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Kev txav ntawm cov kab mob thiab cov nqaij tuaj yeem ua rau muaj qhov yuam kev hauv qhov chaw ntawm X-rays thaum lub sijhawm kho mob radiotherapy. Yog li ntawd, cov ntaub ntawv uas muaj cov khoom siv sib npaug ntawm cov nqaij thiab cov khoom siv radiological yog qhov xav tau los ua raws li kev txav ntawm cov nqaij rau kev ua kom zoo dua ntawm radiotherapy. Txawm li cas los xij, kev tsim cov ntaub ntawv zoo li no tseem yog qhov nyuaj. Alginate hydrogels muaj cov khoom zoo ib yam li cov ntawm extracellular matrix, ua rau lawv cog lus tias yog cov ntaub ntawv sib npaug ntawm cov nqaij. Hauv kev tshawb fawb no, alginate hydrogel foams nrog cov khoom siv kho tshuab thiab radiological xav tau tau synthesized los ntawm in situ Ca2+ tso tawm. Qhov sib piv ntawm huab cua rau ntim tau tswj hwm kom tau txais hydrogel foams nrog cov khoom siv kho tshuab thiab radiological txhais. Macro- thiab micromorphology ntawm cov ntaub ntawv tau piav qhia, thiab tus cwj pwm ntawm cov hydrogel foams nyob rau hauv compression tau kawm. Cov khoom siv radiological tau kwv yees theoretically thiab txheeb xyuas experimentally siv computed tomography. Kev tshawb fawb no qhia txog kev txhim kho yav tom ntej ntawm cov ntaub ntawv sib npaug ntawm cov nqaij uas tuaj yeem siv rau kev ua kom zoo dua ntawm cov tshuaj tua kab mob thiab kev tswj hwm zoo thaum lub sijhawm kho mob radiotherapy.
Kev kho mob hluav taws xob yog ib txoj kev kho mob rau mob qog noj ntshav1. Kev txav mus los ntawm cov kabmob thiab cov nqaij feem ntau ua rau muaj qhov yuam kev hauv qhov chaw ntawm X-rays thaum lub sijhawm kho mob hluav taws xob2, uas tuaj yeem ua rau mob qog noj ntshav tsis zoo thiab raug hluav taws xob ntau dhau ntawm cov hlwb noj qab haus huv ib puag ncig. Lub peev xwm los kwv yees kev txav mus los ntawm cov kabmob thiab cov nqaij yog qhov tseem ceeb rau kev txo qis qhov yuam kev hauv qhov chaw ntawm mob qog noj ntshav. Kev tshawb fawb no tau tsom mus rau lub ntsws, vim tias lawv raug kev hloov pauv thiab kev txav mus los thaum cov neeg mob ua pa thaum lub sijhawm kho mob hluav taws xob. Ntau yam qauv finite element tau tsim thiab siv los ua qauv kev txav mus los ntawm tib neeg lub ntsws3,4,5. Txawm li cas los xij, tib neeg cov kabmob thiab cov nqaij muaj cov qauv geometries nyuaj thiab nyob ntawm tus neeg mob heev. Yog li ntawd, cov ntaub ntawv nrog cov khoom sib npaug ntawm cov nqaij muaj txiaj ntsig zoo rau kev tsim cov qauv lub cev los lees paub cov qauv theoretical, pab txhawb kev kho mob zoo dua, thiab rau lub hom phiaj kev kawm kho mob.
Kev tsim cov ntaub ntawv mos mos uas ua raws li cov ntaub so ntswg kom ua tiav cov qauv sab nraud thiab sab hauv uas nyuaj heev tau nyiam ntau tus neeg saib xyuas vim tias lawv cov kev tsis sib xws ntawm lub cev tuaj yeem ua rau tsis ua tiav hauv cov ntawv thov6,7. Kev ua qauv ntawm cov biomechanics nyuaj ntawm cov ntaub so ntswg ntsws, uas ua ke qhov mos mos heev, elasticity, thiab cov qauv porosity, ua rau muaj kev cov nyom loj hauv kev tsim cov qauv uas ua kom raug dua li tib neeg lub ntsws. Kev sib koom ua ke thiab kev sib phim ntawm cov khoom siv kho tshuab thiab radiological yog qhov tseem ceeb rau kev ua haujlwm zoo ntawm cov qauv ntsws hauv kev kho mob. Kev tsim khoom ntxiv tau ua pov thawj tias muaj txiaj ntsig zoo hauv kev tsim cov qauv tshwj xeeb rau tus neeg mob, ua rau muaj kev ua qauv sai ntawm cov qauv tsim nyuaj. Shin et al. 8 tau tsim cov qauv ntsws uas rov ua dua tau, deformable nrog 3D-luam tawm cov pa. Haselaar et al. 9 tau tsim ib lub phantom zoo ib yam li cov neeg mob tiag tiag rau kev ntsuas qhov zoo ntawm cov duab thiab cov txheej txheem txheeb xyuas qhov chaw rau kev kho mob radiotherapy. Hong et al10 tau tsim ib lub hauv siab CT qauv siv 3D luam ntawv thiab silicone casting thev naus laus zis los ua kom rov ua dua qhov muaj zog CT ntawm ntau yam mob ntsws los ntsuas qhov tseeb ntawm kev ntsuas. Txawm li cas los xij, cov qauv no feem ntau yog ua los ntawm cov ntaub ntawv uas nws cov khoom siv zoo sib txawv ntawm cov ntaub so ntswg ntsws11.
Tam sim no, feem ntau cov duab ntawm lub ntsws yog ua los ntawm silicone lossis polyurethane ua npuas ncauj, uas tsis phim cov khoom siv kho tshuab thiab radiological ntawm lub ntsws parenchyma tiag tiag.12,13 Alginate hydrogels yog biocompatible thiab tau siv dav hauv kev tsim cov ntaub so ntswg vim lawv cov khoom siv kho tshuab hloov kho tau.14 Txawm li cas los xij, kev tsim cov khoom mos mos, zoo li ua npuas ncauj uas xav tau rau lub ntsws phantom uas ua raws li qhov elasticity thiab cov qauv sau ntawm cov ntaub so ntswg ntsws tseem yog qhov kev sib tw sim.
Hauv kev tshawb fawb no, nws tau xav tias cov ntaub so ntswg ntawm lub ntsws yog cov khoom siv sib xws. Qhov ceev ntawm cov ntaub so ntswg ntawm lub ntsws tib neeg (\(\:\rho\:\)) tau tshaj tawm tias yog 1.06 g / cm3, thiab qhov ceev ntawm lub ntsws uas tau nthuav dav yog 0.26 g / cm315. Ntau yam ntawm Young's modulus (MY) tus nqi ntawm cov ntaub so ntswg ntawm lub ntsws tau txais los ntawm kev siv ntau txoj kev sim. Lai-Fook et al. 16 ntsuas YM ntawm tib neeg lub ntsws nrog kev nthuav dav sib xws kom yog 0.42–6.72 kPa. Goss et al. 17 siv magnetic resonance elastography thiab tshaj tawm YM ntawm 2.17 kPa. Liu et al. 18 tshaj tawm YM ntsuas ncaj qha ntawm 0.03–57.2 kPa. Ilegbusi et al. 19 kwv yees tias YM yog 0.1–2.7 kPa raws li cov ntaub ntawv 4D CT tau txais los ntawm cov neeg mob xaiv.
Rau cov khoom siv hluav taws xob ntawm lub ntsws, ntau yam kev ntsuas tau siv los piav qhia txog kev sib cuam tshuam ntawm cov ntaub so ntswg ntsws nrog X-rays, suav nrog cov khoom sib xyaw, qhov ceev ntawm electron (\(\:{\rho\:}_{e}\)), tus lej atomic zoo (\(\:{Z}_{eff}\)), lub zog excitation nruab nrab (\(\:I\)), cov coefficient attenuation ntawm pawg (\(\:\mu\:/\rho\:\)) thiab Hounsfield unit (HU), uas muaj feem cuam tshuam ncaj qha rau \(\:\mu\:/\rho\:\).
Qhov ceev ntawm cov electron \(\:{\rho\:}_{e}\) yog txhais tias yog tus naj npawb ntawm cov electrons ib chav tsev ntim thiab suav raws li nram no:
qhov twg \(\:\rho\:\) yog qhov ceev ntawm cov khoom hauv g/cm3, \(\:{N}_{A}\) yog Avogadro tas li, \(\:{w}_{i}\) yog qhov loj ntawm pawg, \(\:{Z}_{i}\) yog tus lej atomic, thiab \(\:{A}_{i}\) yog qhov hnyav atomic ntawm i-th element.
Tus lej atomic muaj feem cuam tshuam ncaj qha rau qhov xwm txheej ntawm kev sib cuam tshuam ntawm cov hluav taws xob hauv cov khoom siv. Rau cov tshuaj sib xyaw thiab cov khoom sib xyaw uas muaj ntau yam khoom (piv txwv li, cov ntaub), tus lej atomic zoo \(\:{Z}_{eff}\) yuav tsum tau suav. Cov mis no tau muab los ntawm Murthy et al. 20:
Lub zog nruab nrab ntawm kev txhawb zog \(\:I\) piav qhia txog qhov yooj yim npaum li cas cov khoom siv uas lub hom phiaj nqus tau lub zog kinetic ntawm cov khoom me me uas nkag mus. Nws tsuas piav qhia txog cov yam ntxwv ntawm cov khoom siv uas lub hom phiaj xav tau thiab tsis muaj dab tsi ua rau cov yam ntxwv ntawm cov khoom me me. \(\:I\) tuaj yeem suav los ntawm kev siv txoj cai ntxiv Bragg:
Tus coefficient ntawm kev txo qhov hnyav ntawm cov duab (\:\mu\:/\rho\:\) piav qhia txog kev nkag mus thiab kev tso tawm zog ntawm cov duab hauv cov khoom siv. Nws tuaj yeem suav nrog siv cov qauv hauv qab no:
Qhov twg \(\:x\) yog qhov tuab ntawm cov khoom siv, \(\:{I}_{0}\) yog qhov muaj zog ntawm lub teeb, thiab \(\:I\) yog qhov muaj zog ntawm photon tom qab nkag mus rau hauv cov khoom siv. \(\:\mu\:/\rho\:\) cov ntaub ntawv tuaj yeem tau txais ncaj qha los ntawm NIST 12621 Cov Qauv Siv Database. \(\:\mu\:/\rho\:\) cov nqi rau cov khoom sib xyaw thiab cov tshuaj sib xyaw tuaj yeem tau los ntawm kev siv txoj cai additivity raws li hauv qab no:
HU yog ib chav ntsuas tsis muaj qhov ntev uas siv tau los ntsuas qhov ceev ntawm cov duab hluav taws xob hauv kev txhais cov ntaub ntawv computer tomography (CT), uas yog hloov pauv linearly los ntawm qhov ntsuas attenuation coefficient \(\:\mu\:\). Nws yog txhais tias:
qhov twg \(\:{\mu\:}_{water}\) yog tus coefficient attenuation ntawm dej, thiab \(\:{\mu\:}_{air}\) yog tus coefficient attenuation ntawm huab cua. Yog li ntawd, los ntawm cov mis (6) peb pom tias tus nqi HU ntawm dej yog 0, thiab tus nqi HU ntawm huab cua yog -1000. Tus nqi HU rau tib neeg lub ntsws yog txij li -600 txog -70022.
Muaj ntau yam khoom siv sib npaug ntawm cov ntaub so ntswg tau tsim tawm. Griffith et al. 23 tau tsim ib qho qauv sib npaug ntawm cov ntaub so ntswg ntawm tib neeg lub cev ua los ntawm polyurethane (PU) uas ntau yam kev sib xyaw ntawm calcium carbonate (CaCO3) tau ntxiv rau los ua qauv qhia txog cov coefficients linear attenuation ntawm ntau yam kab mob tib neeg suav nrog lub ntsws tib neeg, thiab tus qauv tau hu ua Griffith. Taylor24 tau nthuav tawm tus qauv sib npaug ntawm cov ntaub so ntswg ntsws thib ob uas tsim los ntawm Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), hu ua LLLL1. Traub et al.25 tau tsim ib qho hloov pauv tshiab ntawm cov ntaub so ntswg ntsws siv Foamex XRS-272 uas muaj 5.25% CaCO3 ua tus txhim kho kev ua tau zoo, uas tau hu ua ALT2. Cov Lus Qhia 1 thiab 2 qhia txog kev sib piv ntawm \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) thiab cov coefficients attenuation rau tib neeg lub ntsws (ICRU-44) thiab cov qauv sib npaug ntawm cov ntaub so ntswg saum toj no.
Txawm hais tias muaj cov khoom siv hluav taws xob zoo heev los xij, yuav luag txhua yam khoom siv phantom yog ua los ntawm polystyrene ua npuas ncauj, uas txhais tau tias cov khoom siv kho tshuab ntawm cov khoom siv no tsis tuaj yeem mus txog cov neeg lub ntsws. Young's modulus (YM) ntawm polyurethane ua npuas ncauj yog li 500 kPa, uas tsis zoo tagnrho piv rau cov neeg lub ntsws ib txwm muaj (kwv yees li 5-10 kPa). Yog li ntawd, nws yog qhov tsim nyog los tsim cov khoom siv tshiab uas tuaj yeem ua tau raws li cov yam ntxwv kho tshuab thiab hluav taws xob ntawm cov neeg lub ntsws tiag tiag.
Cov hydrogels siv dav hauv kev tsim cov ntaub so ntswg. Nws cov qauv thiab cov khoom zoo ib yam li cov extracellular matrix (ECM) thiab yooj yim hloov kho. Hauv kev tshawb fawb no, sodium alginate ntshiab tau raug xaiv los ua cov khoom siv biomaterial rau kev npaj cov ua npuas ncauj. Alginate hydrogels yog biocompatible thiab siv dav hauv kev tsim cov ntaub so ntswg vim lawv cov khoom siv kho tau. Cov khoom sib xyaw ua ke ntawm sodium alginate (C6H7NaO6) n thiab qhov muaj Ca2+ tso cai rau nws cov khoom siv radiological kom hloov kho raws li qhov xav tau. Kev sib xyaw ua ke ntawm cov khoom siv kho tau thiab radiological ua rau alginate hydrogels zoo tagnrho rau peb txoj kev tshawb fawb. Tau kawg, alginate hydrogels kuj muaj kev txwv, tshwj xeeb tshaj yog nyob rau hauv cov nqe lus ntawm kev ruaj khov mus sij hawm ntev thaum lub sijhawm ua pa simulated. Yog li ntawd, kev txhim kho ntxiv yog qhov xav tau thiab xav tau hauv kev tshawb fawb yav tom ntej los daws cov kev txwv no.
Hauv txoj haujlwm no, peb tau tsim cov khoom siv ua npuas dej alginate hydrogel nrog cov nqi rho tswj tau, elasticity, thiab cov khoom siv radiological zoo ib yam li cov ntaub so ntswg ntawm tib neeg lub ntsws. Kev tshawb fawb no yuav muab cov kev daws teeb meem dav dav rau kev tsim cov duab zoo li cov ntaub so ntswg nrog cov khoom siv elastic thiab radiological uas hloov tau. Cov khoom siv tuaj yeem hloov kho tau yooj yim rau txhua yam ntaub so ntswg thiab lub cev ntawm tib neeg.
Qhov piv ntawm huab cua thiab qhov ntim ntawm cov ua npuas hydrogel tau suav raws li HU ntau ntawm tib neeg lub ntsws (-600 txog -700). Nws tau xav tias cov ua npuas yog qhov sib xyaw yooj yim ntawm huab cua thiab cov alginate hydrogel tsim. Siv txoj cai ntxiv yooj yim ntawm cov ntsiab lus ib leeg \(\:\mu\:/\rho\:\), qhov ntim ntawm huab cua thiab qhov ntim piv ntawm cov alginate hydrogel tsim tuaj yeem suav tau.
Cov ua npuas dej alginate hydrogel tau npaj siv sodium alginate (Ntu No. W201502), CaCO3 (Ntu No. 795445, MW: 100.09), thiab GDL (Ntu No. G4750, MW: 178.14) uas tau yuav los ntawm Sigma-Aldrich Company, St. Louis, MO. 70% Sodium Lauryl Ether Sulfate (SLES 70) tau yuav los ntawm Renowned Trading LLC. Cov dej deionized tau siv rau hauv cov txheej txheem npaj ua npuas dej. Sodium alginate tau yaj rau hauv dej deionized ntawm chav tsev kub nrog kev sib xyaw tas li (600 rpm) kom txog thaum tau txais cov tshuaj daj translucent. CaCO3 ua ke nrog GDL tau siv ua Ca2+ qhov chaw los pib gelation. SLES 70 tau siv ua surfactant los tsim cov qauv porous hauv hydrogel. Qhov concentration ntawm alginate tau khaws cia ntawm 5% thiab qhov piv ntawm Ca2+:-COOH tau khaws cia ntawm 0.18. Qhov piv ntawm CaCO3:GDL molar kuj tau khaws cia ntawm 0.5 thaum lub sijhawm npaj ua npuas dej kom tswj tau pH nruab nrab. Tus nqi yog 26. 2% los ntawm qhov ntim ntawm SLES 70 tau ntxiv rau txhua qhov qauv. Lub beaker nrog lub hau tau siv los tswj qhov sib tov ntawm cov tshuaj thiab cua. Tag nrho qhov ntim ntawm lub beaker yog 140 ml. Raws li cov txiaj ntsig kev xam lej theoretical, qhov ntim sib txawv ntawm cov khoom sib tov (50 ml, 100 ml, 110 ml) tau ntxiv rau lub beaker kom sib tov nrog cua. Cov qauv uas muaj 50 ml ntawm cov khoom sib tov tau tsim los sib tov nrog cua txaus, thaum qhov sib piv ntawm cov cua hauv ob qho qauv tau tswj hwm. Ua ntej, SLES 70 tau ntxiv rau cov tshuaj alginate thiab do nrog lub tshuab hluav taws xob stirrer kom txog thaum sib tov tag nrho. Tom qab ntawd, CaCO3 suspension tau ntxiv rau cov khoom sib tov thiab do tas li kom txog thaum cov khoom sib tov tag nrho, thaum nws cov xim hloov mus ua dawb. Thaum kawg, cov tshuaj GDL tau ntxiv rau cov khoom sib tov kom pib gelation, thiab kev sib tov tshuab tau khaws cia thoob plaws hauv cov txheej txheem. Rau cov qauv uas muaj 50 ml ntawm cov khoom sib xyaw, kev sib xyaw tshuab tau nres thaum qhov ntim ntawm cov khoom sib xyaw tsis hloov pauv. Rau cov qauv uas muaj 100 ml thiab 110 ml ntawm cov khoom sib xyaw, kev sib xyaw tshuab tau nres thaum cov khoom sib xyaw puv lub beaker. Peb kuj tau sim npaj cov ua npuas hydrogel nrog qhov ntim ntawm 50 ml thiab 100 ml. Txawm li cas los xij, qhov tsis ruaj khov ntawm cov qauv ua npuas tau pom, vim nws hloov pauv ntawm lub xeev ntawm kev sib xyaw ua ke ntawm huab cua thiab lub xeev ntawm kev tswj hwm qhov ntim cua, ua rau muaj kev tswj hwm qhov ntim tsis sib xws. Qhov tsis ruaj khov no tau ua rau muaj kev tsis paub meej hauv kev suav, thiab yog li ntawd qhov ntim no tsis suav nrog hauv kev tshawb fawb no.
Qhov ceev \(\:\rho\:\) ntawm cov ua npuas dej hydrogel yog xam los ntawm kev ntsuas qhov hnyav \(\:m\) thiab qhov ntim \(\:V\) ntawm cov qauv ua npuas dej hydrogel.
Cov duab pom ntawm cov ua npuas hydrogel tau txais los ntawm kev siv lub koob yees duab Zeiss Axio Observer A1. Cov software ImageJ tau siv los xam tus lej thiab qhov loj ntawm cov qhov hws hauv ib qho piv txwv hauv ib cheeb tsam raws li cov duab tau txais. Lub qhov hws zoo li lub voj voog.
Txhawm rau kawm txog cov khoom siv kho tshuab ntawm cov alginate hydrogel ua npuas ncauj, kev sim uniaxial compression tau ua tiav siv lub tshuab TESTRESOURCES 100 series. Cov qauv tau txiav rau hauv cov blocks rectangular thiab qhov ntev ntawm cov block tau ntsuas los xam cov kev ntxhov siab thiab kev nyuaj siab. Qhov ceev ntawm crosshead tau teeb tsa ntawm 10 hli / feeb. Peb cov qauv tau sim rau txhua tus qauv thiab qhov nruab nrab thiab tus qauv sib txawv tau suav los ntawm cov txiaj ntsig. Kev tshawb fawb no tau tsom mus rau cov khoom siv kho tshuab compressive ntawm cov alginate hydrogel ua npuas ncauj txij li cov ntaub so ntswg ntsws raug rau cov zog compressive ntawm ib theem ntawm lub voj voog ua pa. Qhov kev nthuav dav yog qhov tseem ceeb, tshwj xeeb tshaj yog los cuam tshuam txog kev coj tus cwj pwm tag nrho ntawm cov ntaub so ntswg ntsws thiab qhov no yuav raug tshawb xyuas hauv kev tshawb fawb yav tom ntej.
Cov qauv ua npuas dej hydrogel uas tau npaj tseg tau raug luam theej duab ntawm lub tshuab luam theej duab Siemens SOMATOM Drive dual-channel CT scanner. Cov kev ntsuas scanning tau teeb tsa raws li nram no: 40 mAs, 120 kVp thiab 1 hli daim tuab. Cov ntaub ntawv DICOM tau raug tshuaj xyuas siv MicroDicom DICOM Viewer software los tshuaj xyuas cov nqi HU ntawm 5 ntu ntawm txhua tus qauv. Cov nqi HU tau los ntawm CT tau muab piv nrog cov kev xam lej theoretical raws li cov ntaub ntawv ceev ntawm cov qauv.
Lub hom phiaj ntawm txoj kev tshawb fawb no yog los hloov pauv txoj kev tsim cov qauv ntawm lub cev thiab cov ntaub so ntswg cuav los ntawm kev tsim cov ntaub mos mos. Kev tsim cov ntaub ntawv nrog cov khoom siv kho tshuab thiab radiological uas phim cov txheej txheem ua haujlwm ntawm lub ntsws tib neeg yog qhov tseem ceeb rau cov ntawv thov tsom mus rau xws li kev txhim kho kev cob qhia kho mob, kev npaj phais, thiab kev npaj kho mob hluav taws xob. Hauv Daim Duab 1A, peb tau kos duab qhov tsis sib xws ntawm cov khoom siv kho tshuab thiab radiological ntawm cov ntaub ntawv mos mos uas siv los tsim cov qauv ntsws tib neeg. Txog niaj hnub no, cov ntaub ntawv tau tsim uas qhia txog cov khoom siv hluav taws xob xav tau, tab sis lawv cov khoom siv kho tshuab tsis ua tau raws li qhov xav tau. Polyurethane ua npuas ncauj thiab roj hmab yog cov ntaub ntawv siv dav tshaj plaws rau kev tsim cov qauv ntsws tib neeg uas hloov pauv tau. Cov khoom siv kho tshuab ntawm polyurethane ua npuas ncauj (Young's modulus, YM) feem ntau yog 10 txog 100 npaug ntau dua li cov ntaub so ntswg ntsws tib neeg ib txwm muaj. Cov ntaub ntawv uas qhia txog ob qho tib si cov khoom siv kho tshuab thiab radiological xav tau tseem tsis tau paub.
(A) Daim duab qhia txog cov khoom ntawm ntau yam khoom mos thiab kev sib piv nrog tib neeg lub ntsws hais txog qhov ceev, Young's modulus thiab cov khoom siv hluav taws xob (hauv HU). (B) X-ray diffraction qauv ntawm \(\:\mu\:/\rho\:\) alginate hydrogel nrog qhov concentration ntawm 5% thiab Ca2+:-COOH molar ratio ntawm 0.18. (C) Ntau yam ntawm cov huab cua ntim piv hauv cov hydrogel foams. (D) Daim duab qhia txog cov alginate hydrogel foams nrog cov huab cua ntim piv sib txawv.
Cov khoom sib xyaw ua ke ntawm alginate hydrogels nrog qhov concentration ntawm 5% thiab Ca2+:-COOH molar ratio ntawm 0.18 tau suav, thiab cov txiaj ntsig tau pom hauv Rooj 3. Raws li txoj cai ntxiv hauv cov mis dhau los (5), qhov coefficient attenuation ntawm alginate hydrogel \(\:\:\mu\:/\rho\:\) tau txais raws li pom hauv Daim Duab 1B.
Cov nqi \(\:\mu\:/\rho\:\) rau huab cua thiab dej tau txais ncaj qha los ntawm NIST 12612 cov qauv ntaub ntawv siv. Yog li, Daim Duab 1C qhia txog qhov sib piv ntawm cov cua ntim hauv cov hydrogel ua npuas ncauj nrog HU sib npaug ntawm -600 thiab -700 rau lub ntsws tib neeg. Qhov sib piv ntawm cov cua ntim uas tau xam los ntawm kev xav tau ruaj khov hauv 60-70% hauv qhov ntau ntawm lub zog los ntawm 1 × 10−3 txog 2 × 101 MeV, qhia txog qhov muaj peev xwm zoo rau kev siv cov hydrogel ua npuas ncauj hauv cov txheej txheem tsim khoom qis.
Daim Duab 1D qhia txog cov qauv ua npuas dej alginate hydrogel uas tau npaj tseg. Tag nrho cov qauv tau txiav ua tej daim me me uas muaj ntug ntev li 12.7 hli. Cov txiaj ntsig tau qhia tias cov npuas dej hydrogel uas sib xws, ruaj khov peb-seem tau tsim. Txawm hais tias qhov sib piv ntawm huab cua, tsis muaj qhov sib txawv tseem ceeb hauv qhov tsos ntawm cov npuas dej hydrogel tau pom. Qhov xwm txheej ntawm cov npuas dej hydrogel uas nyob ruaj khov qhia tau hais tias lub network uas tsim hauv cov hydrogel muaj zog txaus los txhawb qhov hnyav ntawm cov npuas dej nws tus kheej. Sib nrug los ntawm qhov me me ntawm cov dej xau los ntawm cov npuas dej, cov npuas dej kuj tau ua pov thawj tias muaj kev ruaj khov ib ntus rau ob peb lub lis piam.
Los ntawm kev ntsuas qhov hnyav thiab qhov ntim ntawm cov qauv ua npuas ncauj, qhov ceev ntawm cov ua npuas dej hydrogel \(\:\rho\:\) tau suav, thiab cov txiaj ntsig tau pom hauv Rooj 4. Cov txiaj ntsig qhia txog kev vam khom ntawm \(\:\rho\:\) rau qhov ntim ntawm huab cua. Thaum cua txaus sib xyaw nrog 50 ml ntawm cov qauv, qhov ceev dhau los ua qhov qis tshaj plaws thiab yog 0.482 g / cm3. Thaum qhov ntau ntawm cov huab cua sib xyaw txo qis, qhov ceev nce mus txog 0.685 g / cm3. Tus nqi p siab tshaj plaws ntawm cov pab pawg ntawm 50 ml, 100 ml thiab 110 ml yog 0.004 < 0.05, qhia txog qhov tseem ceeb ntawm cov txiaj ntsig.
Tus nqi theoretical \(\:\rho\:\) kuj raug suav los ntawm kev siv qhov piv ntawm huab cua uas tswj tau. Cov txiaj ntsig ntsuas tau qhia tias \(\:\rho\:\) yog 0.1 g/cm³ me dua li tus nqi theoretical. Qhov sib txawv no tuaj yeem piav qhia los ntawm kev ntxhov siab sab hauv uas tsim tawm hauv hydrogel thaum lub sijhawm gelation, uas ua rau o thiab ua rau txo qis hauv \(\:\rho\:\). Qhov no tau lees paub ntxiv los ntawm kev soj ntsuam qee qhov sib txawv sab hauv cov ua npuas dej hydrogel hauv cov duab CT qhia hauv Daim Duab 2 (A, B thiab C).
Cov duab thaij los ntawm lub tshuab tsom iav ntawm cov ua npuas hydrogel nrog cov pa sib txawv (A) 50, (B) 100, thiab (C) 110. Cov lej ntawm tes thiab qhov loj ntawm qhov pore hauv cov qauv ua npuas alginate hydrogel (D) 50, (E) 100, (F) 110.
Daim Duab 3 (A, B, C) qhia cov duab los ntawm lub tshuab tsom iav pom kev ntawm cov qauv ua npuas hydrogel nrog cov piv ntawm cov pa sib txawv. Cov txiaj ntsig qhia txog cov qauv pom kev ntawm cov ua npuas hydrogel, qhia meej meej cov duab ntawm cov qhov hws nrog cov kab uas hla sib txawv. Kev faib tawm ntawm tus lej qhov hws thiab txoj kab uas hla tau suav los ntawm kev siv ImageJ. Muaj rau daim duab tau thaij rau txhua daim qauv, txhua daim duab muaj qhov loj me ntawm 1125.27 μm × 843.96 μm, thiab tag nrho thaj chaw soj ntsuam rau txhua daim qauv yog 5.7 mm².
(A) Kev coj cwj pwm ntawm kev ntxhov siab thiab kev ntxhov siab ntawm cov alginate hydrogel ua npuas ncauj nrog cov piv sib txawv ntawm huab cua. (B) Kev sib haum xeeb. (C) Kev nias E0 ntawm cov hydrogel ua npuas ncauj nrog cov piv sib txawv ntawm huab cua. (D) Kev ntxhov siab kawg thiab kev ntxhov siab ntawm alginate hydrogel ua npuas ncauj nrog cov piv sib txawv ntawm huab cua.
Daim Duab 3 (D, E, F) qhia tau hais tias qhov faib ntawm qhov loj ntawm qhov pore yog sib npaug zos, txij li kaum tawm micrometers mus txog li 500 micrometers. Qhov loj ntawm qhov pore yog qhov sib npaug zos, thiab nws txo qis me ntsis thaum qhov ntim cua txo qis. Raws li cov ntaub ntawv xeem, qhov nruab nrab ntawm qhov pore loj ntawm 50 ml qauv yog 192.16 μm, qhov nruab nrab yog 184.51 μm, thiab tus lej ntawm cov qhov pores ib cheeb tsam yog 103; qhov nruab nrab ntawm qhov pore loj ntawm 100 ml qauv yog 156.62 μm, qhov nruab nrab yog 151.07 μm, thiab tus lej ntawm cov qhov pores ib cheeb tsam yog 109; cov nqi sib xws ntawm 110 ml qauv yog 163.07 μm, 150.29 μm thiab 115, raws li. Cov ntaub ntawv qhia tau hais tias cov qhov pores loj dua muaj kev cuam tshuam ntau dua rau cov txiaj ntsig ntawm qhov nruab nrab ntawm qhov pore loj, thiab qhov nruab nrab ntawm qhov pore loj tuaj yeem cuam tshuam qhov kev hloov pauv ntawm qhov loj ntawm qhov pore. Thaum qhov ntim ntawm cov qauv nce ntxiv ntawm 50 ml mus rau 110 ml, tus naj npawb ntawm cov qhov hws kuj nce ntxiv. Kev sib xyaw ua ke ntawm cov txiaj ntsig ntawm qhov nruab nrab ntawm qhov loj ntawm cov qhov hws thiab tus naj npawb ntawm cov qhov hws, nws tuaj yeem xaus lus tias thaum qhov ntim nce ntxiv, ntau cov qhov hws me dua tau tsim hauv cov qauv.
Cov ntaub ntawv kuaj tshuab tau qhia nyob rau hauv Daim Duab 4A thiab 4D. Daim Duab 4A qhia txog kev coj cwj pwm ntawm kev ntxhov siab-kev nyuaj siab ntawm cov ua npuas dej hydrogel uas tau npaj nrog cov piv ntawm huab cua sib txawv. Cov txiaj ntsig qhia tau tias txhua tus qauv muaj kev coj cwj pwm zoo sib xws ntawm kev ntxhov siab-kev nyuaj siab. Rau txhua tus qauv, kev ntxhov siab nce sai dua nrog kev ntxhov siab nce ntxiv. Ib txoj kab nkhaus exponential tau haum rau kev coj cwj pwm ntawm kev ntxhov siab-kev nyuaj siab ntawm cov ua npuas dej hydrogel. Daim Duab 4B qhia cov txiaj ntsig tom qab siv cov haujlwm exponential ua tus qauv kwv yees rau cov ua npuas dej hydrogel.
Rau cov hydrogel foams nrog cov pa sib txawv, lawv cov compressive modulus (E0) kuj tau kawm. Zoo ib yam li kev tshuaj xyuas ntawm cov hydrogels, cov compressive Young's modulus tau tshawb xyuas hauv qhov ntau ntawm 20% thawj zaug kev nyuaj siab. Cov txiaj ntsig ntawm kev xeem compression tau pom hauv Daim Duab 4C. Cov txiaj ntsig hauv Daim Duab 4C qhia tau tias thaum cov pa sib txawv txo qis los ntawm cov qauv 50 mus rau cov qauv 110, cov compressive Young's modulus E0 ntawm alginate hydrogel ua npuas ncauj nce ntxiv los ntawm 10.86 kPa mus rau 18 kPa.
Ib yam li ntawd, cov kab nkhaus kev ntxhov siab-kev ntxhov siab ntawm cov hydrogel ua npuas ncauj, nrog rau qhov kawg ntawm kev ntxhov siab thiab kev ntxhov siab, tau txais. Daim duab 4D qhia txog qhov kawg ntawm kev ntxhov siab thiab kev ntxhov siab ntawm cov alginate hydrogel ua npuas ncauj. Txhua qhov chaw ntawm cov ntaub ntawv yog qhov nruab nrab ntawm peb qhov tshwm sim ntawm kev sim. Cov txiaj ntsig qhia tau tias qhov kawg ntawm kev ntxhov siab nce ntxiv los ntawm 9.84 kPa mus rau 17.58 kPa nrog cov roj tsawg zuj zus. Qhov kawg ntawm kev ntxhov siab tseem ruaj khov ntawm kwv yees li 38%.
Daim Duab 2 (A, B, thiab C) qhia cov duab CT ntawm cov ua npuas dej hydrogel nrog cov pa sib txawv sib piv rau cov qauv 50, 100, thiab 110, raws li. Cov duab qhia tau hais tias cov ua npuas dej hydrogel uas tsim tau yuav luag zoo ib yam. Muaj cov qhov sib txawv me me tau pom hauv cov qauv 100 thiab 110. Kev tsim cov qhov sib txawv no yuav yog vim muaj kev ntxhov siab sab hauv uas tsim los ntawm hydrogel thaum lub sijhawm ua gelation. Peb tau xam cov nqi HU rau 5 ntu ntawm txhua tus qauv thiab teev lawv hauv Rooj 5 nrog rau cov txiaj ntsig kev suav lej sib xws.
Rooj 5 qhia tau hais tias cov qauv uas muaj cov pa sib txawv tau txais cov nqi HU sib txawv. Tus nqi p siab tshaj plaws ntawm 50 ml, 100 ml thiab 110 ml pawg yog 0.004 < 0.05, qhia txog qhov tseem ceeb ntawm cov txiaj ntsig. Ntawm peb qhov qauv uas tau sim, cov qauv uas muaj 50 ml sib xyaw muaj cov khoom siv hluav taws xob ze tshaj plaws rau cov ntsws tib neeg. Kab kawg ntawm Rooj 5 yog qhov tshwm sim tau los ntawm kev xam theoretical raws li tus nqi ua npuas ntsuas \(\:\rho\:\). Los ntawm kev sib piv cov ntaub ntawv ntsuas nrog cov txiaj ntsig theoretical, nws tuaj yeem pom tias cov nqi HU tau los ntawm CT scanning feem ntau ze rau cov txiaj ntsig theoretical, uas ua rau lees paub cov txiaj ntsig xam qhov ntim cua hauv Daim Duab 1C.
Lub hom phiaj tseem ceeb ntawm txoj kev tshawb no yog los tsim cov khoom siv uas muaj cov khoom siv kho tshuab thiab radiological sib piv rau cov ntawm tib neeg lub ntsws. Lub hom phiaj no tau ua tiav los ntawm kev tsim cov khoom siv hydrogel-based nrog cov khoom siv kho tshuab thiab radiological sib npaug ntawm cov ntaub so ntswg uas ze li sai tau rau cov ntawm tib neeg lub ntsws. Ua raws li kev xam lej theoretical, cov hydrogel foams nrog cov pa sib txawv tau npaj los ntawm kev sib xyaw sodium alginate kua, CaCO3, GDL thiab SLES 70. Kev tshuaj xyuas morphological qhia tau hais tias cov hydrogel ua npuas dej ruaj khov peb-seem tau tsim. Los ntawm kev hloov pauv qhov sib piv ntawm huab cua, qhov ceev thiab porosity ntawm cov npuas dej tuaj yeem hloov pauv ntawm qhov xav tau. Nrog rau kev nce ntawm cov pa ntim, qhov loj me ntawm qhov hws me ntsis txo qis thiab tus lej ntawm cov qhov hws nce ntxiv. Kev ntsuam xyuas compression tau ua los tshuaj xyuas cov khoom siv kho tshuab ntawm alginate hydrogel foams. Cov txiaj ntsig tau qhia tias cov modulus compressive (E0) tau txais los ntawm kev ntsuam xyuas compression yog nyob rau hauv qhov zoo tshaj plaws rau tib neeg lub ntsws. E0 nce raws li qhov sib piv ntawm huab cua txo qis. Cov nqi ntawm cov khoom siv hluav taws xob (HU) ntawm cov qauv npaj tau txais raws li cov ntaub ntawv CT ntawm cov qauv thiab piv nrog cov txiaj ntsig ntawm kev suav theoretical. Cov txiaj ntsig tau zoo. Tus nqi ntsuas kuj nyob ze rau tus nqi HU ntawm tib neeg lub ntsws. Cov txiaj ntsig qhia tau tias nws muaj peev xwm los tsim cov ntaub so ntswg-ua cov hydrogel ua npuas ncauj nrog kev sib xyaw ua ke zoo tagnrho ntawm cov khoom siv kho tshuab thiab hluav taws xob uas ua raws li cov khoom ntawm tib neeg lub ntsws.
Txawm hais tias muaj cov txiaj ntsig zoo los xij, cov txheej txheem tsim khoom tam sim no yuav tsum tau txhim kho kom zoo dua qub kom tswj tau qhov sib piv ntawm huab cua thiab porosity kom phim cov lus kwv yees los ntawm kev suav theoretical thiab lub ntsws tiag tiag ntawm ob qho tib si thoob ntiaj teb thiab hauv zos. Kev tshawb fawb tam sim no kuj txwv rau kev sim cov txheej txheem compression, uas txwv qhov kev siv ntawm lub phantom rau theem compression ntawm lub voj voog ua pa. Kev tshawb fawb yav tom ntej yuav tau txais txiaj ntsig los ntawm kev tshawb nrhiav kev sim tensile nrog rau kev ruaj khov ntawm cov khoom siv los ntsuas cov ntawv thov muaj peev xwm nyob rau hauv cov xwm txheej dynamic loading. Txawm hais tias muaj cov kev txwv no, kev tshawb fawb cim thawj qhov kev sim ua tiav los sib xyaw cov khoom siv radiological thiab mechanical hauv ib qho khoom siv uas ua raws li lub ntsws tib neeg.
Cov ntaub ntawv uas tau tsim thiab/lossis tshuaj xyuas thaum lub sijhawm kawm tam sim no muaj los ntawm tus sau ntawv sib xws thaum thov kom tsim nyog. Ob qho kev sim thiab cov ntaub ntawv no tuaj yeem rov ua dua.
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