د nature.com د لیدنې لپاره مننه. هغه براوزر نسخه چې تاسو یې کاروئ د CSS محدود ملاتړ لري. د غوره تجربې لپاره، موږ سپارښتنه کوو چې د براوزر وروستۍ نسخه وکاروئ (یا په انټرنیټ اکسپلورر کې د مطابقت حالت بند کړئ). برسیره پردې، د دوامداره ملاتړ ډاډ ترلاسه کولو لپاره، دا سایټ به سټایلونه یا جاواسکریپټ شامل نه کړي.
د غړو او نسجونو حرکت کولی شي د راډیوتراپي په جریان کې د ایکس رې موقعیت کې غلطۍ رامینځته کړي. له همدې امله، د راډیوتراپي د اصلاح لپاره د غړو حرکت تقلید کولو لپاره د نسجونو سره مساوي میخانیکي او رادیولوژیکي ملکیتونو لرونکي موادو ته اړتیا ده. په هرصورت، د داسې موادو پراختیا یوه ننګونه پاتې ده. الجینیټ هایدروجیلونه د خارجي حجروي میټریکس سره ورته ملکیتونه لري، چې دوی د نسجونو سره مساوي موادو په توګه ژمن کوي. پدې څیړنه کې، د مطلوب میخانیکي او رادیولوژیکي ملکیتونو سره الجینیټ هایدروجیل فومونه د ان سیټو Ca2+ خوشې کولو لخوا ترکیب شوي. د هوا څخه تر حجم تناسب په احتیاط سره کنټرول شوی ترڅو د تعریف شوي میخانیکي او رادیولوژیکي ملکیتونو سره هایدروجیل فومونه ترلاسه کړي. د موادو میکرو او مایکرومورفولوژي مشخص شوې، او د فشار لاندې د هایدروجیل فومونو چلند مطالعه شوی. رادیولوژیکي ملکیتونه په تیوريکي ډول اټکل شوي او د کمپیوټري ټوموګرافي په کارولو سره په تجربوي ډول تایید شوي. دا څیړنه د نسجونو سره مساوي موادو راتلونکي پرمختګ باندې رڼا اچوي چې د راډیوتراپي په جریان کې د وړانګو دوز اصلاح او کیفیت کنټرول لپاره کارول کیدی شي.
د وړانګو درملنه د سرطان لپاره یوه عامه درملنه ده ۱. د غړو او نسجونو حرکت اکثرا د وړانګو درملنې په جریان کې د ایکس رې موقعیت کې غلطیو لامل کیږي ۲، کوم چې کولی شي د تومور د درملنې کموالی او د شاوخوا صحي حجرو غیر ضروري وړانګو ته د ډیر تماس لامل شي. د غړو او نسجونو د حرکت وړاندوینې وړتیا د تومور د ځایی کولو غلطیو کمولو لپاره خورا مهم دی. دا څیړنه په سږو تمرکز کوي، ځکه چې دوی د وړانګو درملنې په جریان کې د ناروغانو تنفس کولو پرمهال د پام وړ خرابوالي او حرکتونو څخه تیریږي. د انسان د سږو د حرکت د تقلید لپاره مختلف محدود عنصر ماډلونه رامینځته شوي او پلي شوي دي ۳،۴،۵. په هرصورت، د انسان غړي او نسجونه پیچلي جیومیټري لري او په لوړه کچه په ناروغ پورې تړلي دي. له همدې امله، د نسجونو سره مساوي ملکیت لرونکي مواد د فزیکي ماډلونو رامینځته کولو لپاره خورا ګټور دي ترڅو نظري ماډلونه تایید کړي، ښه طبي درملنه اسانه کړي، او د طبي زده کړې موخو لپاره.
د نرم نسجونو تقلید کولو موادو پراختیا چې پیچلي بهرني او داخلي جوړښتي جیومیټریز ترلاسه کوي ډیر پام ځانته اړولی دی ځکه چې د دوی ذاتي میخانیکي ناانډولۍ کولی شي د هدف غوښتنلیکونو کې د ناکامیو لامل شي 6,7. د سږو نسجونو پیچلي بایومیکانیک ماډل کول، کوم چې خورا نرمښت، لچک، او ساختماني مسمومیت سره یوځای کوي، د ماډلونو په پراختیا کې د پام وړ ننګونه رامینځته کوي چې د انسان سږي په سمه توګه تولیدوي. د میخانیکي او رادیولوژیکي ملکیتونو ادغام او مطابقت د معالجوي مداخلو کې د سږو ماډلونو مؤثر فعالیت لپاره خورا مهم دي. اضافه تولید د ناروغ ځانګړي ماډلونو په پراختیا کې مؤثر ثابت شوی، د پیچلو ډیزاینونو ګړندي پروټوټایپ فعالوي. شین او نور. 8 د 3D چاپ شوي هوایی لارې سره د بیا تولید وړ، خراب کیدونکي سږو ماډل رامینځته کړی. هسیلار او نور. 9 د راډیوتراپي لپاره د عکس کیفیت ارزونې او موقعیت تصدیق میتودونو لپاره د اصلي ناروغانو سره خورا ورته فینټم رامینځته کړی. هانګ او نور10 د 3D چاپ او سیلیکون کاسټینګ ټیکنالوژۍ په کارولو سره د سینې CT ماډل رامینځته کړی ترڅو د اندازه کولو دقت ارزولو لپاره د مختلفو سږو زخمونو CT شدت تولید کړي. په هرصورت، دا پروټوټایپونه ډیری وختونه د هغو موادو څخه جوړ شوي چې اغیزمن ملکیتونه یې د سږو نسجونو څخه ډیر توپیر لري11.
اوس مهال، د سږو ډیری فینټمونه د سیلیکون یا پولیوریتان فوم څخه جوړ شوي دي، کوم چې د اصلي سږو پیرینچیما میخانیکي او رادیولوژیکي ملکیتونو سره سمون نه خوري. 12,13 الجینیټ هایدروجیلونه بایو مطابقت لري او د دوی د تنظیم وړ میخانیکي ملکیتونو له امله په نسج انجینرۍ کې په پراخه کچه کارول شوي. 14 په هرصورت، د سږو فینټم لپاره اړین الټرا نرم، فوم په څیر ثبات بیا تولید کول چې د سږو نسجونو لچک او ډکولو جوړښت په سمه توګه تقلید کوي یوه تجربوي ننګونه پاتې ده.
په دې څیړنه کې، دا فرض شوې وه چې د سږو نسج یو همجنس لچک لرونکی مواد دی. د انسان د سږو نسج کثافت (\(\:\rho\:\)) 1.06 g/cm3 راپور شوی، او د پړسوب شوي سږو کثافت 0.26 g/cm315 دی. د سږو نسجونو د ینګ ماډول (MY) ارزښتونو پراخه لړۍ د مختلفو تجربوي میتودونو په کارولو سره ترلاسه شوې ده. لای فوک او نور 16 د انسان د سږو YM د یونیفورم انفلاسیون سره 0.42–6.72 kPa اندازه کړ. ګوس او نور 17 د مقناطیسي ریزونانس ایلسټوګرافي کارولې او د 2.17 kPa YM راپور ورکړ. لیو او نور 18 د 0.03–57.2 kPa مستقیم اندازه شوي YM راپور ورکړ. Ilegbusi او نور 19 د ټاکل شوي ناروغانو څخه ترلاسه شوي 4D CT معلوماتو پراساس YM 0.1–2.7 kPa اټکل کړ.
د سږو د رادیولوژیکي ځانګړتیاو لپاره، د ایکس شعاعو سره د سږو نسجونو د تعامل چلند تشریح کولو لپاره ډیری پیرامیټرې کارول کیږي، پشمول د عنصر جوړښت، د الکترون کثافت (\(\:{\rho\:}_{e}\))، اغیزمن اټومي شمیره (\(\:{Z}_{eff}\))، د هڅونې منځنۍ انرژي (\(\:I\))، د ډله ایز کمښت ضریب (\(\:\mu\:/\rho\:\)) او د هاونسفیلډ واحد (HU)، کوم چې په مستقیم ډول د \(\:\mu\:/\rho\:\) سره تړاو لري.
د الکترون کثافت \(\:{\rho\:}_{e}\) د هر واحد حجم د الکترونونو شمیر په توګه تعریف شوی او په لاندې ډول محاسبه کیږي:
چیرته چې \(\:\rho\:\) د g/cm3 په موادو کې کثافت دی، \(\:{N}_{A}\) د ایوګاډرو ثابت دی، \(\:{w}_{i}\) د ډله ایز کسر دی، \(\:{Z}_{i}\) اټومي شمیره ده، او \(\:{A}_{i}\) د i-th عنصر اټومي وزن دی.
د اټومي شمېره په مستقیم ډول د موادو دننه د وړانګو د تعامل له طبیعت سره تړاو لري. د هغو مرکباتو او مخلوطونو لپاره چې څو عناصر لري (د مثال په توګه، ټوکرونه)، د اغیزمن اټومي شمېره \(\:{Z}_{eff}\) باید محاسبه شي. دا فورمول د مورتي او نورو لخوا وړاندیز شوی و. 20:
د هڅونې منځنۍ انرژي \(\:I\) دا تشریح کوي چې هدف مواد څومره په اسانۍ سره د نفوذ کونکو ذراتو حرکي انرژي جذبوي. دا یوازې د هدف موادو ځانګړتیاوې بیانوي او د ذراتو له ملکیتونو سره هیڅ تړاو نلري. \(\:I\) د براګ د اضافه کولو قاعدې په پلي کولو سره محاسبه کیدی شي:
د ډله ایز کمښت ضریب \(\:\mu\:/\rho\:\) په هدف موادو کې د فوټونونو د نفوذ او انرژۍ خوشې کول تشریح کوي. دا د لاندې فورمول په کارولو سره محاسبه کیدی شي:
چیرته چې \(\:x\) د موادو ضخامت دی، \(\:{I}_{0}\) د پیښې رڼا شدت دی، او \(\:I\) د موادو ته د ننوتلو وروسته د فوټون شدت دی. \(\:\mu\:/\rho\:\) معلومات په مستقیم ډول د NIST 12621 معیاري حوالې ډیټابیس څخه ترلاسه کیدی شي. د مخلوطونو او مرکباتو لپاره \(\:\mu\:/\rho\:\) ارزښتونه د اضافه کولو قاعدې په کارولو سره په لاندې ډول ترلاسه کیدی شي:
HU د کمپیوټري ټوموګرافي (CT) معلوماتو په تفسیر کې د راډیوکثافت د اندازه کولو یو معیاري ابعاد پرته واحد دی، کوم چې په خطي ډول د اندازه شوي کموالي ضریب \(\:\mu\:\) څخه بدل شوی دی. دا په لاندې ډول تعریف شوی:
چیرته چې \(\:{\mu\:}_{اوبه}\) د اوبو د کمولو ضریب دی، او \(\:{\mu\:}_{هوا}\) د هوا د کمولو ضریب دی. له همدې امله، د فورمول (6) څخه موږ ګورو چې د اوبو HU ارزښت 0 دی، او د هوا HU ارزښت -1000 دی. د انسان د سږو لپاره د HU ارزښت -600 څخه تر -70022 پورې دی.
د نسجونو څو مساوي مواد رامینځته شوي دي. ګریفیت او نورو 23 د انسان د بدن د نسجونو مساوي ماډل رامینځته کړ چې د پولیوریتان (PU) څخه جوړ شوی و چې پکې د کلسیم کاربونیټ (CaCO3) مختلف غلظتونه اضافه شوي ترڅو د انسان د سږو په شمول د مختلفو انساني ارګانونو د خطي کمښت کوفیفینټونه تقلید کړي، او ماډل ګریفیت نومول شوی و. ټیلر 24 د لارنس لیورمور ملي لابراتوار (LLNL) لخوا رامینځته شوی د سږو دوهم نسج مساوي ماډل وړاندې کړ، چې نوم یې LLLL1 و. ټراب او نورو 25 د فومیکس XRS-272 په کارولو سره د سږو د نسجونو یو نوی بدیل رامینځته کړ چې 5.25٪ CaCO3 د فعالیت لوړونکي په توګه لري، کوم چې ALT2 نومول شوی و. جدولونه 1 او 2 د انسان د سږو (ICRU-44) او پورته نسجونو مساوي ماډلونو لپاره د \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) او د ډله ایز کمښت کوفیفینټونو پرتله کول ښیې.
سره له دې چې غوره رادیولوژیکي ځانګړتیاوې ترلاسه شوي، نږدې ټول خیالي مواد د پولیټیرین فوم څخه جوړ شوي دي، پدې معنی چې د دې موادو میخانیکي ځانګړتیاوې د انسان د سږو سره نږدې نشي کیدی. د پولیوریتان فوم د ینګ ماډول (YM) شاوخوا 500 kPa دی، کوم چې د عادي انسان د سږو په پرتله له مثالي څخه لرې دی (شاوخوا 5-10 kPa). له همدې امله، دا اړینه ده چې یو نوی مواد رامینځته شي چې د ریښتیني انسان د سږو میخانیکي او رادیولوژیکي ځانګړتیاوې پوره کړي.
هایدروجیلونه په پراخه کچه د نسج انجینرۍ کې کارول کیږي. د هغې جوړښت او ملکیتونه د حجروي میټریکس (ECM) سره ورته دي او په اسانۍ سره د تنظیم وړ دي. پدې څیړنه کې، خالص سوډیم الجینټ د فومونو چمتو کولو لپاره د بایومیټریل په توګه غوره شوی و. الجینټ هایدروجیلونه بایو مطابقت لري او د دوی د تنظیم وړ میخانیکي ملکیتونو له امله په نسج انجینرۍ کې په پراخه کچه کارول کیږي. د سوډیم الجینټ (C6H7NaO6)n عنصري ترکیب او د Ca2+ شتون د دې راډیولوژیکي ملکیتونو ته اجازه ورکوي چې د اړتیا سره سم تنظیم شي. د تنظیم وړ میخانیکي او راډیولوژیکي ملکیتونو دا ترکیب الجینټ هایدروجیلونه زموږ د مطالعې لپاره مثالی کوي. البته، الجینټ هایدروجیلونه هم محدودیتونه لري، په ځانګړې توګه د مصنوعي تنفسي دورې په جریان کې د اوږدمهاله ثبات له مخې. له همدې امله، په راتلونکو مطالعاتو کې د دې محدودیتونو د حل لپاره نورو پرمختګونو ته اړتیا ده او تمه کیږي.
په دې کار کې، موږ د الګینټ هایدروجیل فوم مواد رامینځته کړل چې د کنټرول وړ rho ارزښتونو، لچکتیا، او د انسان د سږو نسجونو ته ورته راډیولوژیکي ملکیتونه لري. دا څیړنه به د ټونینګ وړ لچک لرونکي او راډیولوژیکي ملکیتونو سره د نسج په څیر فینټومونو جوړولو لپاره عمومي حل چمتو کړي. د موادو ملکیتونه په اسانۍ سره د هر انسان نسج او ارګان سره تنظیم کیدی شي.
د هایدروجیل فوم د هدف هوا او حجم تناسب د انسان د سږو د HU رینج (-600 څخه تر -700) پراساس محاسبه شو. داسې انګیرل کیده چې فوم د هوا او مصنوعي الجینیټ هایدروجیل یو ساده مخلوط و. د انفرادي عناصرو د ساده اضافه کولو قاعدې په کارولو سره \(\:\mu\:/\rho\:\)، د هوا د حجم کسر او د ترکیب شوي الجینیټ هایدروجیل د حجم تناسب محاسبه کیدی شي.
د الګینټ هایدروجیل فومونه د سوډیم الګینټ (برخه نمبر W201502)، CaCO3 (برخه نمبر 795445، MW: 100.09)، او GDL (برخه نمبر G4750، MW: 178.14) په کارولو سره چمتو شوي چې د سیګما-الډریچ شرکت، سینټ لوئس، MO څخه اخیستل شوي. 70٪ سوډیم لوریل ایتر سلفیټ (SLES 70) د مشهور سوداګریز LLC څخه اخیستل شوی. د فوم چمتو کولو په پروسه کې ډیونیز شوي اوبه کارول شوې. سوډیم الګینټ د خونې په تودوخه کې د دوامداره هڅولو (600 rpm) سره په ډیونیز شوي اوبو کې حل شو تر هغه چې یو همجنس ژیړ شفاف محلول ترلاسه شي. د GDL سره په ترکیب کې CaCO3 د جیلیشن پیل کولو لپاره د Ca2+ سرچینې په توګه کارول شوی. SLES 70 د هایدروجیل دننه د سوري جوړښت جوړولو لپاره د سرفیکټینټ په توګه کارول شوی. د الګینټ غلظت په 5٪ کې ساتل شوی او د Ca2+:-COOH مولر تناسب په 0.18 کې ساتل شوی. د فوم چمتو کولو پرمهال د CaCO3:GDL د مولر تناسب هم په 0.5 کې ساتل شوی ترڅو بې طرفه pH وساتي. ارزښت یې 26 دی. د SLES 70 د حجم له مخې 2٪ ټولو نمونو ته اضافه شو. د محلول او هوا د مخلوط تناسب کنټرول لپاره د پوښ سره یو بیکر کارول شوی و. د بیکر ټول حجم 140 ملی لیتر و. د تیوریکي محاسبې پایلو پراساس، د مخلوط مختلف حجمونه (50 ملی لیتر، 100 ملی لیتر، 110 ملی لیتر) د هوا سره مخلوط کولو لپاره بیکر ته اضافه شوي. هغه نمونه چې د مخلوط 50 ملی لیتره لري د کافي هوا سره مخلوط کولو لپاره ډیزاین شوې وه، پداسې حال کې چې په نورو دوو نمونو کې د هوا حجم تناسب کنټرول شوی و. لومړی، SLES 70 د الګینټ محلول ته اضافه شو او د بریښنایی سټیرر سره تر هغه وخته پورې وخوړل شو چې په بشپړ ډول مخلوط شي. بیا، CaCO3 تعلیق مخلوط ته اضافه شو او په دوامداره توګه وخوړل شو تر هغه چې مخلوط په بشپړ ډول مخلوط شي، کله چې د هغې رنګ سپین ته بدل شو. په پای کې، د GDL محلول د جیلیشن پیل کولو لپاره مخلوط ته اضافه شو، او میخانیکي سټیرنګ په ټوله پروسه کې ساتل شوی و. د هغه نمونې لپاره چې ۵۰ ملی لیتره مخلوط لري، میخانیکي حرکت کول هغه وخت ودرول شول کله چې د مخلوط حجم بدلون ودروي. د هغو نمونو لپاره چې ۱۰۰ ملی لیتره او ۱۱۰ ملی لیتره مخلوط لري، میخانیکي حرکت کول هغه وخت ودرول شول کله چې مخلوط بیکر ډک کړ. موږ دا هم هڅه وکړه چې د ۵۰ ملی لیتر او ۱۰۰ ملی لیتر ترمنځ حجم سره هایدروجیل فومونه چمتو کړو. په هرصورت، د فوم ساختماني بې ثباتي لیدل شوې، ځکه چې دا د بشپړ هوا مخلوط حالت او د هوا د حجم کنټرول حالت ترمنځ بدلون موندلی، چې په پایله کې یې د حجم کنټرول غیر متناسب و. دې بې ثباتۍ په محاسبو کې ناڅرګندتیا معرفي کړه، او له همدې امله د حجم دا حد پدې څیړنه کې شامل نه شو.
د هایدروجیل فوم کثافت \(\:\rho\:\) د هایدروجیل فوم نمونې د وزن \(\:m\) او حجم \(\:V\) اندازه کولو سره محاسبه کیږي.
د هایدروجیل فومونو نظري مایکروسکوپي انځورونه د زیس اکسیو آبزرور A1 کیمرې په کارولو سره ترلاسه شوي. د امیج جے سافټویر د ترلاسه شوي عکسونو پراساس په یوه ټاکلې سیمه کې د نمونې کې د سوریو شمیر او اندازې ویش محاسبه کولو لپاره کارول شوی و. د سوریو شکل ګرد ګڼل کیږي.
د الجینیټ هایدروجیل فومونو میخانیکي ملکیتونو مطالعې لپاره، د TESTRESOURCES 100 لړۍ ماشین په کارولو سره غیر محوري کمپریشن ازموینې ترسره شوې. نمونې په مستطیل بلاکونو کې پرې شوې او د بلاک ابعاد د فشارونو او فشارونو محاسبه کولو لپاره اندازه شوي. د کراس هیډ سرعت په 10 ملي میتر / دقیقه کې ټاکل شوی و. د هرې نمونې لپاره درې نمونې ازمول شوي او د پایلو څخه اوسط او معیاري انحراف محاسبه شوی. دا څیړنه د الجینیټ هایدروجیل فومونو کمپریشني میخانیکي ملکیتونو باندې تمرکز کوي ځکه چې د سږو نسج د تنفسي دورې په یوه ټاکلي مرحله کې د کمپریشني ځواکونو سره مخ کیږي. د توسع وړتیا البته خورا مهمه ده، په ځانګړي توګه د سږو نسج بشپړ متحرک چلند منعکس کولو لپاره او دا به په راتلونکو مطالعاتو کې وڅیړل شي.
د هایدروجیل فوم چمتو شوي نمونې د سیمنز سوماټوم ډرایو دوه ګوني چینل CT سکینر کې سکین شوي. د سکین کولو پیرامیټرونه په لاندې ډول تنظیم شوي وو: 40 mAs، 120 kVp او 1 ملي میتر سلائس ضخامت. پایله لرونکي DICOM فایلونه د مایکرو ډیکوم DICOM ویویر سافټویر په کارولو سره تحلیل شوي ترڅو د هر نمونې د 5 کراس برخو HU ارزښتونه تحلیل کړي. د CT لخوا ترلاسه شوي HU ارزښتونه د نمونو د کثافت معلوماتو پراساس د تیوریکي محاسبې سره پرتله شوي.
د دې مطالعې موخه د نرمو موادو د انجینرۍ له لارې د انفرادي غړو ماډلونو او مصنوعي بیولوژیکي نسجونو په جوړولو کې انقلاب راوستل دي. د میخانیکي او رادیولوژیکي ملکیتونو سره د موادو رامینځته کول چې د انسان د سږو د کاري میکانیزم سره سمون لري د هدفمند غوښتنلیکونو لپاره مهم دي لکه د طبي روزنې ښه کول، جراحي پلان جوړونه، او د وړانګو درملنې پلان جوړونه. په شکل 1A کې، موږ د نرمو موادو میخانیکي او رادیولوژیکي ملکیتونو ترمنځ توپیر پلان کړ چې په احتمالي توګه د انسان د سږو ماډلونو جوړولو لپاره کارول کیږي. تر اوسه پورې، داسې مواد رامینځته شوي چې مطلوب راډیولوژیکي ملکیتونه ښیې، مګر د دوی میخانیکي ملکیتونه مطلوب اړتیاوې نه پوره کوي. پولیوریتان فوم او ربړ د انسان د سږو د خرابیدو وړ ماډلونو جوړولو لپاره ترټولو پراخه کارول شوي توکي دي. د پولیوریتان فوم میخانیکي ملکیتونه (د ځوان ماډل، YM) معمولا د عادي انسان د سږو نسجونو په پرتله له 10 څخه تر 100 ځله ډیر دي. هغه مواد چې مطلوب میخانیکي او رادیولوژیکي ملکیتونه دواړه ښیې لا تر اوسه ندي پیژندل شوي.
(الف) د مختلفو نرمو موادو د ملکیتونو سکیماتیک استازیتوب او د کثافت، د ینګ ماډول او رادیولوژیکي ملکیتونو له مخې د انسان د سږو سره پرتله کول (په HU کې). (ب) د \(\:\mu\:/\rho\:\) الجینیټ هایدروجیل د ایکس رې انحراف نمونه چې غلظت یې 5٪ او د Ca2+:-COOH د مول تناسب 0.18 دی. (ج) په هایدروجیل فومونو کې د هوا د حجم تناسب حد. (د) د الجینیټ هایدروجیل فومونو سکیماتیک استازیتوب د هوا د حجم مختلف تناسب سره.
د الجینیټ هایدروجیلونو عنصري جوړښت چې د 5٪ غلظت او د Ca2+:-COOH د مولر تناسب 0.18 سره محاسبه شوی، او پایلې یې په جدول 3 کې ښودل شوي. د مخکیني فورمول (5) کې د اضافه کولو قاعدې سره سم، د الجینیټ هایدروجیل \(\:\:\mu\:/\rho\:\) د ډله ایز کمښت ضخامت ترلاسه کیږي لکه څنګه چې په شکل 1B کې ښودل شوي.
د هوا او اوبو لپاره د \(\:\mu\:/\rho\:\) ارزښتونه په مستقیم ډول د NIST 12612 معیارونو حوالې ډیټابیس څخه ترلاسه شوي. په دې توګه، شکل 1C د انسان د سږو لپاره د -600 او -700 ترمنځ د HU مساوي ارزښتونو سره په هایدروجیل فومونو کې د محاسبې شوي هوا حجم تناسب ښیې. په تیوري کې محاسبه شوی د هوا حجم تناسب د 1 × 10−3 څخه تر 2 × 101 MeV پورې د انرژۍ حد کې د 60-70٪ دننه مستحکم دی، چې د ښکته جریان تولید پروسو کې د هایدروجیل فوم پلي کولو لپاره ښه ظرفیت په ګوته کوي.
شکل ۱D د چمتو شوي الګینټ هایدروجیل فوم نمونه ښیي. ټولې نمونې د ۱۲.۷ ملي میتر اوږدوالي سره په کیوبونو کې پرې شوې وې. پایلو وښودله چې یو همجنس، درې اړخیزه مستحکم هایدروجیل فوم جوړ شو. د هوا د حجم تناسب ته په پام سره، د هایدروجیل فومونو په بڼه کې کوم مهم توپیر نه دی لیدل شوی. د هایدروجیل فوم ځان بسیا طبیعت وړاندیز کوي چې د هایدروجیل دننه جوړ شوی شبکه دومره قوي ده چې د فوم وزن ملاتړ وکړي. د فوم څخه د اوبو د لږ مقدار لیکیدو سربیره، فوم د څو اونیو لپاره لنډمهاله ثبات هم ښودلی.
د فوم نمونې د وزن او حجم په اندازه کولو سره، د چمتو شوي هایدروجیل فوم کثافت \(\:\rho\:\) محاسبه شو، او پایلې یې په جدول 4 کې ښودل شوي. پایلې د هوا د حجم تناسب باندې د \(\:\rho\:\) انحصار ښیې. کله چې کافي هوا د نمونې 50 ملی لیتر سره مخلوط شي، کثافت یې ترټولو ټیټ کیږي او 0.482 g/cm3 دی. لکه څنګه چې د مخلوط هوا اندازه کمیږي، کثافت یې 0.685 g/cm3 ته لوړیږي. د 50 ملی لیتر، 100 ملی لیتر او 110 ملی لیتر ګروپونو ترمنځ اعظمي p ارزښت 0.004 < 0.05 و، چې د پایلو احصایوي اهمیت په ګوته کوي.
د نظري \(\:\rho\:\) ارزښت هم د کنټرول شوي هوا حجم تناسب په کارولو سره محاسبه کیږي. اندازه شوي پایلې ښیې چې \(\:\rho\:\) د نظري ارزښت څخه 0.1 g/cm³ کوچنی دی. دا توپیر د جیلیشن پروسې په جریان کې په هایدروجیل کې رامینځته شوي داخلي فشار لخوا تشریح کیدی شي، کوم چې پړسوب رامینځته کوي او پدې توګه د \(\:\rho\:\\) کمښت لامل کیږي. دا د CT عکسونو کې د هایدروجیل فوم دننه د ځینو تشو مشاهدې لخوا نور هم تایید شو چې په شکل 2 (A، B او C) کې ښودل شوي.
د هایدروجیل فومونو د اپټیکل مایکروسکوپي انځورونه چې د هوا حجم مختلف محتويات لري (A) 50، (B) 100، او (C) 110. د الجینیټ هایدروجیل فوم نمونو کې د حجرو شمیرې او د سوري اندازې ویش (D) 50، (E) 100، (F) 110.
شکل ۳ (A، B، C) د هایدروجیل فوم نمونو د نظري مایکروسکوپ انځورونه د هوا د حجم مختلف تناسب سره ښیې. پایلې د هایدروجیل فوم نظري جوړښت ښیې، په روښانه توګه د مختلف قطرونو سره د سوریو انځورونه ښیې. د سوریو شمیر او قطر ویش د ImageJ په کارولو سره محاسبه شو. د هرې نمونې لپاره شپږ انځورونه اخیستل شوي، هر انځور د 1125.27 μm × 843.96 μm اندازه درلوده، او د هرې نمونې لپاره ټول تحلیل شوی ساحه 5.7 mm² وه.
(الف) د الجینیټ هایدروجیل فومونو د فشاري فشار-فشار چلند چې د هوا حجم مختلف تناسب لري. (ب) د ایکسپونینشل فټینګ. (ج) د هایدروجیل فومونو د فشار E0 چې د هوا حجم مختلف تناسب لري. (د) د الجینیټ هایدروجیل فومونو وروستی فشاري فشار او فشار چې د هوا حجم مختلف تناسب لري.
شکل ۳ (D، E، F) ښیي چې د سوریو د اندازې ویش نسبتا یو شان دی، له لسګونو مایکرومیټرونو څخه تر شاوخوا ۵۰۰ مایکرومیټرو پورې. د سوریو اندازه اساسا یو شان ده، او دا د هوا حجم کمیدو سره یو څه کمیږي. د ازموینې معلوماتو له مخې، د ۵۰ ملی لیتر نمونې د سوریو اوسط اندازه ۱۹۲.۱۶ μm ده، منځنی ۱۸۴.۵۱ μm ده، او د هر واحد ساحې د سوریو شمیر ۱۰۳ دی؛ د ۱۰۰ ملی لیتر نمونې د سوریو اوسط اندازه ۱۵۶.۶۲ μm ده، منځنی ۱۵۱.۰۷ μm ده، او د هر واحد ساحې د سوریو شمیر ۱۰۹ دی؛ د ۱۱۰ ملی لیتر نمونې اړوند ارزښتونه په ترتیب سره ۱۶۳.۰۷ μm، ۱۵۰.۲۹ μm او ۱۱۵ دي. معلومات ښیي چې لوی سوري د منځنۍ سوري اندازې په احصایوي پایلو باندې ډیر نفوذ لري، او د منځنۍ سوري اندازه کولی شي د سوري اندازې د بدلون رجحان په ښه توګه منعکس کړي. لکه څنګه چې د نمونې حجم له 50 ملی لیتر څخه 110 ملی لیتر ته لوړیږي، د سوري شمیر هم زیاتیږي. د منځنۍ سوري قطر او د سوري شمیرې احصایوي پایلو سره یوځای کول، دا پایله کیدی شي چې د حجم زیاتوالي سره، د نمونې دننه د کوچني اندازې ډیر سوري جوړیږي.
د میخانیکي ازموینې معلومات په شکل 4A او 4D کې ښودل شوي دي. شکل 4A د چمتو شوي هایدروجیل فومونو د فشار فشار چلند ښیي چې د هوا حجم مختلف تناسب لري. پایلې ښیې چې ټولې نمونې ورته غیر خطي فشار فشار چلند لري. د هرې نمونې لپاره، فشار د زیاتیدونکي فشار سره ګړندی وده کوي. د هایدروجیل فوم د فشار فشار چلند سره یو کثافاتي منحنی نصب شوی و. شکل 4B د هایدروجیل فوم ته د نږدې ماډل په توګه د کثافاتي فعالیت پلي کولو وروسته پایلې ښیې.
د هایدروجیل فومونو لپاره چې د هوا حجم مختلف تناسب لري، د دوی فشاري ماډول (E0) هم مطالعه شوی. د هایدروجیلونو تحلیل ته ورته، د فشاري یانګ ماډول د 20٪ لومړني فشار په حد کې وڅیړل شو. د کمپریشن ازموینو پایلې په شکل 4C کې ښودل شوي. په شکل 4C کې پایلې ښیې چې لکه څنګه چې د هوا حجم تناسب د نمونې 50 څخه نمونې 110 ته کمیږي، د الګینیټ هایدروجیل فوم د فشاري یانګ ماډول E0 له 10.86 kPa څخه 18 kPa ته لوړیږي.
په ورته ډول، د هایدروجیل فومونو بشپړ فشار-د فشار منحني، او همدارنګه د وروستي فشار فشار او فشار ارزښتونه، ترلاسه شوي. شکل 4D د الګینیټ هایدروجیل فومونو وروستي فشار فشار او فشار ښیې. د معلوماتو هر ټکی د دریو ازموینې پایلو اوسط دی. پایلې ښیې چې وروستی فشار فشار د 9.84 kPa څخه 17.58 kPa ته د ګاز مینځپانګې کمیدو سره لوړیږي. وروستی فشار په شاوخوا 38٪ کې مستحکم پاتې کیږي.
شکل ۲ (A، B، او C) د هایدروجیل فومونو CT انځورونه ښیي چې د هوا حجم مختلف تناسب لري چې په ترتیب سره د 50، 100، او 110 نمونو سره مطابقت لري. انځورونه ښیي چې جوړ شوی هایدروجیل فوم تقریبا یو شان دی. په نمونو 100 او 110 کې لږ شمیر تشې لیدل شوي. د دې تشو جوړول ممکن د جیلیشن پروسې په جریان کې په هایدروجیل کې رامینځته شوي داخلي فشار له امله وي. موږ د هرې نمونې د 5 کراس برخو لپاره د HU ارزښتونه محاسبه کړل او دوی یې په جدول 5 کې د اړونده تیوریکي محاسبې پایلو سره لیست کړل.
جدول ۵ ښیي چې د هوا د حجم د مختلفو تناسب لرونکو نمونو مختلف HU ارزښتونه ترلاسه کړي دي. د ۵۰ ملی لیتر، ۱۰۰ ملی لیتر او ۱۱۰ ملی لیتر ګروپونو ترمنځ اعظمي p ارزښت ۰.۰۰۴ < ۰.۰۵ و، چې د پایلو احصایوي اهمیت په ګوته کوي. د ازمول شویو دریو نمونو په منځ کې، د ۵۰ ملی لیتر مخلوط سره نمونه د انسان د سږو ته نږدې راډیولوژیکي ملکیتونه درلودل. د جدول ۵ وروستۍ ستنه هغه پایله ده چې د اندازه شوي فوم ارزښت \(\:\rho\:\) پر بنسټ د تیوریکي محاسبې لخوا ترلاسه شوې ده. د اندازه شوي معلوماتو سره د تیوریکي پایلو پرتله کولو سره، دا موندل کیدی شي چې د CT سکین کولو لخوا ترلاسه شوي HU ارزښتونه عموما تیوریکي پایلو ته نږدې دي، کوم چې په پایله کې د شکل ۱C کې د هوا د حجم تناسب محاسبې پایلې تاییدوي.
د دې مطالعې اصلي موخه د انسانانو د سږو سره د میخانیکي او رادیولوژیکي ځانګړتیاو سره د پرتله کولو وړ مواد رامینځته کول دي. دا هدف د هایدروجیل پر بنسټ موادو رامینځته کولو سره ترلاسه شو چې د نسج سره مساوي میخانیکي او رادیولوژیکي ملکیتونه لري چې د انسانانو د سږو سره نږدې وي. د تیوریکي محاسبو لخوا لارښود شوی، د مختلف هوا حجم تناسب سره هایدروجیل فومونه د سوډیم الجینیټ محلول، CaCO3، GDL او SLES 70 په میخانیکي ډول مخلوط کولو سره چمتو شوي. مورفولوژیکي تحلیل ښودلې چې یو همجنس درې اړخیز مستحکم هایدروجیل فوم رامینځته شوی. د هوا حجم تناسب بدلولو سره، د فوم کثافت او مسمومیت په خپله خوښه توپیر کولی شي. د هوا حجم مینځپانګې زیاتوالي سره، د مسموم اندازه یو څه کمیږي او د مسمومونو شمیر زیاتیږي. د الجینیټ هایدروجیل فومونو میخانیکي ملکیتونو تحلیل لپاره د کمپریشن ازموینې ترسره شوې. پایلو وښودله چې د کمپریشن ازموینو څخه ترلاسه شوی کمپریشن ماډول (E0) د انسان د سږو لپاره په مثالي حد کې دی. د هوا حجم تناسب کمیدو سره E0 زیاتیږي. د چمتو شویو نمونو د راډیولوژیکي ملکیتونو (HU) ارزښتونه د نمونو د CT معلوماتو پراساس ترلاسه شوي او د تیوریکي محاسبو پایلو سره پرتله شوي. پایلې مناسبې وې. اندازه شوی ارزښت د انسان د سږو د HU ارزښت سره هم نږدې دی. پایلې ښیې چې دا ممکنه ده چې د نسج تقلید کونکي هایدروجیل فومونه د میخانیکي او راډیولوژیکي ملکیتونو مثالي ترکیب سره رامینځته شي چې د انسان د سږو ملکیتونو تقلید کوي.
سره له دې چې د امید وړ پایلې لري، د اوسني جوړونې میتودونه باید ښه شي ترڅو د هوا حجم تناسب او پورسیټي ښه کنټرول شي ترڅو د نظري محاسبو او د ریښتیني انساني سږو څخه وړاندوینو سره سمون ولري په دواړو نړیوالو او محلي پیمانه. اوسنۍ څیړنه د کمپریشن میخانیکونو ازموینې پورې هم محدوده ده، کوم چې د فینټم احتمالي غوښتنلیک د تنفسي دورې د کمپریشن مرحلې ته محدودوي. راتلونکې څیړنه به د تناسلي ازموینې او همدارنګه د موادو ټول میخانیکي ثبات څخه ګټه پورته کړي ترڅو د متحرک بار کولو شرایطو لاندې احتمالي غوښتنلیکونه ارزونه وکړي. د دې محدودیتونو سره سره، دا څیړنه په یوه واحد مواد کې د راډیولوژیکي او میخانیکي ملکیتونو یوځای کولو لومړۍ بریالۍ هڅه په ګوته کوي چې د انسان سږو تقلید کوي.
هغه معلوماتي سیټونه چې د اوسني مطالعې په جریان کې تولید شوي او/یا تحلیل شوي دي د اړونده لیکوال څخه د مناسبې غوښتنې په صورت کې شتون لري. تجربې او معلوماتي سیټونه دواړه د بیا تولید وړ دي.
سونګ، جي.، او نور. د سرطان د وړانګو درملنې لپاره نوي نانو ټیکنالوژي او پرمختللي مواد. اډو. میټر. 29، 1700996. https://doi.org/10.1002/adma.201700996 (2017).
کیل، پي جي، او نور. د وړانګو اونکولوژي کې د تنفسي حرکت مدیریت په اړه د AAPM 76a کاري ځواک راپور. طب. فزیک. 33، 3874–3900. https://doi.org/10.1118/1.2349696 (2006).
المایا، اې.، موسلي، جي.، او بروک، کې. کې. د انسان په سږو کې د انٹرفیس او موادو غیر خطي ماډل کول. فزیک او طب او بیولوژي 53، 305-317. https://doi.org/10.1088/0031-9155/53/1/022 (2008).
وانګ، ایکس.، او نور. د تومور په څیر د سږو د سرطان ماډل چې د 3D بایوپرنټینګ لخوا رامینځته شوی. 3. بایو ټیکنالوژي. 8 https://doi.org/10.1007/s13205-018-1519-1 (2018).
لي، ايم، او نور. د سږو د خرابوالي ماډل کول: یوه طریقه چې د خرابوالي وړ انځور ثبتولو تخنیکونو او په فضايي ډول د ینګ د ماډول اټکل سره یوځای کوي. طبي فزیک. 40، 081902. https://doi.org/10.1118/1.4812419 (2013).
ګیماریس، سي ایف او نور. د ژوندیو نسجونو سختوالی او د نسج انجینرۍ لپاره یې اغیزې. د طبیعت بیاکتنې مواد او چاپیریال 5، 351–370 (2020).