпӑшӗ 50 мл-ран 110 мл таран ӳснӗ май шӑтӑксен шучӗ те ӳсет. Вӑтам шӑтӑксен диаметрӗпе шӑтӑксен шучӗн статистика кӑтартӑвӗсене пӗрлештерсе ҫакна пӗтӗмлетме пулать: калӑпӑш ӳснӗ май проба ӑшӗнче пӗчӗкрех калӑпӑшлӑ шӑтӑксем ытларах пулса тӑраҫҫӗ.
Механика тӗрӗслевӗн даннӑйӗсене 4А тата 4D ӳкерчӗксенче кӑтартнӑ. 4А ӳкерчӗкре сывлӑш калӑпӑшӗн тӗрлӗ шайлашӑвӗллӗ хатӗрленӗ гидрогель кӑпӑкӗсен пусӑрӑнчӑк пусӑм-деформаци тыткаларӑшне кӑтартнӑ. Результатсем пур пробӑсен те пӗр пек линейнӑй мар стресс-деформаци тыткаларӑшӗ пуррине кӑтартаҫҫӗ. Кашни пробӑшӑн стресс ӳснӗ май хӑвӑртрах ӳсет. Гидрогель кӑпӑкӗн пусӑрӑнчӑк пусӑм-деформаци тыткаларӑшне экспоненциаллӑ кукӑр лартнӑ. 4В ӳкерчӗкре экспоненциаллӑ функцие гидрогель кӑпӑкӗ ҫине ҫывхартмалли модель пек усӑ курнӑ хыҫҫӑнхи результатсене кӑтартнӑ.
Сывлӑш калӑпӑшӗн тӗрлӗ шайлашӑвӗллӗ гидрогель кӑпӑкӗсемшӗн вӗсен пусӑм модулне (Е0) те тӗпченӗ. Гидрогельсене тишкернӗ пекех, пусӑрӑнчӑк Юнг модулне 20% пуҫламӑш деформаци диапазонӗнче тӗпченӗ. Компресси тӗрӗслевӗсен кӑтартӑвӗсене 4С ӳкерчӗкре кӑтартнӑ. 4С ӳкерчӗкри кӑтартусем ҫакна кӑтартаҫҫӗ: сывлӑш калӑпӑшӗн шайлашӑвӗ 50-мӗш пробӑран 110-мӗш пробӑна ҫитиччен чакнӑ май альгинат гидрогель кӑпӑкӗн пусӑрӑнчӑк Юнг модулӗ E0 10,86 кПа-ран 18 кПа таран ӳсет.
Ҫавӑн пекех гидрогель кӑпӑкӗсен пӗтӗмӗшле пусӑм-деформаци кукӑрӗсене, ҫавӑн пекех юлашки пусӑм пусӑмӗпе деформаци хакӗсене илнӗ. 4D ӳкерчӗкре альгинат гидрогель кӑпӑкӗсен юлашки пусӑм пусӑмӗпе деформацийӗ кӑтартнӑ. Кашни даннӑй пункчӗ — виҫӗ тӗрӗслев результачӗн вӑтам кӑтартӑвӗ. Результатсем ҫакна кӑтартаҫҫӗ: газ шайӗ чакнӑ май юлашки пусӑм пусӑмӗ 9,84 кПа-ран 17,58 кПа таран ӳсет. Юлашки штамм 38% яхӑн ҫирӗп тӑрать.
2-мӗш ӳкерчӗкре (А, В тата С) 50, 100 тата 110-мӗш пробӑсене тивӗҫлӗ сывлӑш калӑпӑшӗн тӗрлӗ шайлашӑвӗллӗ гидрогель кӑпӑкӗсен КТ ӳкерчӗкӗсене кӑтартнӑ. Сӑнӳкерчӗксем ҫакна кӑтартаҫҫӗ: йӗркеленнӗ гидрогель кӑпӑкӗ пӗр евӗрлӗ тенӗ пекех. 100-мӗш тата 110-мӗш пробӑсенче сахал хушӑксем асӑрханӑ. Ҫак хушӑксем пулса кайни гелевой процесра гидрогельте пулакан шалти стресспа ҫыхӑннӑ пулма пултарать. Эпир кашни тӗслӗхӗн 5 татӑкӗ валли HU хакӗсене шутласа кӑлартӑмӑр та вӗсене 5-мӗш таблицӑра тивӗҫлӗ теориллӗ шутлав результачӗсемпе пӗрле кӑтартрӑмӑр.
5-мӗш таблицӑра сывлӑш калӑпӑшӗн тӗрлӗ шайлашӑвӗллӗ пробӑсем тӗрлӗ HU хакӗсене илнине кӑтартнӑ. мл, 100 мл тата 110 мл ушкӑнсем хушшинчи чи пысӑк p хакӗ 0,004 < 0,05 пулнӑ, ҫакӑ результатсен статистика пӗлтерӗшне кӑтартать. Тӗрӗсленӗ виҫӗ пробӑран 50 мл хутӑшлӑ пробӑн рентгенологи характеристикисем этем ӳпкиннипе ҫывӑхрах пулнӑ. 5-мӗш таблицӑн юлашки колонки — виҫнӗ кӑпӑк хакӗ \(\:\rho\:\) тӑрӑх теориллӗ шутлавпа илнӗ результат. Виҫнӗ кӑтартусене теори кӑтартӑвӗсемпе танлаштарсан, КТ сканерӗпе илнӗ ГУ хакӗсем пӗтӗмӗшле илсен теори кӑтартӑвӗсем патне ҫывӑх пулнине тупма пулать, ҫакӑ вара 1С ӳкерчӗкри сывлӑш калӑпӑшӗн шайлашӑвне шутласа кӑларнӑ кӑтартусене ҫирӗплетет.
Ҫак ӗҫӗн тӗп тӗллевӗ — этем ӳпкиннипе танлаштарма пултаракан механикӑпа радиологи пахалӑхлӑ материал тӑвасси. Ҫак тӗллеве гидрогель никӗсӗ ҫинче тунӑ материал хатӗрлесе пурнӑҫланӑ, унӑн ткань эквивалентлӑ механика тата радиологи пахалӑхӗсем этем ӳпкиннипе май килнӗ таран ҫывӑхрах пулнӑ. Теори шутлавӗсемпе усӑ курса, сывлӑш калӑпӑшӗн тӗрлӗ шайлашӑвӗллӗ гидрогель кӑпӑкӗсене натрий альгинат ирӗлчӗкне, CaCO3, GDL тата SLES 70 механически хутӑштарса хатӗрленӗ. Морфологи анализӗ пӗр евӗрлӗ виҫӗ виҫеллӗ стабильлӗ гидрогель кӑпӑкӗ пулса тӑнине кӑтартнӑ. Сывлӑш калӑпӑшӗн шайлашӑвне улӑштарса кӑпӑкӑн ҫӑра тата шӑтӑклӑхне ирӗклӗн улӑштарма пулать. Сывлӑш калӑпӑшӗ ӳснӗ май шӑтӑксен калӑпӑшӗ кӑштах чакать, шӑтӑксен шучӗ ӳсет. Альгинат гидрогель кӑпӑкӗсен механика пахалӑхӗсене тишкерме компресси тӗрӗслевӗсем туса пынӑ. Результатсем ҫакна кӑтартнӑ: пусӑрӑну тӗрӗслевӗсенчен илнӗ пусӑм модулӗ (Е0) этем ӳпкисемшӗн идеаллӑ диапазонра. Сывлӑш калӑпӑшӗн шайлашӑвӗ чакнӑ май E0 ӳсет. Хатӗрленӗ пробӑсен рентгенологи пахалӑхӗсен (РХ) хакӗсене пробӑсен КТ даннӑйӗсем тӑрӑх илнӗ тата теори шутлавӗсен результачӗсемпе танлаштарнӑ. Кӑтартусем лайӑх пулчӗҫ. Виҫнӗ хак та этем ӳпкин HU хакне ҫывӑх. Результатсем ҫакна кӑтартаҫҫӗ: этем ӳпкин пахалӑхӗсене аса илтерекен механикӑпа радиологи пахалӑхӗсен идеаллӑ комбинацийӗпе тканьсене имитацилекен гидрогель кӑпӑкӗсем тума май пур.
Шанчӑклӑ результатсем пулин те, хальхи вӑхӑтри фабрикаци меслечӗсене лайӑхлатмалла, ҫапла майпа сывлӑш калӑпӑшӗн шайлашӑвне тата шӑтӑклӑха лайӑхрах тӗрӗслесе тӑмалла, ҫапла майпа теори шутлавӗсемпе тата чӑн-чӑн этем ӳпкипе пӗтӗм тӗнчери тата вырӑнти масштабсенчи прогнозсемпе килӗшмелле. Хальхи тӗпчев ҫавӑн пекех пусӑм механикине тӗрӗслессипе ҫеҫ чикӗленет, ҫакӑ вара фантомӑн сывлав циклӗн пусӑм тапхӑрӗнче усӑ курма май пуррине чикӗлет. Малашнехи тӗпчевсем туртӑм тӗрӗслевӗсене тата материалӑн пӗтӗмӗшле механика ҫирӗплӗхне тӗпчесе пӗлни усӑллӑ пулӗччӗҫ, ҫапла майпа динамика нагрузки условийӗсенче ӑна мӗнле усӑ курма пултарнине хаклама пулать. Ҫак ҫитменлӗхсене пӑхмасӑрах, тӗпчев ҫын ӳпкине аса илтерекен пӗр материалта радиологипе механика пахалӑхӗсене пӗрлештерме пӗрремӗш хут ӑнӑҫлӑ хӑтланнине палӑртать.
Хальхи тӗпчев вӑхӑтӗнче йӗркеленӗ тата/е тишкернӗ даннӑйсен пуххисене тивӗҫлӗ автортан тивӗҫлӗ ыйтупа илме пулать. Экспериментсем те, даннӑйсен пуххисем те ҫӗнӗрен тума пултараҫҫӗ.
Сонг, Г., тата ыттисем. Ҫӗнӗ нанотехнологисем тата рак чирӗсене лучевой терапи валли ҫӗнӗ материалсем. Адв. Матер. 29, 1700996. https://doi.org/10.1002/adma.201700996 (2017).
Кил, П. Дж. тата ыттисем. Радиаци онкологийӗнче сывлав хусканӑвӗсене йӗркелесе тӑрас енӗпе ӗҫлекен AAPM 76a ӗҫ ушкӑнӗн доклачӗ. Мед. Физ. 33, 3874–3900. https://doi.org/10.1118/1.2349696 (2006).
Аль-Мая, А., Мозели, Дж., тата Брок, К. К. Ҫын ӳпкинче интерфейс тата материал линейнӑй марлӑхне моделлесси. Физика тата медицина тата биологи 53, 305–317. https://doi.org/10.1088/0031-9155/53/1/022 (2008).
Ван, Х., тата ыттисем. 3D биопринтингпа тунӑ шыҫӑ евӗрлӗ ӳпке ракӗн моделӗ. 3. Биотехнологи. 8 https://doi.org/10.1007/s13205-018-1519-1 (2018).
Ли, М., тата ыттисем. Ӳпке деформацине моделлесси: деформацилеме пултаракан ӳкерчӗксене регистрацилемелли меслетсемпе тата Юнг модулӗн уҫлӑхра улшӑнакан хаклавне пӗрлештерекен меслет. Мед. Физ. 40, 081902. https://doi.org/10.1118/1.4812419 (2013).
Гимарайнс, К.Ф. тата ыттисем. Чӗрӗ ткань хытӑлӑхӗ тата унӑн ткань инженерийӗшӗн пӗлтерӗшӗ. Ҫутҫанталӑк тишкерӗвӗсем материалсем тата тавралӑх 5, 351–370 (2020).