Spas ji bo serdana nature.com. Guhertoya geroka ku hûn bikar tînin piştgiriya CSS-ê bi sînor e. Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku guhertoya herî dawî ya gerokê bikar bînin (an jî moda lihevhatinê di Internet Explorer-ê de vemirînin). Wekî din, ji bo misogerkirina piştgiriya domdar, ev malper dê şêwaz an JavaScript-ê tê de negire.
Tevgera organ û tevnan dikare bibe sedema xeletiyên di bicihkirina tîrêjên X de di dema radyoterapiyê de. Ji ber vê yekê, materyalên bi taybetmendiyên mekanîkî û radyolojîk ên wekhevî tevnan hewce ne ku tevgera organan ji bo baştirkirina radyoterapiyê teqlîd bikin. Lêbelê, pêşkeftina materyalên weha hîn jî dijwar e. Hîdrojelên algînatê xwedan taybetmendiyên dişibin yên matrîksa derveyî hucreyê ne, ku wan wekî materyalên wekhevî tevnan sozdar dike. Di vê lêkolînê de, kefên hîdrojelê yên algînatê bi taybetmendiyên mekanîkî û radyolojîk ên xwestî bi berdana Ca2+ ya di cîh de hatin sentez kirin. Rêjeya hewa-bi-hejmar bi baldarî hate kontrol kirin da ku kefên hîdrojelê bi taybetmendiyên mekanîkî û radyolojîk ên diyarkirî werin bidestxistin. Makro- û mîkromorfolojiya materyalan hate taybetmendî kirin, û tevgera kefên hîdrojelê di bin zextê de hate lêkolîn kirin. Taybetmendiyên radyolojîk bi teorîkî hatin texmîn kirin û bi ceribandinî bi karanîna tomografiya hesabkirî hatin verast kirin. Ev lêkolîn ronî dide ser pêşkeftina pêşerojê ya materyalên wekhevî tevnan ku dikarin ji bo baştirkirina doza radyasyonê û kontrola kalîteyê di dema radyoterapiyê de werin bikar anîn.
Radyoterapiya gelemperî ji bo penceşêrê ye1. Tevgera organ û tevnan pir caran dibe sedema xeletiyên di bicihkirina tîrêjên X de di dema radyoterapiyê de2, ku dikare bibe sedema dermankirina kêm a tumor û zêde eşkerekirina şaneyên saxlem ên derdorê bi radyasyona nehewce. Şîyana pêşbînîkirina tevgera organ û tevnan ji bo kêmkirina xeletiyên cihê tumorê girîng e. Ev lêkolîn li ser pişikê sekinî, ji ber ku ew dema ku nexweş di dema radyoterapiyê de bêhna xwe didin deformasyon û tevgerên girîng derbas dikin. Modelên hêmanên dawîn ên cûrbecûr hatine pêşve xistin û sepandin da ku tevgera pişikên mirovan simul bikin3,4,5. Lêbelê, organ û tevnên mirovan geometrîyên tevlihev hene û pir girêdayî nexweş in. Ji ber vê yekê, materyalên bi taybetmendiyên wekhev ên tevnan ji bo pêşxistina modelên fîzîkî pir bikêr in da ku modelên teorîk piştrast bikin, dermankirina bijîşkî ya çêtir hêsan bikin û ji bo armancên perwerdehiya bijîşkî.
Pêşxistina materyalên ku dişibin tevnên nerm ji bo bidestxistina geometrîyên avahîsaziyê yên derveyî û hundurîn ên tevlihev gelek bal kişandiye ser xwe ji ber ku nelihevhatinên wan ên mekanîkî yên xwerû dikarin bibin sedema têkçûnan di serîlêdanên hedef de6,7. Modelkirina biyomekanîka tevlihev a tevnên pişikê, ku nermbûn, elastîkbûn û porozîteya avahîsaziyê ya zêde bi hev re dike yek, di pêşxistina modelên ku bi rastî pişikê mirov dubare dikin de dijwariyek girîng derdixe holê. Yekbûn û hevahengiya taybetmendiyên mekanîkî û radyolojîk ji bo performansa bi bandor a modelên pişikê di destwerdanên dermankirinê de girîng in. Çêkirina lêzêdekirinê di pêşxistina modelên taybetî yên nexweşan de bi bandor derketiye holê, ku prototîpkirina bilez a sêwiranên tevlihev gengaz dike. Shin et al. 8 modelek pişikê ya dubarekirî û deformekirî bi rêyên hewayî yên çapkirî yên 3D pêşxist. Haselaar et al. 9 fantomek pêşxist ku pir dişibihe nexweşên rastîn ji bo nirxandina kalîteya wêneyê û rêbazên verastkirina pozîsyonê ji bo radyoterapiyê. Hong et al. 10 modelek CT ya sîngê bi karanîna çapkirina 3D û teknolojiya avêtina silîkonê pêşxist da ku şiddeta CT ya birînên pişikê yên cûrbecûr dubare bike da ku rastbûna hejmartinê binirxîne. Lêbelê, ev prototîp bi gelemperî ji materyalên ku taybetmendiyên wan ên bi bandor ji yên tevnên pişikê pir cûda ne têne çêkirin11.
Niha, piraniya fantomên pişikê ji kefka silîkon an polîuretanê têne çêkirin, ku bi taybetmendiyên mekanîkî û radyolojîk ên parenkîma pişikê ya rastîn re li hev nayên.12,13 Hîdrojelên algînatê biyohevhatî ne û ji ber taybetmendiyên xwe yên mekanîkî yên verastkirî di endezyariya tevnan de bi berfirehî hatine bikar anîn.14 Lêbelê, dubarekirina qalindahiya ultra-nerm, mîna kefê ku ji bo fantomek pişikê hewce ye ku bi rastî elastîkbûn û avahiya dagirtinê ya tevna pişikê teqlîd dike, hîn jî dijwariyek ceribandinî ye.
Di vê lêkolînê de, hate texmînkirin ku tevna pişikê madeyek elastîk a homojen e. Tê ragihandin ku dendika tevna pişikê ya mirovan (\(\:\rho\:\)) 1.06 g/cm3 ye, û dendika pişikê ya tijîbûyî 0.26 g/cm315 e. Nirxên modula Young (MY) yên tevna pişikê bi karanîna rêbazên ceribandinê yên cûda cûrbecûr hatine bidestxistin. Lai-Fook û hevkarên wî 16 YM ya pişikê mirovan bi tijîbûna yekreng wekî 0.42–6.72 kPa pîvan. Goss û hevkarên wî 17 elastografiya rezonansa manyetîk bikar anîn û YM ya 2.17 kPa ragihandin. Liu û hevkarên wî 18 YM ya rasterast pîvandî ya 0.03–57.2 kPa ragihandin. Ilegbusi û hevkarên wî 19 YM li gorî daneyên 4D CT yên ji nexweşên bijartî hatine wergirtin wekî 0.1–2.7 kPa texmîn kirin.
Ji bo taybetmendiyên radyolojîk ên pişikê, çend parametre têne bikar anîn da ku tevgera têkiliya tevna pişikê bi tîrêjên X re diyar bikin, di nav wan de pêkhateya hêmanî, dendika elektronê (\(\:{\rho\:}_{e}\)), jimara atomî ya bi bandor (\(\:{Z}_{eff}\)), enerjiya teşwîqê ya navîn (\(\:I\)), katsayiya lawazbûna girseyî (\(\:\mu\:/\rho\:\)) û yekîneya Hounsfield (HU), ku rasterast bi \(\:\mu\:/\rho\:\) ve girêdayî ye.
Tîrbûna elektronan \(\:{\rho\:}_{e}\) wekî hejmara elektronan li gorî yekîneya qebareyê tê pênasekirin û wiha tê hesabkirin:
ku \(\:\rho\:\) tîrbûna materyalê bi g/cm3 ye, \(\:{N}_{A}\) sabita Avogadro ye, \(\:{w}_{i}\) rêjeya girseyî ye, \(\:{Z}_{i}\) hejmara atomî ye, û \(\:{A}_{i}\) giraniya atomî ya elementa i-emîn e.
Hejmara atomî rasterast bi xwezaya têkiliya tîrêjê di nav materyalê de ve girêdayî ye. Ji bo pêkhate û tevliheviyên ku çend hêmanan dihewînin (mînak, qumaş), divê hejmara atomî ya bi bandor \(\:{Z}_{eff}\) were hesab kirin. Formula ji hêla Murthy et al. 20 ve hatî pêşniyar kirin:
Enerjiya navînî ya teşwîqkirinê \(\:I\) diyar dike ku materyalê hedef çiqas bi hêsanî enerjiya kînetîk a perçeyên penetran vedimije. Ew tenê taybetmendiyên materyalê hedef diyar dike û ti eleqeya wê bi taybetmendiyên perçeyan re tune. \(\:I\) dikare bi sepandina qaîdeya lêzêdekirinê ya Bragg were hesibandin:
Koefîsyenta lawazbûna girseyî (\:\mu\:/\rho\:\) şansê derbasbûn û berdana enerjiyê ya fotonan di nav materyalê hedef de vedibêje. Ew dikare bi karanîna formula jêrîn were hesab kirin:
Li vir \(\:x\) qalindahiya materyalê ye, \(\:{I}_{0}\) şîdeta ronahiya têketî ye, û \(\:I\) şîdeta fotonê piştî ketina nav materyalê ye. Daneyên \(\:\mu\:/\rho\:\) dikarin rasterast ji Databasa Referansa Standardên NIST 12621 werin wergirtin. Nirxên \(\:\mu\:/\rho\:\) ji bo tevlihev û pêkhateyan dikarin bi karanîna qaîdeya lêzêdekirinê wiha werin derxistin:
HU yekîneyeke pîvandina bêpîvan a standardîzekirî ya radyodensiteyê ye di şîrovekirina daneyên tomografiya hesabkirî (CT) de, ku bi awayekî xêzikî ji koefîsyenta lawazbûna pîvandî \(\:\mu\:\) tê veguherandin. Ew wiha tê pênasekirin:
ku \(\:{\mu\:}_{av}\) katsayiya lawazbûna avê ye, û \(\:{\mu\:}_{hewa}\) katsayiya lawazbûna hewayê ye. Ji ber vê yekê, ji formula (6) em dibînin ku nirxa HU ya avê 0 e, û nirxa HU ya hewayê -1000 e. Nirxa HU ji bo pişikên mirovan ji -600 heta -70022 diguhere.
Çend materyalên wekhev ên tevnan hatine pêşxistin. Griffith û hevkarên wî 23 modelek wekhev a tevnan a laşê mirov ji polîuretan (PU) pêşxistin ku tê de cûrbecûr karbonata kalsiyûmê (CaCO3) lê hatine zêdekirin da ku katsayiyên lawazbûna xêzikî ya organên cûrbecûr ên mirovan, di nav de pişika mirov jî, simulasyon bikin, û model bi navê Griffith hate binavkirin. Taylor24 modelek duyemîn a wekhev a tevna pişikê ku ji hêla Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ve hatî pêşxistin, bi navê LLLL1, pêşkêş kir. Traub û hevkarên wî 25 cîgirek nû ya tevna pişikê bi karanîna Foamex XRS-272 ku 5.25% CaCO3 wekî zêdekerek performansê dihewîne, pêşxistin, ku bi navê ALT2 hate binavkirin. Tabloyên 1 û 2 berawirdkirina \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) û katsayiyên lawazbûna girseyî ji bo pişika mirov (ICRU-44) û modelên wekhev ên tevnan ên jorîn nîşan didin.
Tevî taybetmendiyên radyolojîk ên hêja yên ku hatine bidestxistin, hema hema hemî materyalên xeyalî ji kefka polîstîrenê têne çêkirin, ku tê vê wateyê ku taybetmendiyên mekanîkî yên van materyalan nikarin nêzîkî yên pişikên mirovan bibin. Modula Young (YM) ya kefka polîuretanê nêzîkî 500 kPa ye, ku li gorî pişikên normal ên mirovan (nêzîkî 5-10 kPa) ji îdeal dûr e. Ji ber vê yekê, pêdivî ye ku materyalek nû were pêşve xistin ku dikare taybetmendiyên mekanîkî û radyolojîk ên pişikên mirovan ên rastîn bicîh bîne.
Hîdrojel bi berfirehî di endezyariya tevnan de têne bikar anîn. Avahiyê û taybetmendiyên wê dişibin matrîksa derveyî hucreyê (ECM) û bi hêsanî têne verastkirin. Di vê lêkolînê de, sodyûm algînata paqij wekî biyomateryalê ji bo amadekirina kefan hate hilbijartin. Hîdrojelên algînatê biyohevhatî ne û ji ber taybetmendiyên xwe yên mekanîkî yên verastkirî di endezyariya tevnan de bi berfirehî têne bikar anîn. Pêkhateya elementî ya sodyûm algînatê (C6H7NaO6)n û hebûna Ca2+ dihêle ku taybetmendiyên wê yên radyolojîk li gorî hewcedariyê werin verastkirin. Ev kombînasyona taybetmendiyên mekanîkî û radyolojîk ên verastkirî hîdrojelên algînatê ji bo lêkolîna me îdeal dike. Bê guman, hîdrojelên algînatê jî sînorkirin hene, nemaze di warê aramiya demdirêj de di dema çerxên nefesê yên simulasyonkirî de. Ji ber vê yekê, di lêkolînên pêşerojê de ji bo çareserkirina van sînorkirinên çêtirkirinên din hewce ne û têne hêvîkirin.
Di vê xebatê de, me materyalek kef a hîdrojela algînatê pêşxist ku xwedî nirxên rho yên kontrolkirî, elastîkbûn û taybetmendiyên radyolojîk ên dişibin yên tevna pişikê ya mirovan e. Ev lêkolîn dê çareseriyek giştî ji bo çêkirina fantomên mîna tevnê bi taybetmendiyên elastîk û radyolojîk ên guhêrbar peyda bike. Taybetmendiyên materyalê dikarin bi hêsanî li gorî her tevn û organê mirovan werin adaptekirin.
Rêjeya hewaya hedef beramberî qebareya kefê hîdrojelê li gorî rêza HU ya pişikên mirovan (-600 heta -700) hate hesabkirin. Hate texmînkirin ku kef tevlîheviyek hêsan a hewa û hîdrojela algînatê ya sentetîk e. Bi karanîna qaîdeyek hêsan a lêzêdekirina hêmanên takekesî \(\:\mu\:/\rho\:\), rêjeya qebareya hewayê û rêjeya qebareya hîdrojela algînatê ya sentezkirî dikare were hesabkirin.
Kefên hîdrojela algînatê bi karanîna sodyûm algînatê (Hejmara Beşê W201502), CaCO3 (Hejmara Beşê 795445, MW: 100.09), û GDL (Hejmara Beşê G4750, MW: 178.14) ku ji Sigma-Aldrich Company, St. Louis, MO hatibû kirîn, hatin amadekirin. %70 Sodyûm Lauryl Ether Sulfate (SLES 70) ji Renowned Trading LLC hat kirîn. Di pêvajoya amadekirina kefê de ava deîyonîzekirî hat bikar anîn. Sodyûm algînat di ava deîyonîzekirî de bi tevhevkirina domdar (600 rpm) di germahiya odeyê de bi tevhevkirinek domdar (600 rpm) hat çareserkirin heta ku çareseriyek zer a şefaf a homojen hat bidestxistin. CaCO3 bi ​​hev re bi GDL re wekî çavkaniyek Ca2+ ji bo destpêkirina jelasyonê hat bikar anîn. SLES 70 wekî surfaktant hat bikar anîn da ku di hundurê hîdrojelê de avahiyek poroz çêbike. Têkeliya algînatê li %5 û rêjeya molar a Ca2+:-COOH li 0.18 hat parastin. Rêjeya molar a CaCO3:GDL di dema amadekirina kefê de jî li 0.5 hate parastin da ku pH-ya wê bêalî bimîne. Nirx 26 e. %2 bi qebareya SLES 70 li hemî nimûneyan hate zêdekirin. Ji bo kontrolkirina rêjeya tevlihevkirina çareserî û hewayê, qedehek bi qapax hate bikar anîn. Qebareya giştî ya qedehê 140 ml bû. Li gorî encamên hesabkirina teorîk, qebareyên cûda yên tevlihevê (50 ml, 100 ml, 110 ml) li qedehê hatin zêdekirin da ku bi hewayê re tevlihev bibin. Nimûneya ku 50 ml ji tevlihevê tê de hebû ji bo tevlihevkirina bi hewaya têr hatibû sêwirandin, di heman demê de rêjeya qebareya hewayê di du nimûneyên din de hate kontrol kirin. Pêşî, SLES 70 li çareseriya algînatê hate zêdekirin û bi tevlihevkerek elektrîkê heya ku bi tevahî tevlihev bibe hate tevlihevkirin. Dûv re, rawestandina CaCO3 li tevlihevê hate zêdekirin û bi berdewamî hate tevlihevkirin heya ku tevlihev bi tevahî tevlihev bibe, dema ku rengê wê guherî spî. Di dawiyê de, çareseriya GDL li tevlihevê hate zêdekirin da ku jelatasyon dest pê bike, û tevlihevkirina mekanîkî di tevahiya pêvajoyê de hate domandin. Ji bo nimûneya ku 50 ml ji tevlihevê tê de hebû, tevdana mekanîkî dema ku qebareya tevlihevê rawestiya hate rawestandin. Ji bo nimûneyên ku 100 ml û 110 ml ji tevlihevê tê de hebûn, tevdana mekanîkî dema ku tevlihevî qedeh tijî kir hate rawestandin. Me her weha hewl da ku kefên hîdrojel bi qebareyek di navbera 50 ml û 100 ml de amade bikin. Lêbelê, bêîstîqrariya avahîsaziyê ya kefê hate dîtin, ji ber ku ew di navbera rewşa tevlihevkirina hewayê ya tevahî û rewşa kontrola qebareya hewayê de diguherî, ku di encamê de kontrola qebareyê ne lihevhatî bû. Vê bêîstîqrariyê nezelalî xist nav hesaban, û ji ber vê yekê ev rêza qebareyê di vê lêkolînê de nehat hesibandin.
Tîrbûna (\:\rho\:\) a kefeke hîdrojelî bi pîvandina giraniya (\:m\) û qebareya (\:V\) a nimûneya kefeke hîdrojelî tê hesibandin.
Wêneyên mîkroskopîk ên optîkî yên kefên hîdrojel bi karanîna kamerayek Zeiss Axio Observer A1 hatin bidestxistin. Nermalava ImageJ ji bo hesabkirina hejmar û belavbûna mezinahiya kunan di nimûneyek de li deverek diyarkirî li gorî wêneyên hatine bidestxistin hat bikar anîn. Şêweya kunan wekî dorhêl tê hesibandin.
Ji bo lêkolîna taybetmendiyên mekanîkî yên kefên hîdrojela algînatê, ceribandinên zexta yekalî bi karanîna makîneyek rêza TESTRESOURCES 100 hatin kirin. Nimûne di blokên çargoşeyî de hatin birîn û pîvanên blokê hatin pîvandin da ku zext û zorê werin hesibandin. Leza serê xaçê li 10 mm/min hate danîn. Ji bo her nimûneyê sê nimûne hatin ceribandin û navînî û devîasyona standard ji encaman hatin hesabkirin. Ev lêkolîn li ser taybetmendiyên mekanîkî yên zextkirinê yên kefên hîdrojela algînatê sekinî ji ber ku tevna pişikê di qonaxek diyarkirî ya çerxa nefesê de rastî hêzên zextkirinê tê. Bê guman dirêjkirin girîng e, nemaze ji bo nîşandana tevgera dînamîk a tevahî ya tevna pişikê û ev ê di lêkolînên pêşerojê de were lêkolîn kirin.
Nimûneyên kefên hîdrojelê yên amadekirî li ser skanerek CT ya du-kanal a Siemens SOMATOM Drive hatin skankirin. Parametreyên skankirinê wiha hatin danîn: 40 mAs, 120 kVp û stûriya perçeyê 1 mm. Pelên DICOM-ê yên encam bi karanîna nermalava MicroDicom DICOM Viewer hatin analîzkirin da ku nirxên HU yên 5 beşên xaçerê yên her nimûneyê werin analîzkirin. Nirxên HU yên ku bi CT-ê hatine bidestxistin bi hesabên teorîk ên li ser bingeha daneyên dendika nimûneyan re hatin berhev kirin.
Armanca vê lêkolînê ew e ku bi endezyariya materyalên nerm şoreşek di çêkirina modelên organên takekesî û tevnên biyolojîk ên sûnî de çêbike. Pêşxistina materyalên bi taybetmendiyên mekanîkî û radyolojîk ên ku bi mekanîka xebatê ya pişikên mirovan re li hev dikin ji bo sepanên hedefgirtî yên wekî baştirkirina perwerdehiya bijîşkî, plansaziya cerrahî û plansaziya radyoterapiyê girîng e. Di Wêne 1A de, me nelihevhatina di navbera taybetmendiyên mekanîkî û radyolojîk ên materyalên nerm ên ku tê texmîn kirin ku ji bo çêkirina modelên pişikên mirovan têne bikar anîn de xêz kir. Heta niha, materyalên ku taybetmendiyên radyolojîk ên xwestî nîşan didin hatine pêşve xistin, lê taybetmendiyên wan ên mekanîkî hewcedariyên xwestî bicîh naynin. Kef û lastîkî polîuretanê materyalên herî berbelav in ku ji bo çêkirina modelên pişikên mirovan ên deformable têne bikar anîn. Taybetmendiyên mekanîkî yên kef polîuretanê (modula Young, YM) bi gelemperî 10 heta 100 carî ji yên tevnên pişikên mirovan ên normal mezintir in. Materyalên ku hem taybetmendiyên mekanîkî û hem jî radyolojîk ên xwestî nîşan didin hîn nayên zanîn.
(A) Nûnertiya şematîk a taybetmendiyên cûrbecûr materyalên nerm û berawirdkirin bi pişikên mirovan re ji hêla densiteyê, modula Young û taybetmendiyên radyolojîk ve (bi HU). (B) Şêweya difraksiyona tîrêjên X ya hîdrojela algînatê \(\:\mu\:/\rho\:\) bi rêjeya 5% û rêjeya molar a Ca2+:-COOH ya 0.18. (C) Rêzeya rêjeyên qebareya hewayê di kefên hîdrojelê de. (D) Nûnertiya şematîk a kefên hîdrojela algînatê bi rêjeyên qebareya hewayê yên cûda.
Pêkhateya hêmanî ya hîdrojelên algînatê bi rêjeya %5 û rêjeya molar a Ca2+:-COOH ya 0.18 hate hesabkirin, û encam di Tabloya 3-an de têne nîşandan. Li gorî qaîdeya lêzêdekirinê ya di formula berê (5) de, katsayiya qelskirina girseyî ya hîdrojela algînatê \(\:\:\mu\:/\rho\:\) wekî ku di Wêne 1B de tê xuyang kirin tê bidestxistin.
Nirxên \(\:\mu\:/\rho\:\) ji bo hewa û avê rasterast ji databasa referansê ya standardên NIST 12612 hatine wergirtin. Ji ber vê yekê, Wêne 1C rêjeyên qebareya hewayê yên hesabkirî di kefên hîdrojel de bi nirxên wekhev ên HU di navbera -600 û -700 de ji bo pişikên mirovan nîşan dide. Rêjeya qebareya hewayê ya ku bi teorîkî hatiye hesabkirin di navbera 60-70% de di rêza enerjiyê de ji 1 × 10−3 heta 2 × 101 MeV sabît e, ku potansiyeleke baş ji bo sepandina kefên hîdrojel di pêvajoyên hilberînê yên paşîn de nîşan dide.
Wêne 1D nimûneya kefê hîdrojelê algînatê ya amadekirî nîşan dide. Hemû nimûne bi dirêjahiya qiraxa 12.7 mm hatine birîn. Encam nîşan dan ku kefek hîdrojelê ya homojen û sê-alî stabîl çêbûye. Bêyî ku rêjeya qebareya hewayê li ber çavan were girtin, di xuyangê kefên hîdrojelê de ti cûdahiyên girîng nehatin dîtin. Xwezaya xweragir a kefê hîdrojelê nîşan dide ku tora ku di nav hîdrojelê de çêbûye têra xwe xurt e ku giraniya kefê bixwe hilgire. Ji bilî rijandina piçek avê ji kefê, kefê ji bo çend hefteyan stabîlîteyek demkî jî nîşan da.
Bi pîvandina giranî û qebareya nimûneya kefê, dendika kefê hîdrojelê yê amadekirî \(\:\rho\:\) hate hesabkirin, û encam di Tabloya 4-an de têne nîşandan. Encam girêdayîbûna \(\:\rho\:\) bi rêjeya qebareya hewayê nîşan didin. Dema ku têra xwe hewa bi 50 ml nimûneyê re tê tevlihevkirin, dendik dibe ya herî nizm û 0.482 g/cm3 ye. Her ku mîqdara hewaya tevlihevkirî kêm dibe, dendik zêde dibe û digihîje 0.685 g/cm3. Nirxa p ya herî zêde di navbera komên 50 ml, 100 ml û 110 ml de 0.004 < 0.05 bû, ku girîngiya îstatîstîkî ya encaman nîşan dide.
Nirxa teorîk a \(\:\rho\:\) jî bi karanîna rêjeya qebareya hewaya kontrolkirî tê hesibandin. Encamên pîvandî nîşan didin ku \(\:\rho\:\) 0.1 g/cm³ ji nirxa teorîk piçûktir e. Ev cûdahî dikare bi zexta navxweyî ya ku di hîdrojelê de di dema pêvajoya jelasyonê de çêdibe were ravekirin, ku dibe sedema werimandinê û bi vî rengî dibe sedema kêmbûna \(\:\rho\:\). Ev yek bi çavdêriya hin valahiyên di hundurê kefê hîdrojelê de di wêneyên CT-yê yên ku di Wêne 2 (A, B û C) de têne nîşandan, bêtir hate piştrast kirin.
Wêneyên mîkroskopiya optîkî ya kefên hîdrojel bi naveroka qebareya hewayê ya cûda (A) 50, (B) 100, û (C) 110. Hejmarên şaneyan û belavbûna mezinahiya poran di nimûneyên kefên hîdrojel ên algînatê de (D) 50, (E) 100, (F) 110.
Wêne 3 (A, B, C) wêneyên mîkroskopa optîkî ya nimûneyên kefê hîdrojel bi rêjeyên cuda yên qebareya hewayê nîşan dide. Encam avahiya optîkî ya kefê hîdrojel nîşan didin, bi zelalî wêneyên kunên bi qûtrayên cuda nîşan didin. Belavbûna hejmara kun û qûtrayê bi karanîna ImageJ hate hesabkirin. Ji bo her nimûneyê şeş ​​wêne hatin girtin, mezinahiya her wêneyekî 1125.27 μm × 843.96 μm bû, û tevahiya rûbera analîzkirî ji bo her nimûneyê 5.7 mm² bû.
(A) Reftara zext-deformasyonê ya zextê ya kefên hîdrojel ên algînatê bi rêjeyên cûda yên qebareya hewayê. (B) Lihevhatina eksponensiyel. (C) Zêdekirina E0 ya kefên hîdrojel ên bi rêjeyên cûda yên qebareya hewayê. (D) Stresa zextê û deformasyona dawîn a kefên hîdrojel ên algînatê bi rêjeyên cûda yên qebareya hewayê.
Wêne 3 (D, E, F) nîşan dide ku belavbûna mezinahiya kunan nisbeten yekreng e, ji deh mîkrometreyan heta nêzîkî 500 mîkrometreyan diguhere. Mezinahiya kunan bi bingehîn yekreng e, û bi kêmbûna qebareya hewayê re hinekî kêm dibe. Li gorî daneyên ceribandinê, mezinahiya navînî ya kunan a nimûneya 50 ml 192.16 μm e, navîn 184.51 μm e, û hejmara kunan li ser yekîneya rûberê 103 e; mezinahiya navînî ya kunan a nimûneya 100 ml 156.62 μm e, navîn 151.07 μm e, û hejmara kunan li ser yekîneya rûberê 109 e; nirxên têkildar ên nimûneya 110 ml bi rêzê 163.07 μm, 150.29 μm û 115 in. Daneyan nîşan didin ku kunên mezintir bandorek mezintir li ser encamên îstatîstîkî yên mezinahiya navînî ya kunan dikin, û mezinahiya navîn a kunan dikare meyla guherîna mezinahiya kunan çêtir nîşan bide. Her ku qebareya nimûneyê ji 50 ml ber bi 110 ml zêde dibe, hejmara kunan jî zêde dibe. Bi hevberkirina encamên îstatîstîkî yên qûtra navîn a kunan û hejmara kunan, meriv dikare bigihîje wê encamê ku bi zêdebûna qebareyê re, di hundirê nimûneyê de kunên bêtir bi mezinahiya piçûktir çêdibin.
Daneyên ceribandina mekanîkî di Wêneyên 4A û 4D de têne nîşandan. Wêneya 4A tevgera zext-deformasyonê ya zextê ya kefên hîdrojel ên amadekirî bi rêjeyên cûda yên qebareya hewayê nîşan dide. Encam nîşan didin ku hemî nimûne xwedî tevgerên zext-deformasyonê yên ne-xêzik ên wekhev in. Ji bo her nimûneyê, stres bi zêdebûna deformasyonê zûtir zêde dibe. Xêzek eksponansiyel li tevgera zext-deformasyonê ya zextê ya kefa hîdrojel hate çêkirin. Wêneya 4B encamên piştî sepandina fonksiyona eksponansiyel wekî modelek nêzîkbûnê li ser kefa hîdrojel nîşan dide.
Ji bo kefên hîdrojel ên bi rêjeyên cuda yên qebareya hewayê, modula wan a zextkirinê (E0) jî hate lêkolînkirin. Mîna analîza hîdrojelan, modula Young a zextkirinê di navbera 20% zora destpêkê de hate lêkolînkirin. Encamên ceribandinên zextkirinê di Wêne 4C de têne nîşandan. Encamên di Wêne 4C de nîşan didin ku her ku rêjeya qebareya hewayê ji nimûneya 50 ber bi nimûneya 110 kêm dibe, modula Young a zextkirinê E0 ya kefa hîdrojel a algînat ji 10.86 kPa ber bi 18 kPa zêde dibe.
Bi heman awayî, xêzên stres-derengiya tevahî yên kefên hîdrojel, û her weha nirxên stres û derengiya dawîn ên zextê hatin bidestxistin. Wêne 4D stres û derengiya dawîn a zextê ya kefên hîdrojel ên algînat nîşan dide. Her xala daneyê navîniya sê encamên ceribandinê ye. Encam nîşan didin ku stresa zextê ya dawîn ji 9.84 kPa zêde dibe heta 17.58 kPa bi kêmbûna naveroka gazê. Derengiya dawîn li dora 38% sabît dimîne.
Wêne 2 (A, B, û C) wêneyên CT yên kefên hîdrojel bi rêjeyên cuda yên qebareya hewayê yên ku bi rêzê ve bi nimûneyên 50, 100, û 110 re têkildar in nîşan dide. Wêne nîşan didin ku kefa hîdrojel a çêbûyî hema hema homojen e. Di nimûneyên 100 û 110 de hejmareke piçûk ji valahiyan hat dîtin. Dibe ku çêbûna van valahiyan ji ber zexta navxweyî ya ku di hîdrojel de di dema pêvajoya jelasyonê de çêdibe be. Me nirxên HU ji bo 5 beşên xaçerê yên her nimûneyê hesab kirin û wan di Tabloya 5 de digel encamên hesabkirina teorîk ên têkildar rêz kirin.
Tabloya 5 nîşan dide ku nimûneyên bi rêjeyên cuda yên qebareya hewayê nirxên HU yên cuda bi dest xistine. Nirxa p ya herî zêde di navbera komên 50 ml, 100 ml û 110 ml de 0.004 < 0.05 bû, ku girîngiya îstatîstîkî ya encaman nîşan dide. Di nav sê nimûneyên ku hatine ceribandin de, nimûneya bi tevliheviya 50 ml xwedî taybetmendiyên radyolojîk ên herî nêzîkî yên pişikên mirovan bû. Stûna dawîn a Tabloya 5 encama ku bi hesabkirina teorîk li ser bingeha nirxa kefê ya pîvandî \(\:\rho\:\) hatiye bidestxistin e. Bi berhevkirina daneyên pîvandî bi encamên teorîk re, dikare were dîtin ku nirxên HU yên ku bi skankirina CT hatine bidestxistin bi gelemperî nêzîkî encamên teorîk in, ku ev jî encamên hesabkirina rêjeya qebareya hewayê di Wêne 1C de piştrast dike.
Armanca sereke ya vê lêkolînê ew e ku materyalek bi taybetmendiyên mekanîkî û radyolojîk ên ku bi yên pişikên mirovan re berawirdî ne, biafirîne. Ev armanc bi pêşxistina materyalek li ser bingeha hîdrojelê bi taybetmendiyên mekanîkî û radyolojîk ên wekhevî tevnê yên ku bi qasî ku pêkan nêzîkî yên pişikên mirovan in, hate bidestxistin. Bi rêberiya hesabên teorîk, kefên hîdrojelê bi rêjeyên qebareya hewayê yên cûda bi tevlihevkirina mekanîkî ya çareseriya sodyûm algînat, CaCO3, GDL û SLES 70 hatin amadekirin. Analîza morfolojîk nîşan da ku kefek hîdrojelê ya sê-alî ya homojen a stabîl çêbûye. Bi guhertina rêjeya qebareya hewayê, dendik û porozîteya kefê dikare li gorî daxwazê ​​​​were guhertin. Bi zêdebûna naveroka qebareya hewayê, mezinahiya poran hinekî kêm dibe û hejmara poran zêde dibe. Testên zextê hatin kirin da ku taybetmendiyên mekanîkî yên kefên hîdrojelê yên algînat werin analîz kirin. Encam nîşan dan ku modula zextê (E0) ya ji testên zextê hatî bidestxistin di rêza îdeal de ji bo pişikên mirovan e. E0 zêde dibe dema ku rêjeya qebareya hewayê kêm dibe. Nirxên taybetmendiyên radyolojîk (HU) yên nimûneyên amadekirî li ser bingeha daneyên CT yên nimûneyan hatin bidestxistin û bi encamên hesabên teorîk re hatin berhev kirin. Encam erênî bûn. Nirxa pîvandî jî nêzîkî nirxa HU ya pişikên mirovan e. Encam nîşan didin ku gengaz e ku kefên hîdrojel ên teqlîdkirina tevnê bi tevliheviyek îdeal a taybetmendiyên mekanîkî û radyolojîk ên ku taybetmendiyên pişikên mirovan teqlîd dikin werin afirandin.
Tevî encamên sozdar, rêbazên çêkirina heyî hewce ne ku werin baştirkirin da ku rêjeya qebareya hewayê û porozîteyê çêtir kontrol bikin da ku bi pêşbîniyên ji hesabên teorîk û pişikên mirovan ên rastîn re li gorî pîvanên gerdûnî û herêmî bin. Lêkolîna heyî jî bi ceribandina mekanîka zextê ve sînordar e, ku sepandina potansiyel a fantomê li qonaxa zextê ya çerxa nefesê sînordar dike. Lêkolîna pêşerojê dê ji lêkolîna ceribandina kişandinê û her weha aramiya mekanîkî ya giştî ya materyalê sûd werbigire da ku serîlêdanên potansiyel di bin şert û mercên barkirina dînamîk de binirxîne. Tevî van sînordarkirinan, lêkolîn hewldana yekem a serketî nîşan dide ku taybetmendiyên radyolojîk û mekanîkî di materyalek yekane de ku pişikên mirovan teqlîd dike, bi hev re bike yek.
Setên daneyan ên ku di dema lêkolîna heyî de hatine çêkirin û/an analîzkirin, li ser daxwazek maqûl ji nivîskarê têkildar peyda dibin. Hem ceribandin û hem jî setên daneyan dubarekirî ne.
Song, G., û yên din. Nanoteknolojiyên nû û materyalên pêşketî ji bo tîrêjdermaniya penceşêrê. Adv. Mater. 29, 1700996. https://doi.org/10.1002/adma.201700996 (2017).
Kill, PJ, û yên din. Rapora Hêza Peywirê ya AAPM 76a li ser Rêvebiriya Tevgera Bêhnvedanê di Onkolojiya Radyasyonê de. Med. Phys. 33, 3874–3900. https://doi.org/10.1118/1.2349696 (2006).
Al-Maya, A., Moseley, J., û Brock, KK Modelkirina navrû û ne-xêzikbûnên materyalê di pişikên mirovan de. Fîzîk û Derman û Biyolojî 53, 305–317. https://doi.org/10.1088/0031-9155/53/1/022 (2008).
Wang, X., û yên din. Modela kansera pişikê ya mîna tumorê ku bi çapkirina biyolojîk a 3D ve hatî çêkirin. 3. Biyoteknolojî. 8 https://doi.org/10.1007/s13205-018-1519-1 (2018).
Lee, M., û yên din. Modelkirina deformasyona pişikê: rêbazek ku teknîkên qeydkirina wêneyên deformable û texmîna modulusa Young a guherbar a cîhî bi hev re dike yek. Med. Phys. 40, 081902. https://doi.org/10.1118/1.4812419 (2013).
Guimarães, CF û yên din. Hişkbûna tevnên zindî û bandorên wê li ser endezyariya tevnên. Nature Reviews Materials and Environment 5, 351–370 (2020).