Pagyamanan iti panagbisita iti nature.com. Ti bersion ti browser nga us-usarenmo ket addaan iti limitado a suporta ti CSS. Para iti kasayaatan a padas, irekomendarmi ti panagusar iti kaudian a bersion ti browser (wenno iddepen ti compatibility mode iti Internet Explorer). Mainayon pay, tapno masigurado ti agtultuloy a suporta, daytoy a site ket saan a mangiraman kadagiti estilo wenno JavaScript.
Ti panaggaraw dagiti organo ken tisyu ket mabalin nga agtungpal kadagiti biddut iti pannakaisaad dagiti X-ray bayat ti radiotherapy. Gapuna, dagiti material nga addaan kadagiti katupag ti tisyu a mekanikal ken radiolohiko a tagikua ket kasapulan tapno matulad ti panaggaraw ti organo para iti pannakapasayaat ti radiotherapy. Nupay kasta, agtalinaed a karit ti panangpataud kadagita a material. Dagiti alginate hydrogel ket addaan kadagiti tagikua a kapada dagitoy ti ekstraselular a matrix, a mamagbalin kadagitoy a nainkari a kas dagiti material a katupag ti tisyu. Iti daytoy a panagadal, dagiti alginate hydrogel foams nga addaan kadagiti tarigagayan a mekanikal ken radiolohiko a tagikua ket nasintisisar babaen ti in situ a pannakairuar ti Ca2+. Ti ratio ti angin-iti-tomo ket siaannad a nakontrol tapno makagun-od kadagiti hydrogel foam nga addaan kadagiti naikeddeng a mekanikal ken radiolohiko a tagikua. Ti makro- ken mikromorpolohia dagiti material ket nailasin, ken ti kababalin dagiti hidrogel a foam iti sidong ti panagkompresion ket naadal. Dagiti radiolohiko a tagikua ket nakarkulo a teoretikal ken naberipika iti eksperimental babaen ti panagusar ti kompiuter a tomograpia. Daytoy a panagadal ket mangted lawag iti masakbayan a panagrang-ay dagiti materiales a katupag ti tisyu a mabalin a mausar para iti radiation dose optimization ken quality control bayat ti radiotherapy.
Ti radiation therapy ket gagangay a panangagas iti kanser1. Ti panaggaraw dagiti organo ken tisyu ket masansan nga agtungpal kadagiti biddut iti pannakaisaad dagiti X-ray bayat ti radiation therapy2, a mabalin nga agresulta iti saan unay a pannakaagas ti tumor ken nalabes a pannakaisarang dagiti aglawlaw a nasalun-at a selula iti di kasapulan a radiasion. Ti abilidad a mangipadto iti panaggaraw dagiti organo ken tisyu ket kritikal tapno mapabassit dagiti biddut ti lokalisasion ti tumor. Naipamaysa daytoy a panagadal kadagiti bara, tangay agpasarda kadagiti nakapatpateg a depormasion ken panaggaraw no aganges dagiti pasiente bayat ti radiation therapy. Nadumaduma a modelo ti finite element ti naaramid ken naipakat tapno matulad ti panaggaraw ti bara ti tao3,4,5. Nupay kasta, dagiti organo ken tisyu ti tao ket addaan kadagiti komplikado a heometria ken agpannuray unay iti pasiente. Gapuna, dagiti material nga addaan kadagiti tisyu-a katupag a tagikua ket makatulong unay para iti panagpataud kadagiti pisikal a modelo tapno mangbalido kadagiti teoretiko a modelo, mangpasayaat ti napasayaat a medikal a panagagas, ken para kadagiti panggep ti medikal nga edukasion.
Ti panagrang-ay dagiti nalukneng a tisyu-a-mangtulad a materiales tapno magun-od dagiti komplikado nga akinruar ken akin-uneg nga estruktural a heometria ket nakaawis ti adu nga atension gapu ta dagiti nainkasigudan a mekanikal a saan a panagtutunosda ket mabalin a mangiturong kadagiti pannakapaay kadagiti target nga aplikasion6,7. Ti panagmodelo ti komplikado a biomechanics ti tisyu ti bara, a mangtipon ti nalabes a kinalukneng, kinalalaki, ken estruktural a porosidad, ket mangpataud ti dakkel a karit iti panagpataud kadagiti modelo nga umiso a mangpataud manen ti bara ti tao. Ti panagtipon ken panagtunos dagiti mekanikal ken radiolohiko a tagikua ket kritikal para iti epektibo a panagaramid dagiti modelo ti bara kadagiti therapeutiko a panagserrek. Napaneknekan nga epektibo ti panagpataud iti additive iti panangpataud kadagiti modelo nga espesipiko iti pasiente, a mangpabalin iti napartak a panagprototipo kadagiti komplikado a disenio. Shin ken dagiti kakaduana. 8 ket nangaramid iti maulit, maporma a modelo ti bara nga addaan kadagiti 3D-a naimaldit a dalan ti angin. Haselaar ken dagiti kakaduana. 9 ket nangaramid ti phantom nga umasping unay kadagiti pudno a pasiente para iti panangtingiting ti kalidad ti ladawan ken dagiti pamay-an ti panangpaneknek ti posision para iti radiotherapy. Ni Hong et al10 ket nangaramid ti modelo ti CT ti barukong babaen ti panagusar ti 3D a panagimprenta ken teknolohia ti silicone casting tapno mangpataud manen ti kapigsa ti CT dagiti nadumaduma a sugat ti bara tapno matingiting ti kinaumiso ti panagkuantipika. Nupay kasta, dagitoy a prototype ket masansan a naaramid kadagiti materiales a dagiti epektibo a tagikua ket naiduma unay kadagiti tisyu ti bara11.
Iti agdama, kaaduan kadagiti lung phantoms ket naaramid iti silicone wenno polyurethane foam, a saan a maitunos kadagiti mekanikal ken radiolohiko a tagikua ti pudno a parenchyma ti bara.12,13 Dagiti alginate hydrogels ket biocompatible ken nasaknap a naus-usar iti inhenieria ti tisyu gapu kadagiti maituno a mekanikal a tagikua.14 Nupay kasta, ti panangpataud manen ti ultra-nalukneng, kasla foam a kinapasnek a kasapulan para iti maysa a phantom nga umiso a mangtulad iti kinalalaki ken pannakapunno ti estruktura ti tisyu ti bara ket agtalinaed a maysa nga eksperimental a karit.
Iti daytoy a panagadal, naipagarup a ti tisyu ti bara ket maysa a homoheno nga elastiko a material. Ti densidad ti tisyu ti bara ti tao (\(\:\rho\:\)) ket naipadamag a 1.06 g/cm3, ken ti densidad ti napalangguad a bara ket 0.26 g/cm315. Ti nasaknap a sakop ti Young’s modulus (MY) a pateg ti tisyu ti bara ket nagun-od babaen ti panagusar kadagiti nadumaduma nga eksperimental a pamay-an. Lai-Fook ken dagiti kakaduana. 16 ket nangrukod ti YM ti bara ti tao nga addaan iti agpapada nga implasion a kas 0.42–6.72 kPa. Goss ken dagiti kakaduana. 17 ti nagusar iti magnetic resonance elastography ken nangipadamag iti YM a 2.17 kPa. Liu ken dagiti kakaduana. 18 ket nangipadamag ti direkta a nasukatan a YM iti 0.03–57.2 kPa. Ilegbusi ken dagiti kakaduana. 19 ket nagpattapatta ti YM a kas 0.1–2.7 kPa a naibatay kadagiti datos ti 4D CT a naala manipud kadagiti napili a pasiente.
Para kadagiti radiolohiko a tagikua ti bara, dagiti sumagmamano a parametro ket naus-usar a mangiladawan ti panagtitinnulong a kababalin ti tisyu ti bara kadagiti X-ray, a mairaman ti elemental a komposision, ti densidad ti elektron (\(\:{\rho\:}_{e}\)), epektibo nga atomiko a numero (\(\:{Z}_{eff}\)), ti kaibuksilan nga enerhia ti panagpukaw (\(\:I\)), koepisiente ti panagpabassit ti masa (\(\:\mu\:/\rho\:\)) ken ti yunit ti Hounsfield (HU), a direkta a mainaig iti \(\:\mu\:/\rho\:\).
Ti densidad ti elektron \(\:{\rho\:}_{e}\) ket naikeddeng a kas ti bilang dagiti elektron iti tunggal maysa a yunit a tomo ken nakuenta a kas ti sumaganad:
no sadino a ti \(\:\rho\:\) ket ti densidad ti material iti g/cm3, ti \(\:{N}_{A}\) ket ti konstante ti Avogadro, ti \(\:{w}_{i}\) ket ti masa a paset, ti \(\:{Z}_{i}\) ket isu ti atomiko a numero, ken ti \(\:{A}_{i}\) ket isu ti atomiko a dagsen ti maika-i nga elemento.
Ti atomiko a numero ket direkta a nainaig iti kinatao ti panagtitinnulong ti radiasion iti uneg ti material. Para kadagiti kompuesto ken naglaok a naglaon kadagiti sumagmamano nga elemento (kas pagarigan, dagiti tela), ti epektibo nga atomiko a numero \(\:{Z}_{eff}\) ket masapul a mabilang. Ti pormula ket insingasing babaen ni Murthy et al. 20:
Ti promedio nga enerhia ti panagpukaw a \(\:I\) ket mangiladawan no kasano kalalaka a ti puntiria a material ket agsepen ti kinetiko nga enerhia dagiti sumrek a partikula. Daytoy ket mangiladawan laeng kadagiti tagikua ti puntiria a material ken awan ti pakainaiganna kadagiti tagikua dagiti partikulo. Ti \(\:I\) ket mabalin a mabilang babaen ti panangipakat ti pagannurotan ti panagnayon ni Bragg:
Ti koepisiente ti panagpabassit ti masa a \(\:\mu\:/\rho\:\) ket mangiladawan ti panagserrek ken pannakairuar ti enerhia dagiti poton iti puntiria a material. Mabalin a mabilang dayta babaen ti panangusar iti sumaganad a pormula:
No sadino a ti \(\:x\) ket ti kapuskol ti material, ti \(\:{I}_{0}\) ket ti insidente a kapigsa ti lawag, ken ti \(\:I\) ket ti kapigsa ti poton kalpasan ti iseserrek iti material. \(\:\mu\:/\rho\:\) ti datos ket mabalin a magun-od a direkta manipud iti NIST 12621 a Reperensia a Database ti Pagalagadan. Dagiti pateg ti \(\:\mu\:/\rho\:\) para kadagiti naglaok ken kompuesto ket mabalin a maadaw babaen ti panagusar ti pagannurotan ti panagnayon a kas ti sumaganad:
Ti HU ket maysa nga estandarte nga awan dimensionna a yunit ti panagrukod ti radiodensidad iti panangipalawag ti datos ti nakompiuter a tomograpia (CT), a linia a nabaliwan manipud iti nasukatan a koepisiente ti panagpabassit a \(\:\mu\:\). Daytoy ket naikeddeng a kas:
no sadino a ti \(\:{\mu\:}_{danum}\) ket ti koepisiente ti panagpabassit ti danum, ken ti \(\:{\mu\:}_{air}\) ket ti koepisiente ti panagpabassit ti angin. Gapuna, manipud iti pormula (6) makitatayo a ti pateg ti HU ti danum ket 0, ken ti pateg ti HU ti angin ket -1000. Ti pateg ti HU para kadagiti bara ti tao ket manipud iti -600 aginggana iti -70022.
Sumagmamano a material a katupag ti tisyu ti napataud. Griffith ken dagiti kakaduana. 23 ket nangaramid ti tisyu a katupag a modelo ti torso ti tao a naaramid iti polyurethane (PU) a dagiti nadumaduma a konsentrasion ti kalsium karbonato (CaCO3) ket nainayon tapno mangtulad kadagiti linear a panagpabassit a koepisiente dagiti nadumaduma nga organo ti tao a mairaman ti bara ti tao, ken ti modelo ket napanaganan iti Griffith. Ni Taylor24 ket nangipresenta ti maikadua a modelo ti katupag ti tisyu ti bara a pinarang-ay babaen ti Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), a napanaganan iti LLLL1. Ni Traub et al.25 ket nangaramid ti baro a kasukat ti tisyu ti bara babaen ti panagusar ti Foamex XRS-272 a naglaon ti 5.25% a CaCO3 a kas ti performance enhancer, a napanaganan iti ALT2. Dagiti tabla 1 ken 2 ket mangipakita ti panagidilig ti \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) ken dagiti koepisiente ti panagpabassit ti masa para iti bara ti tao (ICRU-44) ken dagiti modelo a katupag ti tisyu iti ngato.
Iti laksid dagiti nagsayaat a radiolohikal a tagikua a nagun-od, gistay amin a phantom a material ket naaramid iti polystyrene foam, a kaipapananna a dagiti mekanikal a tagikua dagitoy a material ket saan a makaasideg kadagiti bara ti tao. Ti modulus ti Young (YM) ti polyurethane foam ket agarup a 500 kPa, nga adayo a saan a nasayaat no idilig kadagiti normal a bara ti tao (agarup a 5-10 kPa). Gapuna, kasapulan ti mangpataud iti baro a material a makasangpet kadagiti mekanikal ken radiolohikal a kababalin ti pudno a bara ti tao.
Nasaknap ti pannakausar dagiti hydrogel iti tissue engineering. Ti estruktura ken tagikua daytoy ket kapada ti extracellular matrix (ECM) ken nalaka a maitunos. Iti daytoy a panagadal, napili ti puro a sodium alginate kas biomaterial para iti pannakaisagana dagiti foam. Dagiti alginate hydrogel ket biocompatible ken nasaknap a maus-usar iti inhenieria ti tisyu gapu kadagiti maitunos a mekanikal a tagikua. Ti elemental a komposision ti sodium alginate (C6H7NaO6)n ken ti kaadda ti Ca2+ ket mangipalubos kadagiti radiolohiko a tagikua daytoy a maitunos no kasapulan. Daytoy a kombinasion dagiti maitunos a mekanikal ken radiolohikal a tagikua ti mamagbalin kadagiti alginate hydrogel a nasayaat para iti panagadaltayo. Siempre, dagiti alginate hydrogel ket addaan met kadagiti limitasion, nangruna no maipapan iti napaut a kinatalged bayat dagiti simulated a siklo ti panaganges. Gapuna, kasapulan ken manamnama ti kanayonan a panagrang-ay kadagiti masanguanan a panagadal tapno mataming dagitoy a limitasion.
Iti daytoy a trabaho, nangaramidkami iti alginate hydrogel foam material nga addaan kadagiti makontrol a pateg ti rho, kinalalaki, ken radiolohikal a tagikua a kapada dagiti tisyu ti bara ti tao. Daytoy a panagadal ket mangipaayto ti sapasap a solusion para iti panagaramid kadagiti kasla tisyu a phantom nga addaan kadagiti maituno nga elastiko ken radiolohiko a tagikua. Nalaka laeng a maibagay dagiti material a kababalin iti aniaman a tisyu ken organo ti tao.
Ti target air to volume ratio ti hydrogel foam ket nakuenta a naibatay iti HU range ti bara ti tao (-600 agingga iti -700). Naipagarup a ti foam ket simple a naglaok nga angin ken sintetiko nga alginate hydrogel. Babaen ti panagusar ti simple a pagannurotan ti panaginayon dagiti indibidual nga elemento \(\:\mu\:/\rho\:\), ti tomo a paset ti angin ken ti tomo a ratio ti nasintisisar nga alginate a hidrogel ket mabalin a mabilang.
Dagiti foam ti alginate hydrogel ket naisagana babaen ti panagusar ti sodium alginate (Paset No. W201502), CaCO3 (Paset No. 795445, MW: 100.09), ken GDL (Paset No. G4750, MW: 178.14) a nagatang manipud iti Sigma-Aldrich Company, St. Louis, MO. Ti 70% a Sodium Lauryl Ether Sulfate (SLES 70) ket nagatang manipud iti Renowned Trading LLC. Nausar ti deionized water iti proseso ti panagsagana iti foam. Ti sodium alginate ket narunaw iti deionized a danum iti temperatura ti kuarto nga addaan iti kanayon a panaggudua (600 rpm) aginggana idi ti homoheno a duyaw a translucent a solusion ket nagun-od. Ti CaCO3 a maikuyog iti GDL ket naus-usar a kas ti taudan ti Ca2+ tapno mangirugi ti gelation. Nausar ti SLES 70 kas surfactant tapno mangporma iti porous structure iti uneg ti hydrogel. Ti konsentrasion ti alginate ket natengngel iti 5% ken ti Ca2+:-COOH a molar a ratio ket natengngel iti 0.18. Ti CaCO3:GDL molar ratio ket natengngel pay iti 0.5 bayat ti panagsagana ti foam tapno mataginayon ti neutral a pH. Ti pateg ket 26. 2% by volume ti SLES 70 ti nainayon kadagiti amin a sample. Nausar ti beaker nga addaan kalub a mangkontrol iti panaglaok ti solusion ken angin. Ti dagup a tomo ti beaker ket 140 ml. Maibatay kadagiti teoretiko a resulta ti panagkalkula, nadumaduma a tomo ti naglaok (50 ml, 100 ml, 110 ml) ti nainayon iti beaker tapno malaokan iti angin. Ti sample a naglaon iti 50 ml ti naglaok ket nadisenio a malaokan iti umdas nga angin, bayat a ti ratio ti tomo ti angin iti sabali pay a dua a sample ket nakontrol. Umuna, nainayon ti SLES 70 iti solusion ti alginate ken napaglalaok babaen ti electric stirrer agingga a naan-anay a nalaokan. Kalpasanna, ti CaCO3 suspension ket nainayon iti naglaok ken agtultuloy a napaglalaok agingga a naan-anay a nalaokan ti naglaok, idi nagbaliw ti kolorna iti puraw. Kamaudiananna, ti solusion ti GDL ket nainayon iti naglaok tapno mairugi ti gelation, ken ti mekanikal a panaggudua ket natengngel iti intero a proseso. Para iti sample a naglaon iti 50 ml ti naglaok, naisardeng ti mekanikal a panaggudua idi nagsardeng ti panagbalbaliw ti kaadu ti naglaok. Para kadagiti sample a naglaon iti 100 ml ken 110 ml ti naglaok, naisardeng ti mekanikal a panaggudua idi napunno ti naglaok ti beaker. Pinadasmi met ti nangisagana kadagiti hydrogel foam nga addaan iti tomo iti nagbaetan ti 50 ml ken 100 ml. Nupay kasta, ti estruktural a kinaawan ti kinatalged ti foam ket napaliiw, bayat a daytoy ket agbaliwbaliw iti nagbaetan ti kasasaad ti naan-anay a panaglalaok ti angin ken ti kasasaad ti panagtengngel ti tomo ti angin, a nagresulta iti saan a maitunos a panagtengngel ti tomo. Daytoy a kinaawan ti kinatalged ket nangiyam-ammo ti saan a sigurado kadagiti kalkulasion, ken gapuna daytoy a sakop ti tomo ket saan a nairaman iti daytoy a panagadal.
Ti densidad \(\:\rho\:\) ti maysa a hydrogel foam ket mabilang babaen ti panangrukod ti masa \(\:m\) ken tomo \(\:V\) ti maysa a sample ti hydrogel foam.
Dagiti optiko a mikroskopiko a ladawan dagiti hydrogel foam ket naala babaen ti panagusar ti Zeiss Axio Observer A1 a kamera. Ti ImageJ software ket naus-usar a mangkuenta ti bilang ken kadakkel a pannakaiwaras dagiti pores iti maysa a sample iti maysa a naikeddeng a lugar a naibatay kadagiti nagun-od a ladawan. Maipagarup a sirkulo ti sukog ti pores.
Tapno adalen dagiti mekanikal a tagikua dagiti alginate hydrogel foams, naaramid dagiti uniaxial compression tests babaen ti panangusar iti TESTRESOURCES 100 series machine. Dagiti sample ket naputed kadagiti rektanggulo a bloke ken dagiti rukod ti bloke ket narukod tapno makalkula dagiti stress ken strains. Ti kapartak ti crosshead ket naikeddeng iti 10 mm/min. Tallo a sample ti nasubok para iti tunggal sample ken nakuenta ti mean ken standard deviation manipud kadagiti resulta. Daytoy a panagadal ket naipangpangruna kadagiti kompresibo a mekanikal a tagikua dagiti alginate hydrogel a foam manipud idi ti tisyu ti bara ket maipasidong kadagiti puersa ti panagkompresion iti maysa a naikeddeng a tukad ti siklo ti panaganges. Ti pannakapalawa ket siempre napateg, nangruna tapno maiparangarang ti naan-anay a dinamiko a kababalin ti tisyu ti bara ken daytoy ket mausigto kadagiti masakbayan a panagadal.
Nai-scan dagiti naisagana a sample ti hydrogel foam iti Siemens SOMATOM Drive dual-channel CT scanner. Dagiti parametro ti panag-scan ket naikeddeng a kas ti sumaganad: 40 mAs, 120 kVp ken 1 mm a kapuskol ti slice. Dagiti nagbanagan a DICOM files ket naanalisar babaen ti panagusar ti MicroDicom DICOM Viewer software tapno analisaen dagiti pateg ti HU ti 5 a cross-section ti tunggal maysa a sample. Dagiti pateg ti HU a nagun-od babaen ti CT ket naipadpada kadagiti teoretiko a kalkulasion a naibatay kadagiti datos ti densidad dagiti sample.
Ti panggep daytoy a panagadal ket mangrebolusion ti panagaramid kadagiti indibidual a modelo ti organo ken dagiti artipisial a biolohikal a tisyu babaen ti panaginhenieria kadagiti nalukneng a material. Ti panagpataud kadagiti materiales nga addaan kadagiti mekanikal ken radiolohiko a tagikua a maitunos kadagiti agtartrabaho a mekaniko ti bara ti tao ket napateg para kadagiti naipuntiria nga aplikasion a kas ti panangpasayaat ti medikal a panagsanay, panagplano ti panagopera, ken panagplano ti radiasion a panagagas. Iti Figura 1A, inplanomi ti panagdumaduma ti nagbaetan dagiti mekanikal ken radiolohiko a tagikua dagiti nalukneng a material a maipagarup a maus-usar a mangaramid kadagiti modelo ti bara ti tao. Agingganat’ agdama, dagiti material ket napataud a mangipakpakita kadagiti matarigagayan a radiolohiko a tagikua, ngem dagiti mekanikal a tagikua dagitoy ket saan a makasangpet kadagiti matarigagayan a kasapulan. Ti polyurethane foam ken goma ti kaaduan a maus-usar a material a pagaramid kadagiti maporma a modelo ti bara ti tao. Dagiti mekanikal a tagikua ti polyurethane foam (Young’s modulus, YM) ket kadawyan a 10 agingga iti 100 a daras a dakdakkel ngem dagiti normal a tisyu ti bara ti tao. Saan pay nga ammo dagiti material a mangipakpakita agpadpada kadagiti matarigagayan a mekanikal ken radiolohikal a tagikua.
(A) Eskematiko a pannakabagi dagiti tagikua dagiti nadumaduma a nalukneng a material ken panagidilig iti bara ti tao kadagiti termino ti densidad, modulo ni Young ken dagiti radiolohiko a tagikua (iti HU). (B) X-ray diffraction pattern ti \(\:\mu\:/\rho\:\) alginate hydrogel nga addaan iti konsentrasion a 5% ken Ca2+:-COOH molar ratio a 0.18. (C) Sakop dagiti ratio ti tomo ti angin kadagiti hydrogel foam. (D) Eskematiko a pannakabagi dagiti alginate hydrogel foams nga addaan iti nadumaduma a ratio ti tomo ti angin.
Ti elemental a komposision dagiti alginate hydrogels nga addaan iti konsentrasion iti 5% ken ti Ca2+:-COOH molar ratio iti 0.18 ket nakuenta, ken dagiti resulta ket naipakita iti Tabla 3. Segun ti pagannurotan ti panagnayon iti napalabas a pormula (5), ti koepisiente ti panagpabassit ti masa ti alginate hydrogel \(\:\:\mu\:/\rho\:\) ket nagun-od a kas naipakita iti Figura 1B.
Dagiti pateg ti \(\:\mu\:/\rho\:\) para iti angin ken danum ket direkta a naala manipud iti database ti reperensia dagiti pagalagadan ti NIST 12612. Gapuna, ti Figura 1C ket mangipakita kadagiti nakuenta a ratio ti tomo ti angin kadagiti hydrogel a foam nga addaan kadagiti katupag a pateg ti HU iti nagbaetan ti -600 ken -700 para iti bara ti tao. Ti teoretikal a nakuenta a ratio ti tomo ti angin ket natalinaay iti uneg ti 60–70% iti sakop ti enerhia manipud iti 1 × 10−3 aginggana iti 2 × 101 MeV, a mangipakpakita ti nasayaat a potensial para iti panagusar ti hidrogel a foam kadagiti agpababa a proseso ti panagpataud.
Ipakita ti Figure 1D ti naisagana nga alginate hydrogel foam sample. Amin a sample ket naputed kadagiti kubo nga addaan iti kaatiddog ​​ti igid a 12.7 mm. Impakita dagiti resulta a nabukel ti homoheno, tallo-dimensional a natalinaay a hydrogel foam. Aniaman ti ratio ti kaadu ti angin, awan ti napaliiw a dakkel a nagdumaan ti langa dagiti hydrogel foam. Ti bukod a makasustiner a kinatao ti hydrogel foam ipasimudaagna a ti network a nabukel iti uneg ti hydrogel ket napigsa nga umdas a mangsuporta iti dagsen ti foam a mismo. Malaksid iti bassit a panagruar ti danum manipud iti foam, impakita met ti foam ti apagbiit a kinatalged iti sumagmamano a lawas.
Babaen ti panangrukod ti masa ken tomo ti sample ti foam, ti densidad ti naisagana a hydrogel foam \(\:\rho\:\) ket nakuenta, ken dagiti resulta ket naipakita iti Tabla 4. Dagiti resulta ket mangipakita ti panagpannuray ti \(\:\rho\:\) iti volume ratio ti angin. No umdas nga angin ti malaokan iti 50 ml ti sample, ti densidad ket agbalin a kababaan ken 0.482 g/cm3. Bayat a bumasbassit ti kaadu ti naglaok nga angin, dumakkel ti densidad agingga iti 0.685 g/cm3. Ti kangatuan a pateg ti p iti nagbaetan dagiti grupo ti 50 ml, 100 ml ken 110 ml ket 0.004 < 0.05, a mangipakpakita ti estadistikal a kaipapanan dagiti resulta.
Ti teoretiko a pateg ti \(\:\rho\:\) ket nakuenta pay babaen ti panagusar ti kontrolado a ratio ti tomo ti angin. Dagiti nasukatan a resulta ket mangipakita a ti \(\:\rho\:\) ket 0.1 g/cm3 a basbassit ngem ti teoretiko a pateg. Daytoy a panagdumaduma ket mabalin a maipalawag babaen ti akin-uneg a panagbannog a napataud iti hidrogel bayat ti proseso ti gelation, a mangpataud ti panaglumbang ken iti kasta ket mangiturong iti panagbaba ti \(\:\rho\:\). Daytoy ket ad-adda a napasingkedan babaen ti panagpaliiw kadagiti sumagmamano a giwang iti uneg ti hydrogel foam kadagiti ladawan ti CT a naipakita iti Figura 2 (A, B ken C).
Dagiti ladawan ti optiko a mikroskopia dagiti hydrogel foam nga addaan iti nadumaduma a linaon ti tomo ti angin (A) 50, (B) 100, ken (C) 110. Dagiti numero ti selula ken pannakaiwaras ti kadakkel ti pores kadagiti sample ti alginate hydrogel foam (D) 50, (E) 100, (F) 110.
Ti Figura 3 (A, B, C) ket mangipakita kadagiti ladawan ti optiko a mikroskopio dagiti sample ti hydrogel foam nga addaan kadagiti nadumaduma a ratio ti tomo ti angin. Dagiti resulta ket mangipakita ti optiko nga estruktura ti hydrogel foam, a nalawag a mangipakpakita kadagiti ladawan dagiti pores nga addaan kadagiti nadumaduma a diametro. Ti pannakaiwaras ti numero ti pores ken diametro ket nakuenta babaen ti panagusar ti ImageJ. Innem a ladawan ti naala para iti tunggal maysa a sample, tunggal maysa a ladawan ket addaan iti kadakkel iti 1125.27 μm × 843.96 μm, ken ti dagup a naanalisar a kalawa para iti tunggal maysa a sample ket 5.7 mm2.
(A) Compressive stress-strain a kababalin dagiti alginate hydrogel foam nga addaan iti nadumaduma a ratio ti tomo ti angin. (B) Eksponensial a panagikapet. (C) Compression E0 dagiti hydrogel foams nga addaan iti nadumaduma nga air volume ratios. (D) Ultimate compressive stress ken strain dagiti alginate hydrogel foams nga addaan iti nadumaduma nga air volume ratios.
Ti Figura 3 (D, E, F) ket mangipakita a ti pannakaiwaras ti kadakkel ti pores ket relatibo a maymaysa, manipud kadagiti pinullo a mikrometro aginggana iti agarup a 500 a mikrometro. Ti kadakkel ti pores ket kangrunaanna a maymaysa, ken bumassit bassit bayat a bumassit ti kaadu ti angin. Segun ti datos ti panagsubok, ti ​​promedio a kadakkel ti pores ti 50 ml a sample ket 192.16 μm, ti median ket 184.51 μm, ken ti bilang dagiti pores iti tunggal maysa a yunit a kalawa ket 103; ti promedio a kadakkel ti pores ti 100 ml a sample ket 156.62 μm, ti median ket 151.07 μm, ken ti bilang dagiti pores iti tunggal maysa a yunit a kalawa ket 109; dagiti katupag a pateg ti 110 ml a sample ket 163.07 μm, 150.29 μm ken 115, agpada. Ipakita ti datos a dagiti dakdakkel a pores ket addaan iti dakdakkel nga impluensia kadagiti estadistikal a resulta ti promedio a kadakkel ti pores, ken ti median a kadakkel ti pores ket nasaysayaat a mangipakita ti panagbalbaliw nga uso ti kadakkel ti pores. Bayat nga umadu ti sample volume manipud 50 ml agingga iti 110 ml, umadu met ti bilang dagiti pores. No maitipon dagiti estadistikal a resulta ti median a diametro ti pores ken numero ti pores, mabalin a maikonklusion a babaen ti panagadu ti tomo, ad-adu a pores ti basbassit a kadakkel ti maporma iti uneg ti sample.
Ti datos ti mekanikal a panagsubok ket naipakita kadagiti Pigura 4A ken 4D. Ti Figura 4A ket mangipakita ti compressive stress-strain a kababalin dagiti naisagana a hydrogel foams nga addaan kadagiti nadumaduma a ratio ti tomo ti angin. Ipakita dagiti resulta nga amin a sample ket addaan iti kapada a nonlinear stress-strain behavior. Para iti tunggal sample, naparpartak nga umadu ti stress no umad-adu ti strain. Ti maysa nga eksponensial a kurba ket naikapet iti kompresibo a stress-strain a kababalin ti hydrogel foam. Ti Figura 4B ket mangipakita kadagiti resulta kalpasan ti panangipakat ti eksponensial a panagandar a kas ti agarup a modelo iti hidrogel a foam.
Para kadagiti hydrogel foam nga addaan iti nadumaduma a ratio ti tomo ti angin, naadal met ti compressive modulus-da (E0). Kasla ti panaganalisar kadagiti hidrogel, ti kompresibo a modulo ti Young ket naimbestigaan iti sakop ti 20% nga umuna a kita. Dagiti resulta dagiti panagsubok ti panagkompresion ket naipakita iti Figura 4C. Dagiti resulta iti Figura 4C ket mangipakita a bayat a ti ratio ti tomo ti angin ket bumasbassit manipud iti sample 50 aginggana iti sample 110, ti compressive Young’s modulus E0 ti alginate hydrogel foam ket dumakkel manipud iti 10.86 kPa aginggana iti 18 kPa.
Kasta met, dagiti kompleto a kurba ti stress-strain dagiti hydrogel foam, ken dagiti pay ultimo a compressive stress ken strain values, ket nagun-od. Ipakita ti Figure 4D ti ultimo a compressive stress ken strain dagiti alginate hydrogel foams. Tunggal punto ti datos ket promedio ti tallo a resulta ti panagsubok. Dagiti resulta ket mangipakita a ti ultimo a panagbannog ti panagkompresion ket dumakkel manipud iti 9.84 kPa aginggana iti 17.58 kPa babaen ti bumasbassit a linaon ti gas. Ti ultimo a kita ket agtalinaed a natalged iti agarup a 38%.
Ti Figura 2 (A, B, ken C) ket mangipakita kadagiti ladawan ti CT dagiti hydrogel foam nga addaan kadagiti nadumaduma a ratio ti tomo ti angin a maitunos kadagiti sample 50, 100, ken 110, agpada. Ipakita dagiti ladawan a dandani homoheno ti nabukel a hydrogel foam. Ti bassit a bilang dagiti giwang ket napaliiw kadagiti sample 100 ken 110. Ti pannakaporma dagitoy a giwang ket mabalin a gapu ti akin-uneg a panagbannog a napataud iti hidrogel bayat ti proseso ti gelation. Kinalkulami dagiti pateg ti HU para kadagiti 5 a krus a paset ti tunggal maysa a sample ken inlistami dagitoy iti Tabla 5 agraman dagiti maitunos a teoretiko a resulta ti panagkuenta.
Ipakita ti Table 5 a dagiti sample nga addaan iti nadumaduma a ratio ti tomo ti angin ket nakagun-od kadagiti nadumaduma a pateg ti HU. Ti kangatuan a pateg ti p iti nagbaetan ti 50 ml, 100 ml ken 110 ml a grupo ket 0.004 < 0.05, a mangipakpakita ti estadistikal a kaipapanan dagiti resulta. Kadagiti tallo a sample a nasubok, ti ​​sample nga addaan iti 50 ml a naglaok ket addaan kadagiti radiological properties nga as-asideg kadagiti bara ti tao. Ti maudi a kolum ti Tabla 5 ket ti resulta a nagun-od babaen ti teoretiko a panagkalkula a naibatay iti nasukatan a pateg ti foam \(\:\rho\:\). Babaen ti panagidilig kadagiti nasukatan a datos kadagiti teoretiko a resulta, mabalin a masarakan a dagiti pateg ti HU a nagun-od babaen ti CT a panag-scan ket sapasap nga asideg kadagiti teoretiko a resulta, a daytoy ket mangpasingked kadagiti resulta ti panagkarkulo ti ratio ti tomo ti angin iti Figura 1C.
Ti kangrunaan a panggep daytoy a panagadal ket mangpataud iti material nga addaan iti mekanikal ken radiolohikal a kababalin a maipada kadagiti bara ti tao. Naragpat daytoy a panggep babaen ti panangpataud iti material a naibatay iti hydrogel nga addaan kadagiti naibagay a katupag ti tisyu a mekanikal ken radiolohikal a tagikua agingga a mabalin nga asideg kadagiti bara ti tao. Naiturong babaen dagiti teoretiko a kalkulasion, dagiti hidrogel a foam nga addaan kadagiti nadumaduma a ratio ti tomo ti angin ket naisagana babaen ti mekanikal a panaglaok ti sodium alginate a solusion, CaCO3, GDL ken SLES 70. Impakita ti morpolohiko a panaganalisar a ti homoheno a tallo-dimensional a natalinaay a hydrogel a foam ket nabukel. Babaen ti panangbalbaliw iti ratio ti kaadu ti angin, mabalin a mabaliwan ti densidad ken porosidad ti foam iti pagayatan. No umadu ti linaon ti tomo ti angin, bumassit bassit ti kadakkel ti pores ken umadu ti bilang dagiti pores. Naaramid dagiti panagsubok ti panagkompresion tapno mausig dagiti mekanikal a tagikua dagiti alginate hydrogel foams. Impakita dagiti resulta a ti compressive modulus (E0) a nagun-od manipud kadagiti compression tests ket adda iti ideal range para kadagiti bara ti tao. Umadu ti E0 bayat a bumassit ti air volume ratio. Dagiti pateg dagiti radiolohiko a tagikua (HU) dagiti naisagana a sample ket naala a naibatay iti datos ti CT dagiti sample ken naipadpada kadagiti resulta dagiti teoretiko a kalkulasion. Paborable dagiti resulta. Ti nasukatan a pateg ket asideg met iti HU a pateg ti bara ti tao. Ipakita dagiti resulta a posible ti mangpataud kadagiti tissue-imitating hydrogel foams nga addaan iti nasayaat a kombinasion dagiti mekanikal ken radiolohikal a tagikua a mangtulad kadagiti tagikua ti bara ti tao.
Iti laksid dagiti nainkari a resulta, dagiti agdama a pamay-an ti panagaramid ket kasapulan a mapasayaat tapno nasaysayaat a makontrol ti ratio ti tomo ti angin ken ti porosidad tapno maitunos kadagiti padto manipud kadagiti teoretiko a kalkulasion ken dagiti pudno a bara ti tao agpadpada iti sangalubongan ken lokal a timbangan. Ti agdama a panagadal ket limitado pay iti panangsubok kadagiti mekanika ti panagkompresion, a manglimitar ti potensial a pannakaipakat ti phantom iti paset ti panagkompresion ti siklo ti panaganges. Ti masakbayan a panagsukisok ket magunggonaan manipud iti panagsukisok ti panagsubok ti panagguyod ken kasta met ti sapasap a mekanikal a kinatalged ti material tapno matingiting dagiti potensial nga aplikasion iti sidong dagiti dinamiko a kasasaad ti panagkarga. Iti laksid dagitoy a limitasion, ti panagadal ti mangtanda iti umuna a naballigi a panangpadas a mangtipon kadagiti radiolohikal ken mekanikal a kababalin iti maymaysa a material a mangtulad iti bara ti tao.
Dagiti dataset a napataud ken/wenno naanalisar bayat ti agdama a panagadal ket magun-od manipud iti katupag nga autor no nainkalintegan a kiddaw. Agpada a maulit dagiti eksperimento ken dagiti dataset.
Song, G., ken dagiti dadduma pay. Nobela a nanotechnologies ken narang-ay a materiales para iti cancer radiation therapy. Adv. Mater. 29, 1700996. Ti panagrang-ay ti panagbiag ti tao (2017).
Kill, P. J., ken dagiti kakaduana. Reporta ti AAPM 76a Task Force iti Panagmanehar ti Respiratory Motion iti Radiation Oncology. Med. Phys. 33, 3874-3900. Dagiti 10.1118/1.2349696 (2006).
Al-Maya, A., Moseley, J., ken Brock, KK Panagmodelo ti interface ken dagiti material a saan a linearidad iti bara ti tao. Pisika ken Medisina ken Biolohia 53, 305–317. Dagiti 10.1088/0031-9155/53/1/022 (2008).
Wang, X., ken dagiti kakaduana. Kasla tumor a modelo ti kanser ti bara a pinataud babaen ti 3D bioprinting. 3. Bioteknolohia. 8 Dagiti https://doi.org/10.1007/s13205-018-1519-1 (2018) Ti panagrang-ay ti panagbiag ti tao.
Lee, M., ken dagiti kakaduana. Ti panagmodelo ti panagporma ti bara: maysa a pamay-an a mangtipon kadagiti tekniko ti panagirehistro ti maporma a ladawan ken ti espasial a nadumaduma a pattapatta ti modulo ni Young. Med. Phys. 40, 081902. Ti panagrang-ay ti panagbiag ti tao (2013).
Guimarães, C. F. ken dagiti kakaduana. Kinatangken ti sibibiag a tisyu ken dagiti implikasionda iti tissue engineering. Dagiti Repaso ti Nakaparsuaan Dagiti Materiales ken Aglawlaw 5, 351–370 (2020).