Nib óolal ikil a xíimbaltik nature.com. Le versión navegador ku meyajtiko' yaan jump'éel áantaj CSS limitado. Utia'al u ma'alo'obtal, k recomienda utilizar le ts'ook versión le navegador (wa tu'upul modo compatibilidad ti' Internet Explorer). Beyxan, uti'al u yantal áantaj, le ts'ono'oto' ma' yaan u táakbesik estilos mix JavaScript.
U péek le órganos yéetel le tejidos je'el conducir ti' errores ti' le posicionamiento le rayos X ichil le radioterapia. Le o'olale', k'a'abéet materiales yéetel propiedades mecánicas yéetel radiológicas equivalentes ti' le wa'ak'al utia'al u imitar le movimiento órgano utia'al u optimización le radioterapia. Ba'ale', u beeta'al le ba'alo'oba' láayli' jump'éel talamile'. Le hidrogeles alginato yaan ti'ob propiedades similares ti' le ti' le matriz extracelular, ku beetik u prometedores bey materiales equivalentes u wa'ak'al. Te' xook je'ela', espumas hidrogel alginato yéetel propiedades mecánicas yéetel radiológicas deseadas bino'ob sintetizadas tumen liberación Ca2 + in situ. Le relación iik'-volumen bin cuidadosamente controlada utia'al u kéen p'áatak espumas hidrogel yéetel propiedades mecánicas yéetel radiológicas definidas. Le macro- yéetel micromorfología le materiales bino'ob caracterizados, ka u comportamiento le espumas hidrogel yáanal compresión bin u estudiado. Le propiedades radiológicas bino'ob estimadas teóricamente yéetel verificadas experimentalmente utilizando tomografía computarizada. Le xooko' ku ts'áaik sáasil yóok'ol le futuro ma'alo'ob u materiales equivalentes ti' le wa'ak'al ku páajtal utilizar utia'al u optimización le dosis radiación yéetel kaambalil yo'osal calidad ichil le radioterapia.
Le radioterapiao' jump'éel ts'aak suuk uti'al le k'ak'as k'oja'anil cáncer1. U péek le órganos yéetel le tejidos tu menudo conduce ti' errores ti' le posicionamiento le rayos X ichil le terapia radiación2, ku páajtal resultar ti' le subtratamiento le tumor yéetel le sobreexposición le células saludables circundantes ti' le radiación innecesaria. U páajtalil u ya'ala'al u péek le órganos yéetel le tejidos jach crítico utia'al u minimizar le errores localización tumoral. Le xooko' tu ch'a'aj u yóol ti' le pulmones, ts'o'ok u máan deformaciones yéetel movimientos significativos ken le k'oja'ano'ob respiran ichil le radioterapia. Ya'abkach modelos u elementos finitos u séen desarrollado yéetel aplicados utia'al u simular le movimiento pulmones humanos3,4,5. Ba'ale', u wíinkilal yéetel u wa'ak'al wíinik yaan ti'ob geometrías complejas yéetel jach dependientes ti' le k'oja'ano'obo'. Le o'olale', le materiales yéetel propiedades equivalentes ti' le wa'ak'al le jach útiles utia'al u ma'alo'obkíinsiko'ob modelos físicos utia'al u validar modelos teóricos, facilitar le Ts'a'akal mejorado, yéetel utia'al u fines educación ts'aak.
Le ma'alo'ob materiales imitadores u wa'ak'al O'olkij utia'al u kaxta'al u yúuchul geometrías estructurales externas yéetel internas complejas ts'o'ok u atraído ya'ab óolal tuméen u inconsistencias mecánicas inherentes páajtal conducir ti' fallas ti' le aplicaciones objetivo6,7. U modelado le biomecánica compleja ti' u wa'ak'al pulmonar, ku combina extrema suavidad, elasticidad yéetel porosidad estructural, plantea jump'éel desafío significativo ti' le ma'alo'ob modelos ku reproducen yéetel precisión le pulmón humano. Le integración yéetel le coincidencia propiedades mecánicas yéetel radiológicas le críticas utia'al u rendimiento xoknáalo'obo' u modelos pulmonares ti' le intervenciones terapéuticas. Le fabricación aditiva ts'o'ok u demostrado u xoknáalo'obo' ti' le ma'alo'ob modelos específicos ti' le k'oja'ano'obo', permitiendo prototipos séeba'an u diseños complejos. Shin et al. 8 tu beetaj jump'éel bix u pulmón reproducible yéetel deformable yéetel vías respiratorias impresas ti' 3D. Haselaar et al. 9 desarrolló jump'éel fantasma jach similar ti' le k'oja'ano'ob reales utia'al u evaluación ma'alobil wíimbala' yéetel métodos verificación posición utia'al u radioterapia. Hong et al10 desarrollaron jump'éel bix u CT u pecho utilizando ma'alo'obtal u impresión 3D yéetel fundición silicona utia'al u reproducir le intensidad CT jejeláas lesiones pulmonares utia'al u evaluar le exactitud le cuantificación. Ba'ale', le k'iino'oba' prototipos ku beeta'al tu menudo u materiales cuyas propiedades xoknáalo'obo' le jach jela'an u le u wa'ak'al pulmonar11.
Bejla'e', óol tuláakal le máasewáalo'obo' ti' le fantasmas pulmonares ku beeta'al u espuma silicona wa poliuretano, ku ma' coinciden yéetel le propiedades mecánicas yéetel radiológicas u parénquima pulmonar xíimbal tumen.12,13 Le hidrogeles alginato ku biocompatibles yéetel séen sido ampliamente utilizados ti' le ingeniería t'aan debido a u propiedades mecánicas sintonizables.14 Ba'ale', reproduciendo le consistencia ultra-soft, jump'éel fantasma pulmón requiere u jump'éel fantasma pulmonar bey jump'éel pulmón ku chíikpajal yéetel precisión le elasticidad yéetel le ba'ax u llenado u wa'ak'al pulmonar sigue siendo jump'éel desafío experimental.
Te' xook je'ela', ku tukulta'al u wa'ak'al u pulmón jump'éel xooko'obo' elástico homogéneo. U densidad u wa'ak'al u pulmón wíinik (\(\:\rho\:\)) ku ya'ala'al ti' 1.06 g leti' cm3, yéetel u densidad le pulmón inflado jach 0.26 g leti' cm315. U ts'o'ok u k'amik jump'éel amplia gama u módulo u Young (MY) u wa'ak'al pulmonar utilizando jejeláas métodos experimentales. Lai-Fook et al. 16 tu p'iis u YM u pulmón wíinik yéetel inflación uniforme u 0.42-6.72 kPa. Goss et al. 17 tu meyajtaj elastografía tumen resonancia magnética yéetel tu ya'alaj jump'éel YM 2.17 kPa. Liu yéetel u láak'o'ob. 18 tu ya'alaj jump'éel YM medido Jun ti' 0.03-57.2 kPa. Ilegbusi et al. 19 tu tukultaj le YM 0.1-2.7 kPa basado ti' datos 4D CT obtenidos ti' k'oja'ano'ob seleccionados.
Utia'al u propiedades radiológicas ti' le pulmón, ku meyajtiko'ob ya'ab parámetros utia'al u describir le comportamiento interacción u wa'ak'al pulmonar yéetel rayos X, incluyendo le composición elemental, densidad electrones (\(\:{\rho\:}_{e}\)), meyaj ku atómico xoknáalo'obo' (\(\:{Z}_{eff}\)), energía excitación promedio (\:\:\) coeficiente u masificación (\(\:\mu\:/\rho\:\)) yéetel le unidad Hounsfield (HU), ku Jun relacionada yéetel \(\:\mu\:/\rho\:\).
Densidad electrones \(\:{\rho\:}_{e}\) ku jets'ik bey le meyaj ku electrones tumen unidad volumen yéetel ku calcula bey Chúuns:
tu'ux \(\:\rho\:\) leti' u densidad le xooko'obo' ti' g/cm3, \(\:{N}_{A}\) leti' le constante Avogadro, \(\:{w}_{i}\) leti' le fracción juuch', \(\:{Z}_{i}\) leti' le meyaj ku atómico, yéetel \(\{A}\{i}\) leti' le peso a i-th elemento.
Le meyaj ku atómico yaan Jun ba'al u yil yéetel u kuxtal le interacción radiación ichil le xooko'obo'. Utia'al u compuestos yéetel mezclas ku taasik ya'ab elementos (je'ebix, nook'o'ob), k'a'abéet u calcular u meyaj ku atómico xoknáalo'obo' \(\:{Z}_{eff}\). Le fórmula bin u propuesta tumen Murthy et al. 20:
Le energía excitación chúumuk \(\:I\) ku tsolik bix u ch'a'abal u energía cinética le partículas penetrantes tumen le xooko'obo' objetivo. Chéen ku tsolik u propiedades le xooko'obo' objetivo yéetel mina'an mixba'al u yil yéetel le propiedades le partículas. \(\:I\) je'el u páajtal u calcular u aplicando le regla aditividad u Bragg:
Le coeficiente atenuación juuch' \(\:\mu\:/\rho\:\) ku tsolik u penetración yéetel u liberación energía le fotones ti' le xooko'obo' objetivo. Je'el u páajtal u calcular u utilizando le je'ela' fórmula:
Tu'ux \(\:x\) leti' u espesor le xooko'obo', \(\:{I}_{0}\) leti' le intensidad sáasil ku taal, yéetel \(\:I\) leti' le intensidad fotón ka' u penetración ti' le xooko'obo'. \(\:\mu\:/\rho\:\) datos páajtal kéen p'áatak Jun ti' le k'oja'ano'obo' u datos u k'a'ana'an u estándares NIST 12621. \(\:\mu\:/\rho\:\) valores utia'al u mezclas yéetel compuestos páajtal u derivados utilizando le regla aditividad bey Chúuns:
HU leti' jump'éel unidad estandarizada xma' dimensiones u medición le radiodensidad ti' le interpretación datos tomografía computarizada (TC), ku transforma linealmente ti' le coeficiente atenuación medido \(\:\mu\:\). ku ya'ala'al bey:
tu'ux \(\:{\mu\:}_{ja'}\) leti' u coeficiente u atenuación le ja'o', yéetel \(\:{\mu\:}_{iik'}\) leti' le coeficiente u atenuación le iik'o'. Le o'olale', ti' le fórmula (6) k ilik u le je'o' HU ti' le ja'o' jach 0, yéetel le je'o' HU ti' le iik'o' jach -1000. U tojol HU uti'al u pulmón wíinik ku bin ichil -600 tak -70022.
Yaan ya'ab materiales equivalentes u wa'ak'al u séen desarrollado. Griffith et al. 23 desarrolló jump'éel bix u equivalente u wa'ak'al u torso humano meentik u poliuretano (PU) ti' le ku añadieron jejeláas concentraciones carbonato calcio (CaCO3) utia'al u simular le coeficientes atenuación lineal u jejeláas órganos humanos incluyendo le pulmón humano, ka le modelo bin u k'aaba' Griffith. Taylor24 tu ts'áaj k'ajóoltbil jump'éel segunda modelo equivalente u wa'ak'al pulmonar desarrollado tumen Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), k'aaba' LLLL1. Traub et al.25 desarrollaron jump'éel túumben sustituto u wa'ak'al pulmonar utilizando Foamex XRS-272 ku taasik 5.25% CaCO3 bey juntúul potenciador rendimiento, ku bin u k'aaba' ALT2. Le tablas 1 yéetel 2 ku ye'esik jump'éel comparación \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) yéetel le coeficientes atenuación juuch' utia'al u pulmón humano (ICRU-44) yéetel le modelos equivalentes u wa'ak'al anteriores.
Kex yaan ma'alob propiedades radiológicas, óol tuláakal le materiales fantasma ku beeta'al yéetel espuma poliestireno, ba'ax u k'áat u ya'al ti' le propiedades mecánicas ti' le k'iino'oba' materiales ma' táan u béeytal u náats'alil yéetel le u pulmones humanos. Le módulo Young (YM) ti' le espuma poliuretano jach yan 500 kPa, ba'ax le náach u ideal ti' comparación yéetel le pulmones humanos normales (yan 5-10 kPa). Le o'olale', k'a'abéet u beeta'al jump'éel túumben xooko'ob je'el u páajtal u beetik yéetel le yáantajo'ob mecánicas yéetel radiológicas ti' le pulmones humanos reales.
Le hidrogeles ku meyajtiko'ob ampliamente ti' le ingeniería t'aan. U ba'ax yéetel u propiedades le similares ti' le matriz extracelular (ECM) yéetel ku uchik ajustables. Te' xook je'ela', le alginato sodio Chen séen bin yéeyik bey le biomaterial utia'al u preparación le espumas. Le hidrogeles alginato ku biocompatibles yéetel ampliamente utilizados ti' le ingeniería t'aan debido a u propiedades mecánicas ajustables. Le composición elemental ti' le alginato sodio (C6H7NaO6)n yéetel u yaantal Ca2+ ku cha'antik u propiedades radiológicas u ajustar u k'a'abéet. Le combinación propiedades mecánicas yéetel radiológicas ajustables ku beetik u le hidrogeles alginato ideales utia'al k xook. Bey túuno', le hidrogeles alginato yaan xan u limitaciones, especialmente ti' términos u estabilidad in chowak plazo ichil le ciclos respiratorios simulados. Le o'olale', k'a'abéet u beeta'al uláak' mejoras yéetel ku pa'ta'al ti' xook ku taal u k'iini' uti'al u yutskíinta'al le ba'alo'oba'.
Te' meyaja', k meentik jump'éel xooko'obo' espuma hidrogel alginato yéetel valores rho controlables, elasticidad yéetel propiedades radiológicas similares ti' le u wa'ak'al pulmonar humano. Le xooko' yaan u ts'aik jump'éel solución general uti'al u fabricación fantasmas bey u wa'ak'al yéetel propiedades elásticas yéetel radiológicas sintonizables. Le propiedades materiales páajtal u uchik adaptadas ti' je'el ba'ax wa'ak'al yéetel órgano humano.
Le relación iik' yéetel volumen objetivo ti' le espuma hidrogel bin u calculada basada ti' le rango HU ti' le pulmones humanos (-600 u -700). ku tukulta'al le espumao' jump'éel xa'ak'ta'al iik' yéetel hidrogel alginato sintético. Utilizando jump'éel regla simple u adición u elementos individuales \(\:\mu\:/\rho\:\), le fracción volumen iik' yéetel le relación volumen le hidrogel alginato sintetizado je'el u páajtal u calculado.
Le espumas hidrogel alginato bino'ob preparadas utilizando alginato sodio (Parte No. W201502), CaCO3 (Part No. 795445, MW: 100.09), yéetel GDL (Part No. G4750, MW: 178.14) adquiridos ti' Sigma-Aldrich, St Louis Company, MO. 70% Sulfato de éter de lauril sodio (SLES 70) bin u adquirido ti' Renowned Trading LLC. Ja' desionizada u utilizado ti' le tuukula' preparación espuma. Le alginato sodio ku disolvió ti' ja' desionizada u temperatura ambiente yéetel agitación constante (600 rpm) tak ka u obtuvo jump'éel solución translúcida k'an homogénea. CaCO3 yéetel GDL bin utilizado bey fuente Ca2 + utia'al u iniciar le gelación. SLES 70 bin utilizado bey juntúul tensioactivo utia'al u formar jump'éel ba'ax porosa ichil le hidrogel. Le concentración alginato bin u mantenida ti' le 5 ti chúumuk yéetel le relación molar Ca2 +:-COOH bin u mantenida ti' 0.18. Le relación molar CaCO3:GDL xan u mantenía ti' 0.5 ichil le preparación espuma utia'al u mantener jump'éel pH neutro. Le je'o' leti' 26. 2% tumen volumen SLES 70 bin u añadido ti' tuláakal le muestras. Utia'al u controlar le relación mezcla ti' le solución yéetel le iik'o', meyajnaj jump'éel vaso yéetel u maak. U volumen tuláakal le vasoo' 140 ml. K'oja'ano'obo' u ya'ala'al máaxo'ob máano'ob le cálculo teórico, jejeláas volúmenes le mezcla (50 ml, 100 ml, 110 ml) ku añadieron ti' le vaso utia'al u xa'ak'tik yéetel iik'. Le muestra ku taasik 50 ml ti' le mezcla bin diseñada utia'al u xa'ak'tik yéetel suficiente iik', ka' jo'op' u le relación volumen iik' ti' le uláak' ka'ap'éel muestras bin controlada. Yáax, SLES 70 ku ts'áabal ti' le solución alginato yéetel agitado yéetel juntúul agitador eléctrico tak ka completamente xa'ak'pajal. Tu láak', le suspensión CaCO3 bin u añadida ti' le mezcla yéetel revuelta continuamente tak ka le mezcla bin completamente xa'ak'tan yéetel, ka u boonil k'expajal ti' sak. Tu ts'ooke', le solución GDL ku ts'áabal ti' le mezcla utia'al u iniciar le gelación, ka u agitación mecánica u mantiene ichil le tuukula'. Utia'al le muestra ku taasik 50 ml ti' le mezcla, u agitación mecánica u je'elsik ka u volumen le mezcla je'elsik u k'eexpajal. Utia'al le muestras ku taasik 100 ml yéetel 110 ml ti' le mezcla, u agitación mecánica u je'elsik ka le mezcla Chuup yéetel le vaso. Xan k intentado preparar espumas hidrogel yéetel juntúul volumen ichil 50 ml yéetel 100 ml. Ba'ale', u yila'al u inestabilidad estructural ti' le espuma, bey u fluctuaba ichil le noj mezcla iik' completa yéetel le noj kaambalil yo'osal volumen iik', ts'áaik tumen resultado kaambalil yo'osal volumen inconsistente. Le inestabilidad introdujo incertidumbre ti' le cálculos, ka tune' le rango volumen ma' bin incluido ti' le xooko'.
Le densidad \(\:\rho\:\) ti' jump'éel espuma hidrogel ku calcula tumen P'iis le juuch'o' \(\:m\) yéetel volumen \(\:V\) ti' jump'éel muestra espuma hidrogel.
Máak microscópicas ópticas u espumas hidrogel u obtuvieron utilizando jump'éel cámara Zeiss Axio Observer A1. Le software ImageJ bin utilizado utia'al u calcular le meyaj ku yéetel le Buka'aj distribución poros ti' jump'éel muestra ti' jump'éel cierta yo'osal basada ti' le máak obtenidas. U beyo' le poro ku tukulta'al u wóoliso'.
Utia'al u xook le propiedades mecánicas ti' le espumas hidrogel alginato, u realizaron pruebas u compresión uniaxial utilizando jump'éel máquina serie TESTRESOURCES 100. Le muestras bino'ob cortadas ti' bloques rectangulares yéetel le dimensiones le bloque bino'ob P'iis utia'al u calcular le tensiones yéetel cepas. U velocidad le cabeza cruzada bin establecida ti' 10 mm leti' min. Óoxp'éel muestras bino'ob probadas utia'al Amal muestra yéetel le promedio yéetel le desviación estándar bino'ob calculados ti' ya'ala'al máaxo'ob máano'ob. Le xooko' tu ch'a'aj u yóol ti' le propiedades mecánicas compresivas ti' le espumas hidrogel alginato ts'o'ok u u wa'ak'al pulmonar táan sometido ti' muuk' compresión ti' jump'éel jaaj p'isibij ti' le ciclo respiratorio. Le extensibilidad jach Ba'axten supuesto crucial, especialmente utia'al u reflejar le comportamiento dinámico k'iini' u wa'ak'al pulmonar yéetel le ba'ala' yaan u investigado ti' xook futuros.
Le muestras espuma hidrogel preparadas bino'ob u escaneadas ti' jump'éel escáner CT ka'ap'éel canales Siemens SOMATOM Drive. Le parámetros u exploración bino'ob establecidos bey Chúuns: 40 mAs, 120 kVp yéetel 1 mm espesor le rebanada. Le archivos DICOM resultantes bino'ob analizados utilizando software MicroDicom DICOM Viewer utia'al u analizar le valores HU ti' 5 secciones transversales ti' Amal muestra. Le HU valores obtenidos tumen CT bino'ob comparados yéetel cálculos teóricos basados ​​ti' le datos densidad le muestras.
U tuukulil le xooko' leti' u k'exik u beeta'al modelos individuales ti' órganos yéetel tejidos biológicos artificiales tumen ingeniería materiales suaves. Ma'alo'ob materiales yéetel propiedades mecánicas yéetel radiológicas ku coinciden yéetel le mecánica meyaj pulmones humanos jach Páaybe'en utia'al aplicaciones dirigidas bey ma'alo'obkíinsiko'ob le formación ts'aak, planificación quirúrgica, yéetel planificación terapia radiación. Ti' le yoochel 1A, trazamos le discrepancia ichil le propiedades mecánicas yéetel radiológicas ti' materiales suaves putativamente utilizados utia'al u fabricar modelos pulmones humanos. Tak bejla'e', ts'o'ok u beeta'al ba'alo'ob ku ye'esik le propiedades radiológicas deseadas, ba'ale' u propiedades mecánicas ma' cumplen yéetel le requisitos deseados. Le espuma poliuretano yéetel le caucho le le materiales asab utilizados utia'al u fabricación modelos pulmón humano deformable. Le propiedades mecánicas ti' le espuma poliuretano (módulo u Young, YM) ku típicamente 10 u 100 Óoxten asab nukuch u le u wa'ak'al pulmonar humano normal. Le ba'alo'ob ku ye'esik le propiedades mecánicas yéetel radiológicas k'áato'obo' láayli' ma' k'ajóolta'ano'ob.
(A) Representación esquemática ti' le propiedades jejeláas materiales suaves yéetel comparación yéetel pulmón humano ti' términos u densidad, módulo u Young yéetel propiedades radiológicas (ti' HU). (B) patrón difracción rayos X ti' \(\:\mu\:/\rho\:\) hidrogel alginato yéetel juntúul concentración 5% yéetel juntúul relación molar Ca2+:-COOH u 0.18. (C) Rango u volumen iik' proporciones ti' espumas hidrogel. (D) Representación esquemática u espumas hidrogel alginato yéetel jejeláas proporciones volumen iik'.
Le composición elemental ti' le hidrogeles alginato yéetel juntúul concentración 5% yéetel juntúul relación molar Ca2+:-COOH u 0.18 bin calculada, ka ya'ala'al máaxo'ob máano'ob ku muestran ti' le cuadro 3. Bin le regla adición ti' le fórmula anterior (5), le coeficiente atenuación juuch'o' ti' le hidrogel alginato \(\:\:\mu\:\:) ku ye'esik ti' le figura\ 1B.
Le \(\:\mu\:/\rho\:\) valores utia'al u iik' yéetel ja' bino'ob obtenidos Jun ti' le k'oja'ano'obo' u datos u referencia u estándares NIST 12612. Beyo', le yoochel 1C ku ye'esik le relación volumen iik' calculado ti' espumas hidrogel yéetel valores equivalentes HU ichil -600 yéetel -700 utia'al u pulmón humano. Le relación volumen iik' calculado teóricamente jach estable ichil 60-70% ti' le rango energía u 1 × 10−3 u 2 × 101 MeV, indicando ma'alo'ob potencial utia'al u ka'anatako'ob espuma hidrogel ti' procesos fabricación aguas abajo.
U yoochel 1D ku ye'esik le muestra espuma hidrogel alginato preparado. Tuláakal le muestras bino'ob cortadas ti' cubos yéetel juntúul longitud borde 12.7 mm. Le ba'ax jóok'o' tu ye'esaj u beeta'al jump'éel espuma hidrogel homogénea, tridimensionalmente estable. Ma' importa le relación volumen iik', ma' u observaron diferencias significativas ti' le apariencia le espumas hidrogel. Le naturaleza autosuficiente ti' le espuma hidrogel sugiere u le páawo'ob formada ichil le hidrogel jach tu píibo' k'a'am utia'al u soportar u peso le espuma je'el wéet. Beyxan ti' jump'éel chan cantidad ja' ku jóok'ol ti' le espuma, le espuma xan tu ye'esaj estabilidad transitoria ichil ya'abkach semanas.
Ikil u p'iis u juuch' yéetel u volumen le muestra espuma, u densidad le espuma hidrogel preparada \(\:\rho\:\) bin calculada, ka ya'ala'al máaxo'ob máano'ob ku muestran ti' le cuadro 4. Ya'ala'al máaxo'ob máano'ob muestran le dependencia \(\:\rho\:\) ti' le relación volumen iik'. Le ken u xa'ak'pajal suficiente iik' yéetel 50 ml ti' le muestra, le densidad ku p'áatal ti' le asab baja yéetel jach 0.482 g leti' cm3. Bix u yéemel u cantidad le iik'o' xa'ak'ta'ano', le densidad ku ya'abtal tak 0.685 g leti' cm3. Le je'o' p máximo ichil le múuch' 50 ml, 100 ml yéetel 110 ml bin 0.004 < 0.05, indicando le significado estadístico ti' ya'ala'al máaxo'ob máano'ob.
Le je'o' teórico \(\:\rho\:\) xan u calcula utilizando le relación volumen iik' controlado. Le ba'ax ku yila'al ku ye'esik \(\:\rho\:\) 0.1 g/cm3 asab chichan ti' le je'o' teórico. Le jela'anil je'el u páajtal u tsolik tumen le estrés interno generado ti' le hidrogel ichil le tuukula' gelación, ku causa hinchazón yéetel bey conduce ti' jump'éel disminución ti' \(\:\rho\:\). Le je'ela' bin asab confirmado tumen le observación yaan brechas ichil le espuma hidrogel ti' le máak CT ku ye'esik ti' le yoochel 2 (A, B yéetel C).
U yoochel microscopía óptica ti' espumas hidrogel yéetel jejeláas contenidos volumen iik' (A) 50, (B) 100, yéetel (C) 110. Números u células yéetel distribución Buka'aj poro ti' muestras espuma hidrogel alginato (D) 50, (E) 100, (F) 110.
U yoochel 3 (A, B, C) ku ye'esik u yoochel le microscopio óptico ti' le muestras espuma hidrogel yéetel jejeláas proporciones volumen iik'. Le ba'ax ku yila'alo' ku ye'esik u ba'ax óptica ti' le espuma hidrogel, ku ye'esik chika'an u yoochel le poros yéetel jejeláas diámetros. U t'o'oxol u meyaj ku poro yéetel u kóochil bin u calculado utilizando ImageJ. Seis máak ch'a'abal uti'al Amal muestra, Amal oochelo' yaan ka'ach jump'éel Buka'aj 1125.27 μm × 843.96 μm, yéetel le yo'osal analizada total uti'al Amal muestra bin 5.7 mm2.
(A) Comportamiento tensión-deformación compresiva ti' le espumas hidrogel alginato yéetel jejeláas proporciones volumen iik'. (B) ajuste exponencial. (C) Compresión E0 ti' espumas hidrogel yéetel jejeláas proporciones volumen iik'. (D) tensión compresión final yéetel deformación espumas hidrogel alginato yéetel jejeláas proporciones volumen iik'.
U yoochel 3 (D, E, F) ku ye'esik u t'o'oxol u nojchil le poro jach relativamente uniforme, ku bino'ob tak decenas u micrómetros u yan 500 micrómetros. Le Buka'aj le poro jach básicamente uniforme, ka disminuye ligeramente bey disminuye le volumen iik'. Je'el bix u ya'alik le datos prueba, le Buka'aj chúumuk poro ti' le muestra 50 ml jach 192.16 μm, le mediana jach 184.51 μm, yéetel le meyaj ku poros tumen unidad yo'osal jach 103; u chúumuk u nojchil le poro ti' le muestra 100 ml jach 156.62 μm, le mediana jach 151.07 μm, yéetel le meyaj ku poros tumen unidad yo'osal jach 109; le valores correspondientes ti' le muestra 110 ml ku 163.07 μm, 150.29 μm yéetel 115, respectivamente. Le datos ku ye'esik u le poros asab nukuch yaan jump'éel asab influencia ti' ya'ala'al máaxo'ob máano'ob estadísticos ti' le Buka'aj chúumuk le poro, yéetel le Buka'aj chúumuk le poro je'el reflejar utsil le tendencia k'eexpajal le Buka'aj le poro. Bix u ya'abtal u volumen le muestra ti' 50 ml u 110 ml, le meyaj ku poros xan aumenta. Wa ku ts'áabal u ya'ala'al máaxo'ob máano'ob estadísticos ti' le metros mediano ti' le poro yéetel le meyaj ku poro, je'el u páajtal u concluir u yéetel le aumento volumen, asab poros u menor Buka'aj ku forman ichil le muestra.
Le datos prueba mecánica ku muestran ti' le figuras 4A yéetel 4D. Le yoochel 4A ku ye'esik u comportamiento le tensión-deformación compresiva ti' le espumas hidrogel preparadas yéetel jejeláas proporciones volumen iik'. Le ba'ax ku yila'alo' ku ye'esik tuláakal le muestra'obo' yaan ti'ob jump'éel comportamiento ma' lineal ti' tensión-deformación. Utia'al Amal muestra, le estrés ku ya'abtal asab séeba'an yéetel u ya'abtal le tensión. Juntúul curva exponencial bin ajustada ti' le comportamiento tensión-deformación compresiva ti' le espuma hidrogel. Le yoochel 4B ku ye'esik ya'ala'al máaxo'ob máano'ob ka' aplicar le función exponencial bey juntúul bix u aproximación ti' le espuma hidrogel.
Utia'al le espumas hidrogel yéetel jejeláas proporciones volumen iik', u módulo compresión (E0) xan bin u estudiado. Bey je'el bix le análisis ti' le hidrogeles, le módulo Young compresivo bin investigado ti' le rango 20 ti chúumuk cepa inicial. Ya'ala'al máaxo'ob máano'ob le pruebas compresión ku muestran ti' le yoochel 4C. Ya'ala'al máaxo'ob máano'ob ti' le yoochel 4C muestran u bey le relación volumen iik' disminuye u muestra 50 u muestra 110, le módulo Young compresivo E0 ti' le espuma hidrogel alginato aumenta u 10.86 kPa u 18 kPa.
Bey xan, u obtuvieron le curvas completas u tensión-deformación le espumas hidrogel, bey le valores tensión yéetel deformación compresión finales. Le yoochel 4D ku ye'esik le tensión compresión final yéetel le deformación ti' le espumas hidrogel alginato. Amal ch'aaj datos leti' le promedio óoxp'éel ya'ala'al máaxo'ob máano'ob le prueba. Ya'ala'al máaxo'ob máano'ob muestran u le tensión compresión final aumenta u 9.84 kPa u 17.58 kPa yéetel disminución contenido gas. Le ts'ook cepa ku p'áatal estable ti' yan 38%.
Le yoochel 2 (A, B, yéetel C) ku ye'esik le máak CT ti' espumas hidrogel yéetel jejeláas proporciones volumen iik' correspondientes ti' le muestras 50, 100, yéetel 110, respectivamente. Le oochelo'obo' ku ye'esik u le espuma hidrogel formado jach óol homogénea. Juntúul chan meyaj ku u brechas bino'ob observadas ti' le muestras 100 yéetel 110. Le formación le k'iino'oba' brechas je'el u páajtal u debido a le estrés interno generado ti' le hidrogel ichil le tuukula' gelación. K calculamos le valores HU utia'al u 5 secciones transversales ti' Amal muestra yéetel enumeramos ti' le cuadro 5 junto yéetel ya'ala'al máaxo'ob máano'ob cálculo teórico correspondiente.
Le cuadro 5 ku ye'esik le muestras yéetel jejeláas proporciones volumen iik' obtuvieron jejeláas valores HU. Le je'o' p máximo ichil le múuch' 50 ml, 100 ml yéetel 110 ml bin 0.004 < 0.05, indicando le significado estadístico ti' ya'ala'al máaxo'ob máano'ob. ichil le óoxp'éel muestras probadas, le muestra yéetel 50 ml mezcla yaan ka'ach le propiedades radiológicas asab náats'al ti' le pulmones humanos. Le ts'ook columna ti' le cuadro 5 leti' le resultado obtenido tumen cálculo teórico basado ti' le je'o' espuma medida \(\:\rho\:\). Wa ku ke'etel le datos medidos yéetel le resultados teóricos, je'el u páajtal u kaxtik u le valores HU obtenidos tumen le exploración CT ku generalmente naats'il ti' ya'ala'al máaxo'ob máano'ob teóricos, ku a su vez confirma ya'ala'al máaxo'ob máano'ob cálculo relación volumen iik' ti' le yoochel 1C.
U noj ba'alil le xooko' leti' u beetik jump'éel ba'al yaan u propiedades mecánicas yéetel radiológicas ku ke'etel yéetel le yaan ti' u pulmón wíinik. Le ba'ala' bin u logrado tumen le ma'alo'ob jump'éel xooko'obo' basado ti' hidrogel yéetel propiedades mecánicas yéetel radiológicas equivalentes u wa'ak'al personalizadas ku jach náats'al je'el bixake' páajtal ti' le u pulmones humanos. Guiado tumen cálculos teóricos, espumas hidrogel yéetel jejeláas proporciones volumen iik' bino'ob preparadas tumen mezcla mecánicamente solución alginato sodio, CaCO3, GDL yéetel SLES 70. Análisis morfológico tu ye'esaj u formado jump'éel espuma hidrogel estable tridimensional homogénea. Ikil u k'e'exel u relación u volumen le iik'o', u densidad yéetel u porosidad le espuma je'el u páajtal u variar u voluntad. Yéetel u ya'abtal u volumen le iik'o', le Buka'aj le poro disminuye ligeramente yéetel le meyaj ku poros aumenta. U beeta'al pruebas ti' compresión uti'al u xak'alta'al u propiedades mecánicas ti' le espumas hidrogel alginato. Le ba'ax ts'o'ok u yila'alo' tu ye'esaj u le módulo compresión (E0) obtenido ti' le pruebas compresión táan ti' le rango ideal utia'al u pulmones humanos. E0 ku ya'abtal je'el bix u yéemel u relación u volumen le iik'o'. Le valores ti' le propiedades radiológicas (HU) ti' le muestras preparadas bino'ob obtenidos basados ​​ti' le datos CT ti' le muestras yéetel comparados yéetel ya'ala'al máaxo'ob máano'ob cálculos teóricos. Ya'ala'al máaxo'ob máano'ob bino'ob favorables. Le je'o' p'iis xan naats' ti' le je'o' HU ti' le pulmones humanos. Le ba'ax ku yila'alo' ku ye'esik je'el u páajtal u beeta'al espumas hidrogel ku imitar u wa'ak'al yéetel jump'éel combinación ideal ti' propiedades mecánicas yéetel radiológicas ku imitan le propiedades pulmones humanos.
Kex yaan ya'ala'al máaxo'ob máano'ob prometedores, le métodos fabricación actuales k'a'abéet u ma'alo'obkíinsiko'ob utia'al u ma'alo'obkíinsiko'ob u controlar le relación volumen iik' yéetel le porosidad utia'al u coincida yéetel predicciones cálculos teóricos yéetel pulmones humanos reales ti' escalas globales yéetel locales. Le xooko' yaan bejla'e' xan u limita ti' le prueba le mecánica compresión, ku limita le ka'anatako'ob potencial ti' le fantasma ti' le fase compresión ti' le ciclo respiratorio. Le investigación futura ku beneficiaría u investigar le pruebas tracción bey le estabilidad mecánica global ti' le xooko'obo' utia'al u evaluar aplicaciones potenciales yáanal condiciones kuuch dinámica. Kex yaan le ba'alo'oba', le xooko' ku ye'esik le yáax intento exitoso u combinar propiedades radiológicas yéetel mecánicas ti' jump'éel chéen xooko'obo' ku imita le pulmón humano.
Le conjuntos datos generados yéetel leti' wa analizados ichil le xooko' actuales táan disponibles ti' le autor correspondiente ti' le j-na'akij razonable. Le experimentos yéetel le conjuntos datos ku páajtal reproducir.
Song, G., et al. Túumben nanotecnologías yéetel materiales avanzados uti'al u terapia radiación ti' le k'ak'as k'oja'anil cáncer. Adv. Mater. 29, 1700996. https://doi.org/10.1002/adma.201700996 (2017).
Kill, PJ, et al. Informe ti' le AAPM 76a Task Force yóok'ol le gestión movimiento respiratorio ti' le oncología tumen radiación. Med. Física. 33, 3874–3900. https://doi.org/10.1118/1.2349696 (2006).
Al-Maya, A., Moseley, J., yéetel Brock, KK Modelando le interfaz yéetel le ma' lineales materiales ti' le pulmón humano. Física yéetel ts'aak yéetel biología 53, 305-317. https://doi.org/10.1088/0031-9155/53/1/022 (2008).
Wang, X., et al. Modelo u k'ak'as k'oja'anil cáncer u pulmón bey tumor generado tumen bioimpresión 3D. 3. Biotecnología. 8 https://doi.org/10.1007/s13205-018-1519-1 (2018).
Lee, M., et al. Modelado deformación pulmonar: jump'éel método ku nupikubáa kaambalilo'ob registro wíimbala' deformable yéetel estimación módulo Young espacialmente variable. Med. Física. 40, 081902. https://doi.org/10.1118/1.4812419 (2013).
Guimarães, CF et al. Rigidez u wa'ak'al kuxa'an yéetel u implicaciones utia'al u ingeniería u wa'ak'al. Nature Reviews Materials and Environment 5, 351–370 (2020).