Иҭабуп nature.com шәахьҭааз азы. Ухы иаурхәо абраузер аверсиа CSS адгылара ԥкуп. Иреиӷьу аԥышәа аиуразы, ҳара иҳабжьаҳгоит абраузер иҿыцу аверсиа ахархәара (мамзаргьы Internet Explorer аҿы аиқәшәаратә режим арцәара). Уи адагьы, еиԥмырҟьаӡакәа адгылара аиуразы, ари асаит астильқәеи JavaScript-и аҵанакӡом.
Ацәеижьхәҭақәеи ацәеижьхәҭақәеи рныҟәара арадиотерапиа аан арентгентә лашарақәа рҭыԥ аҿы агха ҟанаҵар алшоит. Убри аҟнытә, ацәеижь еиҟароу амеханикатәи арадиологиатәи ҟазшьақәа змоу аматериалқәа рҭахуп, арадиотерапиа аиӷьтәразы ацәеижьхәҭақәа рныҟәара аиҿырԥшразы. Аха ус шакәугьы, ас еиԥш иҟоу аматериалқәа рыҟаҵара уадаҩраны иаанхоит. Альгинаттә гидрогелқәа ацеллулартә матрица аҟазшьақәа иреиԥшу аҟазшьақәа рымоуп, убри аҟнытә урҭ ахәҭақәа иреиԥшу аматериалқәа реиԥш агәыӷра рымоуп. Абри аҵараҿы иаҭаху амеханикатәи арадиологиатәи ҟазшьақәа змоу альгинаттә гидрогелтә кәаԥқәа in situ Ca2+ аҭыҵрала еиқәыршәан. Аҳауеи аҭбаареи реизыҟазаашьа ибзианы ахылаԥшра азуын, иалкаау амеханикатәи арадиологиатәи ҟазшьақәа змоу аҳидрогелтә кәаԥқәа раиуразы. Аматериалқәа рмакроморфологиеи рмикроморфологиеи рхарактеристика ҟаҵан, насгьы акомпрессии аан аҳидрогелтә кәаԥқәа рҟазшьа ҭҵаахеит. Арадиологиатә ҟазшьақәа теориала еилкаан, насгьы акомпьютертә томографиа ахархәарала експериментла игәаҭан. Ари ҭҵаара иаанарԥшуеит арадиациатә доза аиӷьтәреи арадиотерапиа аан ахаҭабзиара ахылаԥшреи рзы ахархәара зылшо ахәҭақәа иреиԥшу аматериалқәа ԥхьаҟатәи рыҿиара.
Арадиациатә терапиа аканцер азы еицырдыруа хәышәтәышьоуп1. Ацәеижьхәҭақәеи ацәеижьхәҭақәеи рныҟәара лассы-лассы радиациатә терапии аан рентгентә лашарақәа рҭыԥқәа рҿы агхақәа ҟанаҵоит2, уи иахҟьаны ашәра ииашамкәа ахәышәтәра ҟалар алшоит, насгьы иаакәыршаны иҟоу агәабзиара змоу ахәыцқәа иаҭахым радиациала мыцхәы рҽырҭаршәуеит. Ацәеижьхәҭақәеи ацәеижьтә цәеижьхәҭақәеи рныҟәара заа аилкаара алшара акырӡа аҵанакуеит ашәра ахьыҟоу аҭыԥ аҿы иҟоу агхақәа рмыцхәрас. Ари ҭҵаара агәаҵәақәа ирызкын, избанзар радиациатә терапии аан ачымазцәа рыԥсыԥ анҭырго, урҭ еиҳа адеформациақәеи аныҟәарақәеи рзыҟалоит. Еиуеиԥшым ҵыхәтәантәи аелементқәа рмодельқәа шьақәдыргылеит, насгьы ауаҩы игәаҵәақәа рныҟәара аиҿырԥшразы ахархәара роуит3,4,5. Аха, ауаҩы ицәеижьтә цәеижьхәҭақәеи иуадаҩу агеометриа рымоуп, насгьы даараӡа ачымазаҩ ихьыԥшуп. Убри аҟнытә, ахәҭақәа иреиԥшу аҟазшьақәа змоу аматериалқәа даара ихәарҭоуп атеориатә модельқәа рышьақәырӷәӷәаразы афизикатә модельқәа рызҿлымҳара азы, еиӷьу ахәышәтәра арманшәаларазы, насгьы ахәышәтәратә ҵарадырра азы.
Адәныҟатәии аҩныҵҟатәии аструктуратә геометриақәа раарԥшразы ахәҭа ԥшқақәа рымитациа азызуа аматериалқәа рыҿиара ахшыҩзышьҭра ду аиҭеит, избан акәзар урҭ рмеханикатә еиқәымшәарақәа ахықәкытә хықәкқәа рҿы аԥхасҭақәа рзаанагар алшоит6,7. Агәаҵәа ахәҭақәа ркомплекстә биомеханика амодель ҟаҵара, уи аҟәымшәышәра, аилабаара, насгьы аструктуратә ҭыԥқәа зегьы еиднакылоит, ауаҩы игәаҵәа ииашаны еиҭазырҿио амоделқәа раԥҵараҿы акыр зҵазкуа аԥышәарақәа цәырнагоит. Амеханикатәи арадиологиатәи ҟазшьақәа реилаҵареи реиқәшәареи атерапевттә усмҩаԥгатәқәа рҿы агәаҵәа амодельқәа рхархәара хра злоу акоуп. Ацҵаратә ҭыжьыра ачымазцәа рзы иҷыдоу амоделқәа рызҿлымҳараҿы алҵшәа бзиақәа шамоу шьақәнарӷәӷәеит, уи иабзоураны еилашуа адизайнқәа ирласны рыпрототипқәа раԥҵара алыршахоит. Шин еҭ. 8 3D-printed ҳәа изышьҭоу аҳауамҩақәа змоу, еиҭаҿиара зылшо, зыҽзыԥсахуа агәаҵәа амодель еиқәдыршәеит. Ҳаселар егьырҭгьы. 9 еиқәдыршәеит асахьа ахаҭабзиара ахәшьара азы, радиотерапиазы аҭыԥ агәаҭаразы, ииашоу ачымазцәа иреиԥшу афантом. Hong et al10 3D-тәи акьыԥхьреи асиликонтә кастингтә технологиеи рхы иархәаны агәы КТ-модель еиқәдыршәеит, еиуеиԥшым агәаҵәа аԥхасҭақәа рҟны КТ-интенсивра аиҭарҿиаразы, ақьырсианра аиашара ахәшьара аҭаразы. Аха урҭ апрототипқәа лассы-лассы ҟаҵоуп зыхәарҭаратә ҟазшьақәа агәаҵәа ацәеижьтә ҟазшьақәа рҟынтәи даараӡа иеиԥшым аматериалқәа рыла11.
Иахьазы, еиҳарак агәаҵәа афантомқәа ҟаҵоуп асиликон ма аполиуретантә кәаԥ ала, урҭ ииашоу агәаҵәа апаренхима амеханикатәи арадиологиатәи ҟазшьақәа ирықәшәом. ииашаны агәаҵәа ацәеижь аеластичностьи аҭәратә структураи иаҿыԥшуа афантом аексперименталтә ԥышәараны иаанхоит.
Ари ҵараҿы, иазгәаҭан агәаҵәа ацәеижь еицеиԥшу еластиктә материалуп ҳәа. Ауаҩы игәаҵәа ацәеижь аҵарра (\(\:\rho\:\)) 1.06 г/см3 ауп, насгьы иҭәу агәаҵәа аҵарра 0.26 г/см315 ауп. Еиуеиԥшым аексперименталтә методқәа рыла еиуеиԥшым агәаҵәа ацәеижьқәа рҟны Иоунг имодуль (МИ) аҵакқәа рыхкқәа рацәаны иаагоуп. Лаи-Фук егьырҭгьы. 16 еиԥшу аинфлациа змоу ауаҩы игәаҵәа YM 0.42–6.72 кПа шьақәдыргылеит. Госс еҭ. 17 амагниттә-резонанстә еластографиа рхы иадырхәеит, насгьы 2,17 кПа ҳәа YM рҳәеит. Лиу еҭ. 18 ииашаны ишәоу YM 0.03–57.2 кПа ҳәа адырра ҟарҵеит. Илегбуси егьырҭгьы. 19 иалху ачымазцәа рҟынтәи ироуз 4D CT данноқәа рыла YM 0.1–2.7 кПа ҳәа агәаанагара ҟарҵеит.
Агәаҵәа арадиологиатә ҟазшьақәа рзы, еиуеиԥшым апараметрқәа рхы иадырхәоит агәаҵәа ахәҭақәа рентгентә лашарақәа реидҳәалара аарԥшразы, урҭ рҟны иҟоуп аелементтә зҵазкуа, аелеқтронқәа рыҵарра (\(\:{\rho\:}_{e}\)), еффективтә атомтә хыԥхьаӡара (\(\:{Z}_{eff\\) ma), me аттенуациа акоеффициент (\(\:\му\:/\rho\:\)) насгьы Ҳаунсфилдтәи аиунит (HU), ииашаҵәҟьаны \(\:\mu\:/\rho\:\) иадҳәалоу.
Аелектронқәа рыҵарра \(\:{\rho\:}_{e}\) еилыркаауп еизакны иҟоу аелеқтронқәа рхыԥхьаӡара ҳәа, насгьы иԥхьаӡоуп абас:
уа \(\:\rho\:\) - аматериал аҵарра g/cm3 аҟны, \(\:{N}_{A}\) - Авогадро иконстанта, \(\:{w}_{i}\) - амассатә фракциа, \(\:){Z}_{i}\) - атомтә хыԥхьаӡара, насгьы we\} i-тәи аелемент.
Атомтә хыԥхьаӡара аматериал аҩнуҵҟа арадиациатә еидҳәалара аҟазшьа ишиашоу иадҳәалоуп. Еилаҵақәеи еилаԥсақәеи рзы еиуеиԥшым аелементқәа зҵоу (еиҳарак, амаҭәақәа), еффективтә атомтә хыԥхьаӡара \(\:{Z}_{eff}\) ԥхьаӡатәуп. Аформула ҟарҵеит Murthy et al. 20:
Ибжьаратәу агәыҭҟьаратә енергиа \(\:I\) иаанарԥшуеит ахықәкы змоу аматериал шаҟа имарианы иҭанагало ахәҭакқәа ркинетикатә енергиа. Уи иаанарԥшуеит ахықәкытә материал аҟазшьақәа мацара, насгьы ахәҭакәа рҟазшьақәа ҳәа акгьы рыдҳәалаӡам. \(\:I\) ҳзыԥхьаӡар ҳалшоит Брегг иаддитивтә ԥҟара ахархәарала:
Амассатә ԥсыҽра акоеффициент \(\:\mu\:/\rho\:\) ахықәкытә материал аҿы афотонқәа рыҩналареи ренергиа аҭыҵреи аанарԥшуеит. Уи аԥхьаӡара ҟалоит абри аформула ала:
Уаҟа \(\:x\) - аматериал ажәпара, \(\:{I}_{0}\) - иҭаҳауа алашара аинтенсивра, \(\:I\) - аматериал аҭалара ашьҭахь афотон аинтенсивра. \(\:\mu\:/\rho\:\) адыррақәа ҳзыԥшаар ҳалшоит ишиашоу NIST 12621 Астандартқәа рҵакыратә дыррақәа рышьаҭа аҟынтәи. \(\:\mu\:/\rho\:\) аҵакқәа аилаԥсақәеи акомпоундқәеи рзы иаагоуп ацҵаратә ԥҟара ахархәарала абас:
HU - ари стандарттәу ашәагаа змам еизакуп радиоденситет ашәагаа акомпьютертә томографиа (КТ) адыррақәа рыҭҵаараҿы, уи линиала еиҭакхоит ашәагатә аттенуациа акоеффициент \(\:\mu\:\) аҟынтәи. Уи абас иаԥҵоуп:
уа \(\:{\mu\:}_{water}\) - аӡы ацәгьахара акоеффициент, насгьы \(\:{\mu\:}_{air}\) - аҳауа ацәгьахара акоеффициент. Убри аҟнытә, аформула (6) аҟынтәи иаҳбоит аӡы HU аҵакы 0, аҳауа HU аҵакы -1000 шакәу. Ауаҩы игәаҵәақәа рзы HU аҵакы -600 инаркны -70022 рҟынӡа иҟоуп.
Ацәеижь иаҟароу аматериалқәа рацәаны иаԥҵоуп. Гриффит егьырҭгьы. 23 еиҿыркааит аполиуретан (ПУ) иалху ауаҩы ицәеижь ахәҭақәа иреиԥшу амодел, уи еиуеиԥшым аконцентрациақәа змоу акальциум карбонат (CaCO3) ацҵан, ауаҩы игәаҵәагьы уахь иналаҵаны, еиуеиԥшым ауаҩы ицәеижьхәҭақәа рлинеартә аттенуациа акоеффициентқәа рсимуляциа азы, насгьы уи амодель Гриффит ҳәа ахьӡ ахҵан. Taylor24 иааирԥшит Лоуренс Ливермор имилаҭтә лабораториа (LLNL) иаԥнаҵаз аҩбатәи агәаҵәа ахәҭақәа иреиԥшу амодел, LLLL1 ҳәа ахьӡ змоу. Traub et al.25 Foamex XRS-272 ахархәарала 5.25% CaCO3 злоу агәаҵәа ацәеижь ацымхәрас ҿыц еиқәдыршәеит, уи ALT2 ҳәа ахьӡ аманы иҟан. Аҭаӡҩырақәа 1, 2 рҿы иаагоуп \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) рмассатә аттенуациа акоеффициентқәа ауаҩы игәаҵәа (ICRU-44) рзы аиҿырԥшра, насгьы хыхь зыӡбахә ҳәоу амоделқәа.
Иҟаҵоу арадиологиатә ҟазшьа бзиақәа рахь инамаданы, афантомтә материалқәа зегьы ҳәа ҳҳәар ҳалшоит полистиролтә кәаԥла иҟаҵоуп, ус анакәха, урҭ аматериалқәа рмеханикатә ҟазшьақәа ауаҩы игәаҵәақәа рмеханикатә ҟазшьақәа ирзааигәахом. Аполиуретантә кәаԥ Иоунг имодуль (YM) 500 кПа ҟынӡа ауп, уи ауаҩытәыҩсатә гәаҵәақәа ирыҿырԥшны идеалым (5-10 кПа ҟынӡа). Убри аҟнытә, ауаҩы иҵабыргу ауарҳалқәа рмеханикатәи арадиологиатәи ҟазшьақәа ирықәшәо ​​аматериал ҿыц аԥҵара аҭахуп.
Агидрогелқәа ацәеижьтә инженериа аҿы ирацәаны рхы иадырхәоит. Уи аиҿкаареи аҟазшьақәеи ацеллулартә матрица (ЕСМ) еиԥшуп, насгьы ирласны еиқәыршәахоит. Абри аҵараҿы ацқьоу анатриум альгинат биоматериалс иалхын акәаԥқәа рыҟаҵаразы. Альгинаттә гидрогелқәа биокомпатибельуп, насгьы рмеханикатә ҟазшьақәа рзы ацәеижьтә инженериаҿы ирацәаны ахархәара роуеит. Натрий альгинат (C6H7NaO6)n аелементтә зҵазкуа, насгьы Ca2+ аҟазаара алшара анаҭоит уи арадиологиатә ҟазшьақәа иаҭахны рырҽеира. Ари еиқәыршәара зылшо амеханикатәи арадиологиатәи ҟазшьақәа реилаҵара альгинаттәи агидрогелқәа ҳҭҵааразы идеалны иҟанаҵоит. Ҳәарада, альгинаттә гидрогелқәагьы аԥкрақәа рымоуп, ҷыдала аԥсыԥ лагаратә циклқәа рҿы аамҭа рацәалатәи аҭышәынтәалара аганахьала. Убри аҟнытә, иҵегьы аиӷьтәрақәа рыҭахуп, насгьы ԥхьаҟатәи аҭҵаарақәа рҿы абарҭ аԥкрақәа рыӡбаразы иазыԥшуп.
Абри аус аҿы ҳара иаԥаҳҵеит альгинаттә гидрогелтә кәаԥ материал, rho ахаҭабзиарақәа, аилабаара, насгьы ауаҩы игәаҵәа ахәҭақәа иреиԥшу радиологиатә ҟазшьақәа змоу. Ари ҭҵаара иаанарԥшуеит ацәеижь еиԥшу афантомқәа рҟаҵара, еиқәыршәаго еластиктәи арадиологиатәи ҟазшьақәа змоу. Аматериалтә ҟазшьақәа иарбанзаалак ауаҩы ицәеижьи ацәеижьхәҭақәеи ирзыҟаҵазар ауеит.
Агидрогелтә кәаԥ ахықәкытә аҳауеи аҭбаареи реизыҟазаашьа ҳәаақәҵан ауаҩы игәаҵәақәа рҟны иҟоу HU диапазон (-600 инаркны -700 рҟынӡа) шьаҭас иҟаҵаны. Иҟан агәаанагара, акәаԥ аҳауеи асинтетикатә альгинаттә гидрогели еилаԥсоуп ҳәа. Хаҭалатәи аелементқәа рыцҵаратә ԥҟара \(\:\mu\:/\rho\:\) ахархәарала, аҳауа аҭбааратә фракциеи асинтез змоу альгинаттә гидрогел аҭбааратә еизыҟазаашьеи рыԥхьаӡара ауеит.
Альгинаттә гидрогелтә кәаԥқәа рхиан анатриумтә альгинат (Ахәҭа No W201502), CaCO3 (Ахәҭа No 795445, MW: 100.09), GDL (Ахәҭа No G4750, MW: 178.14) рхы иархәаны, Сигма-Олдрич МО Компаниа, Сент. 70% Натрий Лаурил Ефир Сульфат (SLES 70) аахәеит Реноунд Трейдинг ООО аҟынтәи. Акәаԥ аҟаҵараан ахархәара аиоуит аионизациа зызу аӡы. Натрий альгинат деионизациа зызу аӡаҿы иӡааҵан ауада атемператураҿы еиԥмырҟьаӡакәа еилаарцыруа (600 rpm) еиԥшу еиқәаҵәоу еиқәаҵәоу ахҭышәҭра ҟалаанӡа. CaCO3 GDL иацҵаны Ca2+ хыҵхырҭаны ахархәара аиоуит агелиациа алагаразы. SLES 70 ахархәара аиоуит аҳидрогел аҩныҵҟа аԥсыҽратә структура ашьақәыргыларазы аҵыхәтәантәи аҟазааратә ҟазшьа змоу амаҭәашьар еиԥш. Альгинат аконцентрациа 5% еиқәырханы иҟан, Ca2+:-COOH молартә еизыҟазаашьа 0.18 еиқәырханы иҟан. CaCO3:GDL молартә еизыҟазаашьагьы 0.5 еиқәырханы иҟан акәаԥ азыҟаҵараан инеитралтәу pH еиқәырхаразы. Ахә 26. 2% SLES 70 аҭбаарала асамбльқәа зегьы ирыцҵан. Аӡҩареи аҳауеи реилаԥсара аконтроль азы ахҩа змаз аҵәца рхы иадырхәон. Аҵәца аҭбаара зегьы 140 мл аҟынӡа инеит. Атеориатә ҳәаақәҵарақәа рылҵшәақәа инарықәыршәаны, еиуеиԥшым аиларҭәара аҭбаарақәа (50 мл, 100 мл, 110 мл) аҳауа иалаӡҩарц азы аҵәца иацҵан. мл еилаԥсоу аҿырԥшы еиқәыршәан иазырхоу аҳауа аилаԥсаразы, егьырҭ аҩ-ҿырԥштәык рҿы аҳауа аҭбаара аизыҟазаашьа аконтроль азыруан. Раԥхьаӡа иргыланы, SLES 70 альгинаттә ӡҩара иацҵан, електртә еилаҩынтгала еиланарҩынтуан, зегь еилаԥсаанӡа. Анаҩс, CaCO3 асуспензиа аиларҭәара иацҵан, еиԥмырҟьаӡакәа еиланарҩынтуан, аиларҭәара зегьы еилаԥсаанӡа, уи аԥштәы шкәакәаны ианыҟала. Аҵыхәтәаны, агелиациа алагаразы GDL ахҭәаҵа ацҵан, насгьы апроцесс зегьы аҩнуҵҟа амеханикатә еилаарцырра мҩаԥысуан. мл еилаԥсоу аҿырԥштәы азы, еилаԥсоу аҭбаара аԥсахра анаҟәыҵ, амеханикатә еилаарцырра аанкылан. 100 мл 110 мл еилаԥсоу аҿырԥштәқәа рзы, еилаԥсоу аҵәца анҭәыз, амеханикатә еилаарцырра аанкылан. Убасгьы 50 мл инаркны 100 мл рҟынӡа аҭбаара змоу аҳидрогелтә кәаԥқәа рырхиара ҳҽазаҳшәеит. Аха, ақәацә аструктуратә ҭышәынтәалара ааԥшит, избан акәзар уи аҳауа зегьы еилаԥсоу аҭагылазаашьеи аҳауа аҭбаара ахылаԥшратә ҭагылазаашьеи рыбжьара еиҭасуан, уи иахҟьаны аҭбаара ахылаԥшра еиқәымшәон. Абри аҭышәынтәалара аҳасабрақәа рҿы ақәымгәыӷра аанарԥшит, убри аҟнытә ари абжьы аиқәыршәара абри аҭҵаара иалахәымызт.
Агидрогелтә кәаԥ аҵарра \(\:\rho\:\) еиқәыршәоуп аҳидрогелтә кәаԥ аҿырԥшы амасса \(\:м\) аҭбаара \(\:V\) ршәарала.
Агидрогелтә кәаԥқәа роптикатә микроскоптә сахьақәа ҭыхуп Zeiss Axio Observer A1 акамера ахархәарала. ImageJ программтә еиқәыршәара ахархәан, иҟаҵаз асахьа шьаҭас иҟаҵаны, ҭыԥк аҿы аҿырԥштәы аҿы иҟоу аԥсыӡқәа рхыԥхьаӡареи ршәагааи аԥхьаӡаразы. Ацәаҵәырақәа рформа гьежьуп ҳәа иԥхьаӡоуп.
Алгинаттә гидрогелтә кәаԥқәа рмеханикатә ҟазшьақәа рыҭҵааразы, TESTRESOURCES 100 сериа змоу амашьына ахархәарала иуниаксиалтә компрессиатә ԥышәақәа мҩаԥган. Аҿырԥштәқәа ԥшь-кәакьк змоу аблокқәа рыла иԥҟан, аблокқәа ршәагаақәа ршәеит, агәҭынчымрақәеи аҭынчрақәеи рыԥхьаӡаразы. Аџьарсахьа аццакыра 10 мм/мин ҳәа ишьақәыргылан. Х-ҿырԥштәык рзы агәаҭара мҩаԥган, насгьы абжьаратәи астандарттә еиҭакра ԥхьаӡан. Ари ҵараҿы ахшыҩзышьҭра аҭан альгинаттә гидрогелтә кәаԥқәа ркомпрессиатә механикатә ҟазшьақәа, избан акәзар аԥсыԥлагаратә цикл аҿы еиуеиԥшым аамҭақәа рзы агәаҵәа ахәҭа акомпрессиатә мчқәа ирықәшәоит. Аиҵыхра, ҳәарада, акырӡа аҵанакуеит, ҷыдала агәаҵәа ацәеижь адинамикатә ҟазшьа инагӡаны аарԥшразы, насгьы уи ԥхьаҟатәи аҭҵаарақәа рҿы иҭҵаахоит.
Ирхиаз аҳидрогелтә кәаԥ аҿырԥштәқәа Siemens SOMATOM Drive ҩ-каналк змоу КТ-сканер ала иҭҵаахеит. Асканер апараметрқәа шьақәыргылан абас: 40 мАс, 120 кВп, 1 мм аҟәаҟәа ажәпара. Иалҵыз DICOM афаилқәа анализ рзуын MicroDicom DICOM Viewer апрограмматә еиқәыршәара ахархәарала, еиуеиԥшым аҿырԥштәқәа рҟны 5-тәи аҟәша HU ахәқәа ранализ азы. КТ ала ироуз HU аҵакқәа аҿырԥштәқәа рыҭбааратә дыррақәа ирыбзоураны атеоретикатә ҳәаақәҵарақәа ирыҿдырԥшит.
Ари ҵара хықәкыс иамоуп ацәеижьтә цәеижьхәҭақәа рмодельқәеи амаҭәашьартә биологиатә хәҭақәеи рыҟаҵараҿы ареволиуциа аҟаҵара, аматериал ԥшқақәа рыҟаҵарала. Ауаҩы игәаҵәақәа русуратә механика иақәшәо ​​амеханикатәи арадиологиатәи ҟазшьақәа змоу аматериалқәа раԥҵара акырӡа аҵанакуеит ахәышәтәратә ҵарақәа реиӷьтәра, ахирургиатә планҟаҵара, радиациатә терапиа апланҟаҵара реиԥш иҟоу хықәкылатәи апликациақәа рзы. Асахьа 1А аҿы ҳара иааҳарԥшит ауаҩы игәаҵәақәа рмодельқәа рыҟаҵаразы ахархәара змоу аматериал ԥшқақәа рмеханикатәи арадиологиатәи ҟазшьақәа рыбжьара иҟоу аиқәымшәара. Иахьа уажәраанӡа иаҭаху арадиологиатә ҟазшьақәа аазырԥшуа аматериалқәа ҟаҵоуп, аха урҭ рмеханикатә ҟазшьақәа иаҭаху аҭахрақәа ирықәшәом. Аполиуретантә кәаԥи акаучук еиҳарак ахархәара змоу аматериалқәа роуп ауаҩы игәаҵәақәа рмодельқәа рыҟаҵаразы. Аполиуретантә кәаԥ (Иаунг имодуль, ИМ) амеханикатә ҟазшьақәа, еиҳарак, 10-100 хынтә еиҳауп, иаабац ауаҩы игәаҵәа ахәҭақәа раасҭа. Иаҭаху амеханикатәи арадиологиатәи ҟазшьақәа аазырԥшуа аматериалқәа макьана еилкааӡам.
(А) Еиуеиԥшым аматериал ԥшқақәа рҟазшьақәа рсхематә аарԥшра, насгьы ауаҩы игәаҵәа аиҿырԥшра рыҵарра, Иаунг имодуль, радиологиатә ҟазшьақәа рганахьала (HU аҿы). (Б) 5% аконцентрациа змоу \(\:\mu\:/\rho\:\) \(\:\mu\:/\rho\:\) рентгентә дифракциатә ԥштәы, насгьы Ca2+:-COOH молартә еизыҟазаашьа 0,18. (С) Аҳидрогелтә кәаԥқәа рҿы аҳауа аҭбаара аизыҟазаашьақәа рдиапазон. (D) Еиуеиԥшым аҳауа аҭбааратә еизыҟазаашьақәа змоу альгинаттә гидрогелтә кәаԥқәа рсхематә аарԥшра.
5% аконцентрациа змоу альгинаттә гидрогелқәа релементтә зҵазкуа, Ca2+:-COOH молартә еизыҟазаашьа 0,18 ҳәа иԥхьаӡан, насгьы аҵыхәтәақәа аҭаӡҩыра 3 аҿы иаагоуп. 1Б.
Аҳауеи аӡи рзы \(\:\mu\:/\rho\:\) аҵакқәа ҳәаа змамкәа иаагоуп NIST 12612 стандартқәа рзы адырраҭаратә база аҟынтәи. Убас, асахьа 1С иаанарԥшуеит ауаҩы игәаҵәазы -600-700 рыбжьара HU еиҟароу аҵакқәа змоу аҳидрогелтә кәаԥқәа рҿы иԥхьаӡоу аҳауа аҭбааратә еизыҟазаашьақәа. Теориала иԥхьаӡоу аҳауа аҭбаара аизыҟазаашьа 1 × 10−3 инаркны 2 × 101 МеВ рҟынӡа аенергиатә диапазон аҿы 60–70% рҟынӡа иҭышәынтәалоуп, уи иаанарԥшуеит ҵаҟатәи аарыхратә процессқәа рҿы аҳидрогелтә кәаԥ ахархәаразы алшара бзиақәа шыҟоу.
Асахьа 1D иаанарԥшуеит иазыҟаҵоу альгинаттә гидрогелтә кәаԥ аҿырԥштәы. Аҿырԥштәқәа зегьы 12,7 мм рыҵарра змоу кубқәаны иԥҟан. Аҵыхәтәақәа иаадырԥшит еиԥшу, х-ганахьла иҭышәынтәалоу аҳидрогелтә кәаԥ шцәырҵыз. Аҳауа аҭбаара аизыҟазаашьа зеиԥшразаалакгьы, аҳидрогелтә кәаԥқәа рҭеиҭыԥш аҿы еиҳау аиԥшымрақәа ҳәа акгьы убаратәы иҟамызт. Агидрогелтә кәаԥ аҽеиқәзырхо аҟазшьа иаанарԥшуеит аҳидрогелтә кәаԥ аҩнуҵҟа ишьақәгылоу аҳа акәаԥ ахаҭа ахьанҭара аанкыларазы иӷәӷәоу. Акәаԥ аҟынтәи аӡы маҷк ацәцара адагьы, ақәацә ԥыҭраамҭалатәи аҭышәынтәалара аанарԥшит.
Акәаԥ аҿырԥшы амассаи аҭбаареи ршәарала, иазыҟаҵаз аҳидрогелтә кәаԥ \(\:\rho\:\) аҭацәра ԥхьаӡан, насгьы уи аҵыхәтәақәа аҭаӡҩыра 4 аҿы иаагоуп. Иазхоу аҳауа 50 мл аҿырԥштәы ианалаӡҩо, аҵарҭыша зегьы раасҭа илаҟәхоит, 0.482 г/см3 ҟалоит. Еилаԥсоу аҳауа амҽхак еиҵахацыԥхьаӡа, аҵарра 0,685 г/см3 ахь еизҳауеит. мл, 100 мл, 110 мл рыла иҟоу агәыԥқәа рыбжьара p ахә иреиҳау 0.004 < 0.05 иҟан, уи аҵыхәтәақәа рыстатистикатә ҵакы аанарԥшуеит.
Атеориатә \(\:\rho\:\) аҵакыгьы еиқәыршәоуп аҳауа аҭбаара аизыҟазаашьа ахархәарала. Ишәоу аҵыхәтәақәа иаадырԥшуеит \(\:\rho\:\) 0.1 г/см3 еиҵоуп атеориатә ҵакы аасҭа. Абри аиԥшымра еилҳаркаар ҳалшоит агелиациа апроцесс аамҭазы аҳидрогел аҿы ицәырҵуа аҩныҵҟатәи астресс ала, уи ачра аанарԥшуеит, убри ала \(\:\rho\:\) аиҵахара ахь инагоит. Уи еиҳагьы ишьақәнарӷәӷәеит 2-тәи асахьаҿы (А, В, С) иаагоу КТ-сахьақәа рҿы аҳидрогелтә кәаԥ аҩныҵҟа ҭыԥқәак рыхәаԥшра.
Оптикатә микроскоптә сахьақәа аҳидрогелтә кәаԥқәа еиуеиԥшым аҳауа аҭбаара змоу (А) 50, (Б) 100, иара убас (С) 110. Ацеллқәа рхыԥхьаӡарақәеи апорқәа рышәагаа рыхшареи альгинаттә гидрогелтә кәаԥқәа рҿы (Д) 50, (Е) 100, (Е) 110.
3-тәи асахьа (А, В, С) иаанарԥшуеит еиуеиԥшым аҳауа аҭбааратә еизыҟазаашьақәа змоу аҳидрогелтә ҟәаҟәа аҿырԥштәқәа роптикатә микроскоптә сахьақәа. Аҵыхәтәақәа иаадырԥшуеит аҳидрогелтә кәаԥ аоптикатә еиҿкаара, еиуеиԥшым адиаметрқәа змоу аԥсыӡқәа рсахьа еилыкка иаанарԥшуеит. Аԥсыӡқәа рыԥхьаӡеи адиаметри рыхшара ImageJ ахархәарала иԥхьаӡан. Аҿырԥштәы азы ф-сахьак ҭыхын, асахьа зегьы ршәагаа 1125.27 мкм × 843.96 мкм, анализ ззуыз аҭыԥ зегьы 5.7 мм2 ҟалеит.
(А) Еиуеиԥшым аҳауа аҭбааратә еизыҟазаашьақәа змоу альгинаттә гидрогелтә кәаԥқәа ркомпрессивтә стресс-деформациатә ҟазшьа. (Б) Аекспоненциалтә еиқәыршәара. (С) Еиуеиԥшым аҳауа аҭбааратә рацио змоу аҳидрогелтә кәаԥқәа ркомпрессии Е0. (D) Аҳауа аҭбаара еиуеиԥшым аизыҟазаашьақәа змоу альгинаттә гидрогелтә кәаԥқәа рҵыхәтәантәи акомпрессиатә стресси аҭынчреи.
3-тәи асахьа (D, E, F) иаанарԥшуеит аԥсыӡқәа рышәагаа рылаҵара еиԥшны ишыҟоу, жәаҩыла микрометрқәа инаркны 500 микрометр рҟынӡа. Ацәаҳәақәа ршәагаа еиԥшуп, насгьы аҳауа аҭбаара еиҵахацыԥхьаӡа маҷк еиҵахоит. Аԥышәаратә дыррақәа рыла, 50 мл зкуа аҿырԥштәы абжьаратәи аԥсыӡқәа ршәагаа 192,16 мкм, амедиана 184,51 мкм, аԥсыӡқәа рхыԥхьаӡара еизакны 103; 100 мл ацәырҵра абжьаратәи аԥсыӡқәа ршәагаа 156,62 мкм, амедиана 151,07 мкм, насгьы аԥсыӡқәа рхыԥхьаӡара еизакны 109; 110 мл ацәырҵра иақәшәо ​​аҵакқәа 163,07 мкм, 150,29 мкм, 115 роуп. Адыррақәа иаадырԥшуеит, еиҳа идуу аԥсыӡқәа абжьаратәи аԥсыӡқәа ршәагаа астатистикатә лҵшәақәа рҿы еиҳа анырра шрымоу, насгьы аԥсыӡқәа рыбжьаратәи ашәагаа аԥсыӡқәа ршәагаа аԥсахра атренд еиҳа еиӷьны иаанарԥшыр шалшо. Аҿырԥштәы аҭбаара 50 мл инаркны 110 мл ахь еизҳацыԥхьаӡа, ацәаҵәырақәа рхыԥхьаӡарагьы еизҳауеит. Аԥсыӡқәа рыбжьаратәи адиаметри аԥсыӡқәа рыԥхьаӡеи рыстатистикатә лҵшәақәа еидкыланы, иҟаҵатәуп аӡбара, аҭбаара еизҳацыԥхьаӡа, аҿырԥштәы аҩныҵҟа еиҳаны еиҵоу аԥсыӡқәа шьақәгылоит ҳәа.
Амеханикатә ԥышәарақәа рдыррақәа аарԥшуп асахьа 4А, 4D рҿы. 4А асахьаҿы иаагоуп еиуеиԥшым аҳауа аҭбааратә еизыҟазаашьақәа змоу иҟаҵоу аҳидрогелтә кәаԥқәа ркомпрессиатә стресс-деформациатә ҟазшьа. Аҵыхәтәақәа иаадырԥшуеит асамбльқәа зегьы еиԥшу ацәаҳәатәым астресс-деформациатә ҟазшьа шрымоу. Аҿырԥштәы зегьы рзы, астресс еиҳа ирласны еизҳауеит аҭынчра еизҳацыԥхьаӡа. Агидрогелтә кәаԥ акомпресиатә стресс-деформациатә ҟазшьа аекспоненциалтә ҟәырӷ еиқәыршәан. 4В асахьаҿы иаагоуп аекспоненциалтә функциа аҳидрогелтә кәаԥ азааигәатәратә модель еиԥш ахархәара ашьҭахьтәи аҵыхәтәақәа.
Еиуеиԥшым аҳауа аҭбааратә рацио змоу аҳидрогелтә кәаԥқәа рзы урҭ ркомпрессиатә модуль (Е0)гьы ҭҵаахеит. Агидрогелқәа ранализ еиԥш, акомпрессиатә Иаунг имодуль ҭҵаахеит 20% раԥхьатәи аҭынчра аҩаӡараҿы. Акомпрессиитә ԥышәарақәа рылҵшәақәа аарԥшуп асахьа 4С аҿы. 4С асахьаҿы иаагоу аҵыхәтәақәа иаадырԥшуеит, аҳауа аҭбаара аизыҟазаашьа 50-тәи аҿырԥштәы аҟынтәи 110-тәи аҿырԥштәы ахь еиҵахацыԥхьаӡа, альгинаттә гидрогелтә кәаԥ акомпрессиатә Иунг имодуль Е0 10,86 кПа инаркны 18 кПа ахь ишеизҳауа.
Убасҵәҟьа, аҳидрогелтә кәаԥқәа рстресс-деформациатә ҟәырӷқәа зегьы, иара убасгьы аҵыхәтәантәи акомпрессиатә стресси адеформациатә ҵакқәеи роуит. 4D асахьаҿы иаагоуп альгинаттә гидрогелтә кәаԥқәа рҵыхәтәантәи акомпрессиатә стресси аҭынчреи. Адыррақәа зегьы х-ԥышәарак рылҵшәақәа рыбжьаратәи аҵакы ауп. Аҵыхәтәақәа иаадырԥшуеит, аҵыхәтәантәи акомпрессиатә стресс 9,84 кПа инаркны 17,58 кПа рҟынӡа ишеизҳауа, агәаз аҟазаара еиҵахо ианалагалак. Аҵыхәтәантәи аштамм 38% ҟынӡа аҭышәынтәалара аанхоит.
2-тәи асахьа (А, В, С) иаанарԥшуеит 50, 100, 110 асамбльқәа ирықәшәо ​​еиуеиԥшым аҳауа аҭбааратә рацио змоу аҳидрогелтә кәаԥқәа рКТ-сахьақәа. Асахьақәа иаадырԥшуеит ишьақәгылаз аҳидрогелтә кәаԥ еиԥшуп ҳәа ҳҳәар ҳалшоит. 100-тәии 110-тәии аҿырԥштәқәа рҿы абжьажьқәа маҷк рбеит.Абарҭ абжьажьқәа рышьақәгылара зыхҟьо агелиациа апроцесс аамҭазы аҳидрогел аҿы ицәырҵуа аҩныҵҟатәи астресс акәзар ауеит. Ҳара ҳзыԥхьаӡеит HU ахәқәа 5-тәи аҿырԥштәқәа рзы, насгьы урҭ 5-тәи аҭаӡҩыраҿы иааҳарԥшит, урҭ ирықәшәо ​​атеоретикатә ҳәаақәҵарақәа рылҵшәақәа рыцны.
Аҭаӡҩыра 5 иаанарԥшуеит еиуеиԥшым аҳауа аҭбааратә рацио змоу аҿырԥштәқәа еиуеиԥшым HU аҵакқәа шроуз. мл, 100 мл, 110 мл рыбжьара иреиҳау p аҵакы 0.004 < 0.05 иҟан, уи аҵыхәтәақәа рыстатистикатә ҵакы аанарԥшуеит. Иԥышәаз х-ҿырԥштәык рҟынтәи 50 мл еилаԥсоу аҿырԥштәы ауаҩы игәаҵәақәа ррадиологиатә ҟазшьақәа еиҳа иазааигәоу аҟазшьақәа аман. Аҭаӡҩыра 5 аҵыхәтәантәи аколонна ашәагаа \(\:\rho\:\) шьаҭас измоу атеоретикатә ҳәаақәҵарала иаагоу аҵыхәтәа ауп. Ишәоу адыррақәеи атеоретикатә лҵшәақәеи еиҿырԥшны, иаҳбар ҳалшоит КТ-сканерла иҳауз HU аҵакқәа, зегьы еицырзеиԥшу ала, атеоретикатә лҵшәақәа ишырзааигәоу, уигьы 1С асахьаҿы иаагоу аҳауа аҭбаара аҳасабра аҵыхәтәақәа шьақәнарӷәӷәоит.
Ари ҵара хықәкы хадас иамоуп ауаҩы игәаҵәақәа иреиԥшу амеханикатәи арадиологиатәи ҟазшьақәа змоу аматериал аԥҵара. Ари ахықәкы анагӡара алыршахеит ауаҩы игәаҵәақәа иахьынӡазалшо изааигәоу, ахәҭақәа иреиԥшу амеханикатәи арадиологиатәи ҟазшьақәа змоу аҳидрогел шьаҭас измоу аматериал аԥҵарала. Атеориатә ҳәаақәҵарақәа рыла, еиуеиԥшым аҳауа аҭбааратә еизыҟазаашьақәа змоу аҳидрогелтә кәаԥқәа рхиан, анатриумтә альгинаттә ӡыҭра, CaCO3, GDL, SLES 70 механикала еилаԥсаны. Аҳауа аҭбаара аизыҟазаашьа аԥсахрала, акәаԥ аҵарреи аҵәаӷәареи ргәаԥхарала еиҭактәуп. Аҳауа аҭаҵәахра еизҳацыԥхьаӡа, аҭыԥқәа ршәагаа маҷк еиҵахоит, аҭыԥқәа рхыԥхьаӡарагьы еизҳауеит. Альгинаттә гидрогелтә кәаԥқәа рмеханикатә ҟазшьақәа ранализ азы акомпрессиатә ԥышәақәа мҩаԥган. Аҵыхәтәақәа иаадырԥшит акомпрессиатә ԥышәарақәа рҟынтәи ироуз акомпрессиатә модуль (Е0) ауаҩы игәаҵәақәа рзы идеалтәу аҩаӡараҿы ишыҟоу. Е0 еизҳауеит аҳауа аҭбаара аизыҟазаашьа еиҵахацыԥхьаӡа. Ирхиаз аҿырԥштәқәа ррадиологиатә ҟазшьақәа (HU) рыхәшьарақәа аҿырԥштәқәа рКТ адыррақәа рыла иаагоуп, насгьы атеоретикатә ҳәаақәҵарақәа рылҵшәақәа ирыҿдырԥшит. Алҵшәақәа бзиан. Ишәоу аҵакы ауаҩы игәаҵәақәа рҟны иҟоу HU аҵакы иазааигәоуп. Аҵыхәтәақәа иаадырԥшуеит, ауаҩы игәаҵәақәа рҟазшьақәа ирҿыԥшуа амеханикатәи арадиологиатәи ҟазшьақәа идеалтәу еилаҵаны, ахәҭақәа ирҿыԥшуа аҳидрогелтә кәаԥқәа раԥҵара шалыршахо.
Агәыӷра зҵоу алҵшәақәа шҳамоугьы, иахьатәи афабрикациа аметодқәа реиӷьтәра ахәҭоуп, атеоретикатә ҳәаақәҵарақәеи ауаҩытәыҩсатә гәаҵәақәеи рҟынтәи аԥааимбаражәақәа рықәшәаразы, адунеизегьтәи аҭыԥантәи амасштабқәа рҿы аҳауа аҭбаара аизыҟазаашьа еиҳа еиӷьны ахылаԥшразы. Иахьазытәи аҵара акомпрессиитә механика аԥышәара мацара ауп изызку, уи афантом ахархәара аԥсыԥлагаратә цикл акомпрессиитә фазаҿы ԥкра анаҭоит. Ԥхьаҟатәи аҭҵаарақәа рзы хра злоу акы акәхоит атларатә ԥышәарақәа рыҭҵаара, иара убасгьы аматериал иааизакны амеханикатә ҭышәынтәалара адинамикатә еидара аҭагылазаашьақәа рҿы ахархәарақәа рыхәшьара азы. Абарҭ аԥкрақәа шыҟоугьы, ари ҭҵаара раԥхьаӡа акәны қәҿиарала имҩаԥгаз аҽазышәара ауп, ауаҩы игәаҵәа иаҿыԥшуа материалк аҿы арадиологиатәи амеханикатәи ҟазшьақәа реидҵара.
Иахьа аҭҵаара аан иаԥҵаз мамзаргьы анализ зызуыз адыррақәа реизгақәа рыԥшаара ауеит уи зҵазкуа автор иҟынтә, ҵаҵӷәы змоу аҳәара ҟаҵаны. Аекспериментқәеи адатасетқәеи еиҭаҭыжьра рылшоит.
Сонг, Г., егьырҭгьы. Аканцер радиациала ахәышәтәра азы иҿыцу ананотехнологиақәеи иҿыцу аматериалқәеи. Адв. Матер. 29, 1700996. 10.1002/адма.201700996 (2017).
Кил, П.Џь., егьырҭгьы. Арадиациатә онкологиаҿы аԥсыԥлагаратә ҵысрақәа рнапхгара азы ААПМ 76а аусуратә гәыԥ аҳасабырба. Мед. Афиз. 33, 3874-3900. 10.1118/1.2349696 (2006).
Аль-Маиа, А., Мозели, Џь., Брок, К. К. Ауаҩы игәаҵәаҿы аинтерфейси аматериалтә нелинеаритетқәеи рмодель ҟаҵара. Афизикеи амедицинеи абиологиеи 53, 305–317. 10.1088/0031-9155/53/1/022 (2008).
Ванг, Х., егьырҭгьы. 3D биопринтинг ала иҟаҵоу агәаҵәа аканцер еиԥшу амодел. 3. Абиотехнологиа. 8 10.1007/с13205-018-1519-1 (2018).
Ли, М., егьырҭгьы. Агәаҵәа адеформациа амодель ҟаҵара: адеформациа зызуа асахьа ашәҟәҭагалара атехникеи ҭыԥла еиҭасуа Иаунг имодуль ахәшьарақәеи еидызкыло аметод. Мед. Афиз. 40, 081902. 10.1118/1.4812419 (2013).
Гуимаранес, С.Ф. Зыԥсы ҭоу ацәеижь аџьбарареи уи ацәеижьтә инженериеи рзы иамоу аҵакқәеи. Аԥсабара ахҳәаа Аматериалқәеи акәша-мыкәшеи 5, 351–370 (2020).