Teurimong geunaseh ka neukunjong bak nature.com. Versi browser nyang neungui na dukungan CSS nyang teubatah. Keu pengalaman nyang paleng jroh, kamoe meusarankan neungui versi browser nyang paleng baro (atau neupeumate mode kompatibilitas lam Internet Explorer). Seulaén nibak nyan, keu tapeugot dukungan sabe, situs nyoe hana akan geupeutamong gaya atawa JavaScript.
Geurakan organ ngon jaringan jeut keu seubab keusalahan lam posisi sinar-X watee radioterapi. Oleh kareuna nyan, bahan deungen sifet mekanis ngen radiologis yeng seutara ngen jaringan dipeurele untuk meniru gerak organ untuk optimasi radioterapi. Teuma, peukeumang bahan lagee nyan teutap jeut keu tantangan. Hidrogel alginat na sifeut nyang hi deungon matriks ekstraseluler, geupeuget jih menjanjikan seubagoe bahan nyang setara deungon jaringan. Lam penelitian nyo, busa hidrogel alginat deungen sifet mekanis ngen radiologis yeng dikumeng disintesis deungen peulheh Ca2+ in situ. Rasio udara-keu-volume dikontrol deungen hati-hati untuk meutumeng busa hidrogel deungen sifet mekanis ngen radiologis yeng dipeutente. Makro- ngon mikromorfologi bahan dicirikan, ngon peurilaku busa hidrogel di yup kompresi dipeulajari. Sifeut radiologis diperkirakan seucara teoritis dan diverifikasi seucara eksperimental dipakek tomografi terhitung. Studi nyo meubri cahaya teuntang perkembangan bahan setara jaringan di masa uke yeng jeut dipakek untuk optimasi dosis radiasi ngen kontrol kualitas seulama radioterapi.
Terapi radiasi adalah pengobatan umum untuk kanker1. Geurakan organ ngen jaringan seureng meusebabkan keusalahan dalam posisi sinar-X seulama terapi radiasi2, yeng jeut meuakibatkan perawatan tumor yeng kureung ngen paparan sel-sel yeng sehat di seukitar jih teuhadap radiasi yeng hana dipeurele. Kemampuan keu prediksi gerak organ ngon jaringan that peunteng keu meminimalkan kesalahan lokalisasi tumor. Studi nyo difokuskan bak paru-paru, kareuna awak nyan mengalami deformasi ngen gerak yeng signifikan wate pasien bernapas seulama terapi radiasi. Na padum boh model elemen teubatah kaleuh ji kembangkan ngon ji terapkan keu ji simulasikan gerak paru-paru manusia3,4,5. Namun, organ ngon jaringan manusia na geometri nyang kompleks ngon that meugantung bak pasien. Oleh kareuna nyan, bahan ngen sifeut setara jaringan that meuguna keu geukembangkan model fisik keu geuvalidasi model teoritis, geufasilitasi perawatan medis nyang leubeh get, ngon keu tujuan pendidikan medis.
Perkembangan bahan meniru jaringan lumoh untuk meucapai geometri struktural eksternal ngon internal nyang kompleks kaleuh menarek le perhatian kareuna inkonsistensi mekanis nyang meulekat bak jih jeut menyebabkan kegagalan lam aplikasi target6,7. Pemodelan biomekanika kompleks jaringan paru-paru, nyang meugabongkan kelembutan, elastisitas, ngon porositas struktural nyang ekstrem, menimbulkan tantangan nyang signifikan lam geukembangkan model nyang secara akurat mereproduksi paru-paru manusia. Integrasi ngon pencocokan sifeut mekanis ngon radiologis that peunteng keu kinerja model paru-paru nyang efektif lam intervensi terapeutik. Manufaktur aditif kaleuh terbukti efektif lam geukembangkan model spesifik pasien, memungkenkan prototipe bagah desain nyang kompleks. Shin dkk. 8 ji kembangkan model paru-paru nyang jeut ji reproduksi ngon jeut ji deformasi ngen saluran napas nyang ji cetak 3D. Haselaar dkk. 9 geukembangkan saboh phantom nyang that saban ngon pasien nyata keu penilaian kualitas gamba ngon metode verifikasi posisi keu radioterapi. Hong et al10 geu kembangkan model CT dada nyang geu pakek teknologi cetak 3D ngon pengecoran silikon keu geu reproduksi intensitas CT dari berbagai lesi paru-paru keu geu evaluasi akurasi kuantifikasi. Namun, prototipe nyo seureng ji peuget dari bahan nyang sifeut efektif jih that beda ngen jaringan paru-paru11.
Saat nyo, sebagian rayeuk phantom paru-paru dipeuget dari busa silikon atawa poliuretan, nyang hana sesuai ngen sifeut mekanis ngon radiologis parenkim paru-paru nyata. phantom nyang secara akurat ji tiru elastisitas ngon struktur pengisian jaringan paru-paru teutap jeut keu tantangan eksperimental.
Lam penelitian nyoe, geuanggap bahwa jaringan paru-paru nakeuh bahan elastis nyang homogen. Kepadatan jaringan paru-paru manusia (\(\:\rho\:\)) dilaporkan 1,06 g/cm3, dan kepadatan paru-paru yang menggembung adalah 0,26 g/cm315. Berbagai nilai modulus Young (MY) dari jaringan paru-paru kaleuh dipeuroleh ngen dipakek metode eksperimen yang beda. Lai-Fook dkk. 16 geu uko YM paru-paru manusia deungon inflasi nyang seragam jeut keu 0,42-6,72 kPa. Goss dkk. 17 geungui elastografi resonansi magnetik ngon geulaporkan YM 2,17 kPa. Liu dkk. 18 geulaporkan YM nyang geu uko langsong 0,03-57,2 kPa. Ilegbusi dkk. 19 geukira YM 0,1–2,7 kPa berdasarkan data CT 4D nyang geucok dari pasien nyang geupiléh.
Keu sifeut radiologis paru-paru, na padum-padum boh parameter nyang geungui keu geugamba peurilaku interaksi jaringan paru-paru ngon sinar-X, jitamong cit komposisi unsur, kepadatan elektron (\(\:{\rho\:}_{e}\)), bilangan atom efektif (\(\:{Z}_{eff}\)), me koefisien redaman (\(\:\mu\:/\rho\:\)) ngon satuan Hounsfield (HU), nyang na hubôngan langsông ngon \(\:\mu\:/\rho\:\).
Keupadatan elektron \(\:{\rho\:}_{e}\) geukheun seubagoe jumlah elektron lam saboh satuan volume ngon geuhitong lagee nyoe:
dimana \(\:\rho\:\) adalah kepadatan bahan dalam g/cm3, \(\:{N}_{A}\) adalah konstanta Avogadro, \(\:{w}_{i}\) adalah pecahan massa, \(\:){Z}_{i}\) adalah bilangan atom, dan we\} the\{ unsur keu i.
Nomor atom meuhubungan langsong deungen sifet interaksi radiasi dalam bahan. Keu senyawa ngon campuran nyang na padum-padum boh elemen (misaljih, kaye), bilangan atom efektif \(\:{Z}_{eff}\) harôih geuhitong. Rumus nyan diusulkan le Murthy dkk. 20:
Energi eksitasi rata-rata \(\:I\) geugamba pakriban mudah bahan target nyan jiseurap energi kinetik partikel-partikel nyang jitembus. Nyan geugamba mantong sifeut-sifeut bahan sasaran dan hana hubungan ngon sifeut-sifeut partikel. \(\:I\) jeuet ta hitong ngon tapeulaku aturan aditivitas Bragg:
Koefisien redaman massa \(\:\mu\:/\rho\:\) geugamba penetrasi ngon peuleupah energi foton lam bahan sasaran. Jeuet ta hitong ngon rumus nyoe:
Di pat \(\:x\) nakeuh teuba bahan, \(\:{I}_{0}\) nakeuh intensitas cahya nyang teuka, ngon \(\:I\) nakeuh intensitas foton lheuh jitembus lam bahan. Data \(\:\mu\:/\rho\:\) jeuët tacok langsông nibak Pangkalan Data Rujukan Standar NIST 12621. Nilai \(\:\mu\:/\rho\:\) keu campuran ngon senyawa jeuet tacok ngon tangui aturan aditivitas lagee nyoe:
HU nakeuh saboh unit ukuran hana dimensi standar keu radiodensitas lam interpretasi data tomografi terhitung (CT), nyang geuubah seucara linier dari koefisien redaman nyang geu uko \(\:\mu\:\). Nyan geukheun seubagoe:
dimana \(\:{\mu\:}_{ie}\) nakeuh koefisien redaman ie, dan \(\:{\mu\:}_{udara}\) nakeuh koefisien redaman udara. Kareuna nyan, dari rumus (6) ta kalon bahwa nilai HU ie nakeuh 0, dan nilai HU udara nakeuh -1000. Nilai HU keu paru-paru manusia berkisar dari -600 sampoe -70022.
Na padum boh bahan nyang setara ngon jaringan kaleuh ji kembangkan. Griffith dkk. 23 geukembangkan model setara jaringan dari tuboh manusia nyang dipeuget dari poliuretan (PU) nyang dipat berbagai konsentrasi kalsium karbonat (CaCO3) ditamahkan untok mensimulasikan koefisien redaman linier dari berbagai organ manusia termasok paru-paru manusia, ngon model nyan diboh nan Griffith. Taylor24 ji peuturi model setara jaringan paru-paru keudua nyang ji kembangkan le laboratorium nasional lawrence livermore (LLNL), nyang geuboh nan LLLL1. Traub et al.25 geukembangkan pengganti jaringan paru-paru baroe nyang geupake Foamex XRS-272 nyang mengandung 5,25% CaCO3 seubagoe peningkatan kinerja, nyang geuboh nan ALT2. Tabel 1 ngon 2 geupeuleumah perbandingan \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) ngon koefisien redaman massa keu paru-paru manusia (ICRU-44) ngon model nyang saban di ateuh.
Meskipun sifeut radiologis nyang that get nyang ka ji capai, karap mandum bahan phantom jipeugot dari busa polistirena, nyang berarti sifeut mekanis bahan-bahan nyoe hana jeut ji peutoe ngon paru-paru manusia. Modulus Young (YM) nibak busa poliuretan nakeuh kira-kira 500 kPa, nyang jiôh nibak ideal meunyoë tabandéng ngon paru-paru manusia normal (kira-kira 5-10 kPa). Kareuna nyan, peureulèë that geupeukeumang bahan barô nyang jeuët geupeusapat ciri-ciri mekanik ngon radiologis paru-paru manusia nyang beutôi.
Hidrogel ji pake seucara luah lam rekayasa jaringan. Struktur ngon sifeut jih saban ngon matriks ekstraseluler (ECM) ngon mudah disesuaikan. Lam penelitian nyoe, natrium alginat murni geupiléh seubagoe biomaterial keu geupeusiap busa. Hidrogel alginat biokompatibel ngon le ji pake lam rekayasa jaringan kareuna sifeut mekanis jih nyang jeut ji sesuaikan. Komposisi unsur natrium alginat (C6H7NaO6)n ngon na Ca2+ memungkenkan sifeut radiologis jih jeuet disesuaikan lagee nyang dipeureulee. Kombinasi sifeut mekanik ngen radiologis yeng jeut disesuaikan nyo peuget hidrogel alginat ideal untuk penelitian tanyo. Teuntèe, hidrogel alginat cit na keterbatasan, terutama lam hai stabilitas jangka panyang seulama siklus pernapasan simulasi. Kareuna nyan, perbaikan leubeh lanjot dipeureulee dan diharapkan lam penelitian ukeu untuk geuhadapi keterbatasan nyoe.
Lam karya nyo, kamoe meukembangkan bahan busa hidrogel alginat deungen nilai rho yeng jeut dikendalikan, elastisitas, ngen sifet radiologis yeng sama deungen jaringan paru-paru manusia. Studi nyo akan geubri solusi umum keu geu peuget hantu lagee jaringan ngen sifeut elastis ngon radiologis nyang jeut ji setel. Sifeut-sifeut bahan nyan jeuet geusesuaikan deungon mudah ngon jaringan ngon organ manusia peu mantong.
Rasio udara target ngon volume busa hidrogel geuhitong berdasarkan rentang HU paru-paru manusia (-600 sampoe -700). Dianggap bahwa busa nyan nakeuh campuran sederhana udara ngon hidrogel alginat sintetis. Deungon geungui aturan peutamah sederhana elemen individu \(\:\mu\:/\rho\:\), peucahan volume udara ngon rasio volume hidrogel alginat nyang disintesis jeuet geuhitong.
Busa hidrogel alginat geupeugot ngon geungui natrium alginat (Bagian No. W201502), CaCO3 (Bagian No. 795445, MW: 100,09), ngon GDL (Bagian No. 70% Natrium Lauril Eter Sulfat (SLES 70) geubloe bak LLC Peudagangan Terkenal. Ie deionisasi dipakek lam proses peusiapan busa. Natrium alginat dipeularut lam ie deionisasi bak suhu ruangan deungon diaduk konstan (600 rpm) sampoe meuteumee larutan transparan kuneng nyang homogen. CaCO3 lam kombinasi ngon GDL dipakek seubagoe sumber Ca2+ untuk memulai gelasi. SLES 70 dipakek seubagoe surfaktan untuk membentuk struktur berpori lam hidrogel. Konsentrasi alginat geupeutheun bak 5% ngon rasio molar Ca2+:-COOH geupeutheun bak 0,18. Rasio molar CaCO3:GDL cit geupeutheun bak 0,5 seulama geupeusiap busa keu geupeutheun pH netral. Nilai jih nakeuh 26. 2% dari volume SLES 70 ditambahkan keu mandum sampel. Saboh gelas nyang na tutup dipakek untuk geukontrol rasio campuran larutan ngon udara. Jumlah boh gelas nyan na 140 ml. Berdasarkan hase perhitungan teoritis, volume campuran nyang beda-beda (50 ml, 100 ml, 110 ml) ditambahkan lam gelas untuk dicampur ngon udara. Sampel nyang na 50 ml campuran nyan dirancang untuk meujampu ngon udara nyang cukop, seudangkan rasio volume udara lam dua sampel laen jih dikontrol. Phon, SLES 70 geutamah lam larutan alginat dan geuaduk ngon alat aduk listrek sampoe mandum meujampu. Lheueh nyan, suspensi CaCO3 nyan geutamah lam campuran nyan dan geuaduk sabe sampoe campuran nyan ka seuleusoe meujampu, watee nyan warna jih meuubah jeut keu puteh. Akhe jih, larutan GDL ditamahkan keu campuran untuk dimulai gelasi, ngen pengadukan mekanis dipeutheun seupanyang proses. Untuk sampel nyang na 50 ml campuran, pengadukan mekanis dipeutheun watee volume campuran ka dipeutheun meu ubah. Untuk sampel nyang na 100 ml ngon 110 ml campuran, pengadukan mekanis dipeutheun watee campuran nyan peunoh lam gelas. Kamoe pih meuuseuha peugot busa hidrogel deungon volume antara 50 ml ngon 100 ml. Namun, hana stabilitas struktural busa nyang diamati, kareuna berfluktuasi antara keadaan pencampuran udara nyang leungkap ngon keadaan kontrol volume udara, nyang meuhasekan kontrol volume nyang hana konsisten. Keu-hana-stabilan nyoe jipeutamong hana pasti lam perhitungan, ngon kareuna nyan rentang volume nyoe hana jipeutamong lam penelitian nyoe.
Kepadatan \(\:\rho\:\) saboh busa hidrogel geuhitong ngon cara geu uko massa \(\:m\) ngon volume \(\:V\) saboh sampel busa hidrogel.
Gambar mikroskopis optik dari busa hidrogel dipeutumeng deungen dipakek kamera Zeiss Axio Observer A1. Perangkat lunak ImageJ dipakek untuk meuhitong jumlah dan ukuran distribusi pori-pori lam saboh sampel di daerah tertentu berdasarkan gamba-gamba yang dipeugot. Bentuk pori-pori nyan geuanggap meulingka.
Untuk meurunoe sifeut mekanik busa hidrogel alginat, tes kompresi uniaksial dipeuget deungon dipakek meusen seri TESTRESOURCES 100. Sampel geukoh jeut keu blok-blok sagoe panyang dan dimensi blok geu uko untuk geuhitong tegangan dan regangan. Kecepatan ulèe silang geu-atô bak 10 mm/min. Lhee boh sampel diuji keu tiep-tiep sampel dan rata-rata dan standar deviasi dihitong dari hasee. Studi nyoe geufokuskan bak sifeut mekanik tekan busa hidrogel alginat kareuna jaringan paru-paru keunong gaya tekan bak tahap terteunte dari siklus pernapasan. Ekstensibilitas nyan teunte that peunteng, terutama untuk geucerminkan perilaku dinamis lengkap jaringan paru-paru dan nyoe akan diselidiki lam penelitian ukeu.
Sampel busa hidrogel nyang ka disiapkan nyan geupindai bak alat CT saluran ganda Siemens SOMATOM Drive. Parameter pemindaian geuatoe lagee nyoe: 40 mAs, 120 kVp dan tebal slice 1 mm. File DICOM nyang dihasekan dianalisis ngon dipakek perangkat lunak MicroDicom DICOM Viewer untuk dianalisis nilai HU dari 5 penampang dari tiep-tiep sampel. Nilai HU nyang dipeugot le CT dipeubandeng ngon perhitungan teoritis berdasarkan data kepadatan sampel.
Tujuan dari studi nyo adalah keu merevolusi pembuatan model organ individu ngon jaringan biologis buatan ngen ji rekayasa bahan lumoh. Meukembangkan bahan deungen sifet mekanis ngen radiologis yeng seusuai deungen mekanika keurija paru-paru manusia penteng untuk aplikasi yeng ditargetkan lage meningkatkan pelatihan medis, perencanaan bedah, ngen perencanaan terapi radiasi. Lam Gambar 1A, kamoe meugambakan perbedaan antara sifeut mekanis ngon radiologis bahan lumoh nyang diduga dipakek untok peuget model paru-paru manusia. Sampoë uroë nyo, bahan-bahan ka geukeumang nyang geupeuleumah sifeuët radiologi nyang geukeuneuk, tapi sifeuët mekanis jih hana meupeunoh syarat nyang geukeuneuk. Busa poliuretan ngon karet adalah bahan nyang paleng jai ji pake keu ji peuget model paru-paru manusia nyang jeut ji deformasi. Sifeut mekanis busa poliuretan (modulus Young, YM) biasa jih 10 sampoe 100 kali leubeh rayeuk dari jaringan paru-paru manusia normal. Bahan nyang geupeuleumah sifeut mekanik ngon radiologis nyang geukeuneuk gohlom jiteupeu.
(A) Representasi skematis dari sifeut-sifeut berbagai bahan lumoh dan perbandingan ngon paru-paru manusia lam hai kepadatan, modulus Young dan sifeut radiologis (lam HU). (B) Pola difraksi sinar-X hidrogel alginat deungon konsentrasi 5% ngon rasio mol Ca2+:-COOH 0,18. (C) Rentang rasio volume udara lam busa hidrogel. (D) Representasi skematis busa hidrogel alginat deungon rasio volume udara nyang beda.
Komposisi unsur hidrogel alginat deungon konsentrasi 5% dan rasio molar Ca2+:-COOH 0,18 dihitong, dan hasee jih dipeuleumah lam Tabel 3. Meunurot aturan penambahan lam rumus seugolom jih (5), koefisien redaman massa ob)n hidrogel alginat \(\:/\:ho\:mu 1B.
Nilai \(\:\mu\:/\rho\:\) keu udara ngon ie geucok langsong dari pangkalan data referensi standar NIST 12612. Deungon lagee nyan, Gambar 1C geupeuleumah rasio volume udara nyang dihitong lam busa hidrogel deungon nilai setara HU antara -600 ngon -700 keu paru-paru manusia. Rasio volume udara yeng dihitong seucara teoritis stabil dalam 60-70% dalam kisaran energi dari 1 × 10-3 sampoe 2 × 101 MeV, meutunyok potensi yeng get untuk penerapan busa hidrogel dalam proses manufaktur hilir.
Gambar 1D nyoe nakeuh sampel busa hidrogel alginat nyang ka disiapkan. Mandum sampel geukoh jeut keu kubus deungon panyang binteh 12,7 mm. Hase jih jipeutunyok bahwa busa hidrogel nyang homogen ngon stabil lhee dimensi ka teubeuntuk. Terlepas dari rasio volume udara, hana perbedaan signifikan lam penampilan busa hidrogel nyang diamati. Sifeut self-sustaining dari busa hidrogel menunjukkan bahwa jaringan nyang terbentuk lam hidrogel cukop teuga untuk mendukung brat busa nyan keudroe. Seulaen nibak kebocoran ie ubit dari busa, busa pih menunjukkan stabilitas sementara seulama padum-padum minggu.
Deungon geu uko massa ngon volume sampel busa, geuhitong kepadatan busa hidrogel nyang ka geupeusiap \(\:\rho\:\), dan hase jih geupeuleumah lam Tabel 4. Hase jih geupeuleumah ketergantungan \(\:\rho\:\) ateuh rasio volume udara. Watèë udara nyang cukôp geujampu ngon 50 ml sampel, kepadatan jeuët keu nyang paléng miyuëb ngon nakeuh 0,482 g/cm3. Seuireng jumlah udara meujampu meunuron, kepadatan meutamah jeut keu 0,685 g/cm3. Nilai p maksimum antara kelompok 50 ml, 100 ml dan 110 ml nakeuh 0,004 < 0,05, nyan menunjukkan signifikansi statistik dari hasee.
Nilai teoritis \(\:\rho\:\) pih geuhitong ngon geungui rasio volume udara nyang ka geukontrol. Hasé nyang geu uko geupeuleumah bahwa \(\:\rho\:\) leubeh ubit 0,1 g/cm3 nibak nilai teoritis. Perbedaan nyoe jeut ta jeulaskan le tekanan internal nyang dihasekan lam hidrogel watee proses gelasi, nyang menyebabkan bengkak dan deungön demikian menyebabkan penurunan \(\:\rho\:\). Hal nyoe leubeh lanjot dipeukong le pengamatan padum-padum boh celah lam busa hidrogel lam gamba CT nyang dipeuleumah bak Gambar 2 (A, B dan C).
Gambar mikroskop optik busa hidrogel deungen asoe volume udara yeng meubeda (A) 50, (B) 100, ngen (C) 110. Jumlah sel ngen distribusi ukuran pori-pori dalam sampel busa hidrogel alginat (D) 50, (E) 100, (F) 110.
Gambar 3 (A, B, C) geutunyok gamba mikroskop optik dari sampel busa hidrogel deungon rasio volume udara nyang beda. Hase jih jipeuleumah struktur optik busa hidrogel, jeulaih that jipeuleumah gamba pori-pori deungon diameter nyang beda. Distribusi jumlah pori ngon diameter geuhitong ngon geungui ImageJ. Nam boh gamba nyang dicok keu tiep-tiep sampel, tiep-tiep gamba na ukuran 1125,27 μm × 843,96 μm, dan jumlah luah nyang dianalisis keu tiep-tiep sampel nakeuh 5,7 mm2.
(A) Perilaku tegangan-regangan kompresif busa hidrogel alginat deungon rasio volume udara nyang berbeda. (B) Pas eksponensial. (C) Kompresi E0 dari busa hidrogel deungon rasio volume udara nyang beda. (D) Teugangan tekan akhe ngon regangan busa hidrogel alginat deungon rasio volume udara nyang meubeda.
Gambar 3 (D, E, F) menunjukkan bahwa distribusi ukuran pori-pori relatif seragam, mulai dari puluhan mikrometer sampoe sekitar 500 mikrometer. Ukuran pori-pori bak dasar jih seragam, dan meunuron bacut seuireng volume udara meunuron. Meunurot data tes, rata-rata ukuran pori-pori sampel 50 ml nakeuh 192,16 μm, median nakeuh 184,51 μm, dan jumlah pori-pori per satuan luah nakeuh 103; rata-rata ukuran pori-pori nibak sampel 100 ml nakeuh 156,62 μm, median nakeuh 151,07 μm, ngon jumlah pori-pori per satuan luah nakeuh 109; nilai nyang sesuai dari sampel 110 ml nakeuh 163,07 μm, 150,29 μm dan 115. Data nyan geupeuleumah bahwa pori-pori nyang leubeh rayeuk na pengaroh nyang leubeh rayeuk ateuh hase statistik ukuran pori-pori rata-rata, ngon ukuran pori-pori median jeuet leubeh get geucerminkan tren perubahan ukuran pori-pori. Bak volume sampel meutamah dari 50 ml jeut keu 110 ml, jumlah pori-pori pih meutamah. Meugabongkan hasee statistik diameter pori median ngon jumlah pori, jeut disimpulkan bahwa deungon meningkat jih volume, leubeh le pori ngen ukuran nyang leubeh ubeut nyang teubentuk lam sampel.
Data tes mekanik nyan geupeuleumah bak Gambar 4A ngon 4D. Gambar 4A menunjukkan perilaku tegangan-regangan kompresif dari busa hidrogel nyang disiapkan deungon rasio volume udara nyang berbeda. Hase jih dipeudeuh bahwa mandum sampel na perilaku tegangan-regangan nonlinier nyang sama. Untuk tiep-tiep sampel, tegangan meutamah leubeh bagah deungon meutamah regangan. Kurva eksponensial dipeuget keu perilaku regangan-tegangan kompresif dari busa hidrogel. Gambar 4B meutunyok hase lheh diterapkan fungsi eksponensial seubagai model peutoe keu busa hidrogel.
Untuk busa hidrogel deungen rasio volume udara yeng meubeda, modulus tekan jih (E0) cit dipeulajari. Meunan cit deungon analisis hidrogel, modulus Young kompresif diseulidiki lam kisaran 20% regangan awai. Hase tes kompresi nyan deuh bak Gambar 4C. Hase lam Gambar 4C geupeuleumah bahwa seuireng rasio volume udara meunuron dari sampel 50 sampoe sampel 110, modulus Young kompresif E0 dari busa hidrogel alginat meutamah dari 10,86 kPa sampoe 18 kPa.
Meunan cit, kurva tegangan-regangan leungkap dari busa hidrogel, seureta nilai tegangan ngon regangan kompresif akhe, dipeutumeng. Gambar 4D menunjukkan tegangan tekan akhe ngen regangan busa hidrogel alginat. Tiëp-tiëp titék data nakeuh rata-rata lhèë boh hasé tes. Hasé jih geupeuleumah bahwa teugangan teukanan akhé meutamah nibak 9,84 kPa jeuet keu 17,58 kPa ngon kandungan gas nyang meunuron. Strain akhe teutap stabil bak sekitar 38%.
Gambar 2 (A, B, dan C) menunjukkan gambar CT busa hidrogel dengan rasio volume udara yang berbeda yang sesuai dengan sampel 50, 100, dan 110, maseng-maseng. Gambar-gambar nyan jipeuleumah bahwa busa hidrogel nyang ka teubeuntuk karap saban. Sejumlah celah ubit nyang diamati bak sampel 100 ngon 110. Pembentukan celah-celah nyoe mungken diseubabkan oleh tekanan internal nyang dihasekan lam hidrogel seulama proses gelasi. Kamoe meuhitong nilai HU keu 5 boh penampang dari tiep-tiep sampel dan meucantumkan lam Tabel 5 meusajan ngon hasee peuhitongan teoritis nyang sesuai.
Tabel 5 menunjukkan bahwa sampel deungon rasio volume udara nyang berbeda meurumpok nilai HU nyang berbeda. Nilai p maksimum antara kelompok 50 ml, 100 ml dan 110 ml nakeuh 0,004 < 0,05, nyan menunjukkan signifikansi statistik dari hasee. Di antara lhee boh sampel nyang diuji, sampel nyang na campuran 50 ml na sifeut radiologis nyang paleng toe ngon paru-paru manusia. Kolom akhe nibak Tabel 5 nakeuh hase nyang dipeugot deungon perhitungan teoritis berdasarkan nilai busa nyang diuko \(\:\rho\:\). Deungon tapeubandeng data nyang diuko ngon hasee teoritis, jeuet ta teume bahwa nilai HU nyang dipeugot ngon CT scanning umum jih toe ngon hasee teoritis, nyang bak giliran jih geupeukong hasee perhitungan rasio volume udara lam Gambar 1C.
Tujuan utama dari penelitian nyo adalah untuk peuget bahan ngen sifeut mekanis ngon radiologis nyang sebandeng ngen paru-paru manusia. Tujuan nyo ji capai ngen ji kembangkan bahan berbasis hidrogel ngen sifeut mekanis ngon radiologis nyang setara ngen jaringan nyang ji sesuaikan nyang seto mungken ngen paru-paru manusia. Dibimbing le perhitungan teoritis, busa hidrogel deungon rasio volume udara nyang beda disiapkan deungon cara dicampur secara mekanis larutan natrium alginat, CaCO3, GDL dan SLES 70. Analisis morfologis menunjukkan bahwa busa hidrogel stabil lhee dimensi nyang homogen terbentuk. Deungon geu ubah rasio volume udara, kepadatan ngon porositas busa jeuet geu variasikan seucara keuheundak. Deungon meutamah kandungan volume udara, ukuran pori-pori bacut meunuron ngon jumlah pori-pori meutamah. Tes kompresi dipeuget untuk menganalisis sifet mekanis busa hidrogel alginat. Hase jih geupeuleumah bahwa modulus kompresi (E0) nyang jiteumee dari tes kompresi na lam rentang ideal keu paru-paru manusia. E0 meutamah seuireng rasio volume udara meunuron. Nilai-nilai sifeut radiologis (HU) dari sampel nyang ka disiapkan dipeugot berdasarkan data CT sampel dan dibandengkan ngon hase perhitungan teoritis. Hase jih jroh that. Nilai nyang geu uko pih toe ngon nilai HU paru-paru manusia. Hase jih ji peutunyok bahwa mungken ji peuget busa hidrogel nyang ji tiru jaringan ngen kombinasi ideal dari sifeut mekanis ngon radiologis nyang ji tiru sifeut paru-paru manusia.
Meskipun hasee jih menjanjikan, metode fabrikasi saat nyo perle ji tingkatkan untuk leubeh get ji kontrol rasio volume udara ngon porositas untuk ji cocokkan prediksi dari perhitungan teoritis ngon paru-paru manusia nyata bak skala global ngon lokal. Studi saat nyo cit teubatas bak geu uji mekanika kompresi, nyang geubatasi penerapan potensial phantom keu fase kompresi siklus pernapasan. Penelitian bak masa ukeu akan meunfaat dari menyelidiki pengujian tarik seureta stabilitas mekanis keselurohan bahan untuk meunilai aplikasi potensial di yup kondisi pembebanan dinamis. Terlepas dari keterbatasan nyo, penelitian nyo menandai upaya phon nyang berhasil keu meugabongkan sifeut radiologis ngon mekanis lam saboh bahan nyang ji tiru paru-paru manusia.
Dataset nyang dihasekan dan/atau dianalisa seulama penelitian jinoe na dari peunuleh nyang sesuai ateuh permintaan nyang wajar. Get eksperimen maupun dataset jeut ji reproduksi.
Lagu, G., dkk. Nanoteknologi baro ngen bahan canggih untuk terapi radiasi kanker. Adv. Peukara. 29, 1700996. Bak thon 2017.
Bunuh, PJ, dan laen-laen. Laporan Satgas AAPM 76a Manajemen Gerak Pernapasan dalam Onkologi Radiasi. Teungoh. Fisika. 33, 3874-3900. 10.1118/1.2349696 (2006).
Al-Maya, A., Moseley, J., ngon Brock, KK Memodelkan antarmuka ngon nonlinieritas bahan di paru-paru manusia. Fisika ngon Kedokteran ngon Biologi 53, 305-317. 10.1088/0031-9155/53/1/022 (2008).
Wang, X., dan laen-laen. Model kanker paru-paru lagee tumor nyang ji haselkan le biocetak 3D. 3. Bioteknologi nyang jroh. 8 (2018).
Lee, M., dan laen-laen. Pemodelan deformasi paru-paru: saboh metode nyang meugabongkan teknik pendaftaran gamba nyang jeuet dideformasi ngon estimasi modulus Young nyang meubida-bida seucara spasial. Teungoh. Fisika. 40, 081902. Bak thon 2013.
Guimara, CF dkk. Kekakuan jaringan udep ngon implikasi jih keu rekayasa jaringan. Tinjauan Alam Bahan ngen Lingkungan 5, 351-370 (2020).