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Lu muvimentu di l'organi e dî tissuti pò purtari a erruri ntà posizziuni dî raggi X duranti la radiuterapia. Pirciò, sunu nicissari matiriali cu prupità miccànichi e radiulòggichi equivalenti ê tissuti pi imitari lu muvimentu di l’òrgani pi l’ottimizzazziuni dâ radiuterapia. Tuttavia, lu sviluppu di sti matiriali arresta na sfida. L'idrugel di alginatu ànnu prupità simili a chiḍḍi dâ matrici extracellulari, ca li renni prumittenti comu matiriali equivalenti a tissuti. Nna stu studiu, li schiumi di idrogel di alginatu cu prupità miccànichi e radiulòggichi disijati foru sintitizzati cu rilassu in situ di Ca2+. Lu rapportu aria-vulumi fu cuntrullatu cu cura pi uttèniri schiumi di idrogel cu prupità miccànichi e radiulòggichi difiniti. Fu carattirizzata la macru- e la micrumurfuluggìa dî matiriali e fu studiatu lu cumpurtamentu dî schiumi di idrogel sutta cumpressioni. Li prupità radiulòggichi foru stimati tiuriamenti e virìficati spirimentalmenti usannu la tomografìa computerizzata. Stu studiu fa capiri lu sviluppu futuru di matiriali equivalenti a tissuti ca ponnu èssiri usati pi l’ottimizzazziuni dâ dosi di radiazzioni e lu cuntrollu dâ qualità duranti la radiutirapìa.
La radiazzioni è nu trattamentu cumuni pû càncaru1. Lu muvimentu di l’òrgani e dî tissuti spissu porta a sbagghi ntô pusizzionamentu dî raggi X duranti la radiazzioni2, ca ponnu purtari a nu suttatrattamentu dû tumuri e a na suvraespusizzioni di cèlluli sani circustanti a radiazzioni nun nicissari. L'abbilità di prividiri lu muvimentu di l'organi e li tissuti è funnamintali pi ridduciri ô minimu l'erruri di localizzazziuni dû tumuri. Chistu studiu si cuncintrau ncapu li purmuna, picchì suffrunu difurmazzioni e muvimenti mpurtanti quannu li pazzienti rispiranu duranti la radiazziuni. Furu sviluppati e applicati vari mudelli di elementi finiti pi simulari lu movimentu dî purmuna umani3,4,5. Com'è gghiè, l'organi e li tissuti umani hannu giumitrìi cumplessi e dipennunu assài dû pazzienti. Pirciò, li matiriali cu prupità equivalenti ê tissuti sunu assái utili pi sviluppari modelli fìsici pi cunvalidari modelli tiòrici, facilitari nu trattamentu medicu migghiuratu e pi scopi di istruzzioni medica.
Lu sbiluppu di matiriali ca imitanu li tissuti morbidi pi arrivari a giumitrìi strutturali esterni e nterni cumplessi attirau assai attinzioni picchì li so ncuirenzi miccànichi ntrinsichi ponnu purtari a fallimenti nta applicazzioni birsagghiu6,7. La modellazziuni dâ biomiccànica cumplessa dû tissutu purmunaru, ca cummina morbidezza estrema, elasticità e porosità strutturali, è na sfida mpurtanti ntô sviluppu di modelli ca riprudùciunu accuratamenti lu purmuni umanu. La ntigrazziuni e l'abbinamentu dî prupità miccànichi e radiulòggici sunnu funnamintali pi l'efficaci rinnimentu dî mudelli purmunari ntà l'interventi terapeutici. La produzziuni agghiuncitiva s’addimustrò efficaci ntô sviluppu di mudelli spicìfici pî pazzienti, pirmittennu di prututipari lesti pruggetti cumplessi. Shin e àutri. 8 sviluppò nu mudeḍḍu purmunaru riproducìbbili e difurmàbbili cu vie aèrii stampati 3D. Haselaar e àutri. 9 sviluppò nu fantumu assái sìmili a pazzienti riali pi valutari la qualità di l’immaggini e mètudi di virìfica dâ pusizzioni pâ radiuterapia. Hong et al10 svilupparu nu mudeḍḍu CT dû tùttu usannu la stampa 3D e la tecnuluggìa dâ fusioni ‘n silicuni pi riprodurri l’intinsità CT di vari lizziuni purmunari pi valutari l’accuratizza dâ quantificazzioni. Com’è gghiè, chisti protòtipi sunu spissu fatti di matiriali ca hannu prupità assai diversi di chiḍḍi dû tissutu purmunaru11.
Attualmenti, la maggiuranza dî fantasmi purmunari sunnu fatti di silicuni o schiuma di poliuritanu, ca nun currispunnunu ê prupità miccànichi e radiulòggichi dû parinchima purmunaru riali.12,13 L'idrogelli d'alginatu sunnu biucumpatibbili e foru ampiamenti usati ntâ ncigniria tissutali a causa dî sò prupità miccànichi sintunabbili. fantasma ca imita accuratamenti l'elasticità e la struttura di riempimentu dû tissutu purmunaru arresta na sfida spirimentali.
Ntà stu studiu, si pinzava ca lu tissutu purmunaru era nu matiriali elàsticu omuggèniu. Si riporta ca la dinsità dû tissutu purmunaru umanu (\(\:\rho\:\)) è 1,06 g/cm3 e la dinsità dû purmuni gonfiatu è 0,26 g/cm315. N’ampia gamma ri valùri dû mòdulu ri Young (MY) dû tissutu purmunaru fu ottinutu usannu mètudi spirimentali addiversi. Lai-Fook e avutri. 16 misuràru u YM dû purmuni umanu cu n’inflazzioni uniformi ri 0,42-6,72 kPa. Goss e àutri. 17 usaru l’elastugrafìa a risonanza magnètica e ripurtaru nu YM di 2,17 kPa. Liu e àutri. 18 ripurtaru na YM misurata direttamenti di 0,03-57,2 kPa. Ilegbusi e àutri. 19 stimaru ca lu YM fussi 0,1-2,7 kPa supra la basi dî dati CT 4D uttinuti di pazzienti scigghiuti.
Pi li prupità radiulòggichi dû purmuni, diversi paràmitri sunnu usati pi discrìviri lu cumportamentu di ntirazzioni dû tissutu purmunaru chî raggi X, ntra cui la cumpusizzioni elimintari, la dinsità di l'elettruni (\(\:{\rho\:}_{e}\)), lu nùmmaru atòmicu effittivu (\(\:{Z}_{eff\)\:ss (\(eff)\ci}\)), me cufficenti d'attinuazziuni (\(\:\mu\:/\rho\:\)) e l'unità di Hounsfield (HU), ca è direttamenti currilata a \(\:\mu\:/\rho\:\).
La dinsità di elettrùni \(\:{\rho\:}_{e}\) è difinuta comu lu nùmmiru di elettrùni pi unità di vulumi e veni calculata comu si vidi appressu:
unni \(\:\rho\:\) è la dinsità dû matiriali 'n g/cm3, \(\:{N}_{A}\) è la custanti di Avogadro, \(\:{w}_{i}\) è la frazzioni di massa, \(\:){Z}_{i}\) è lu nùmmuru atòmicu:\}{A\} lu pisu i-simu elimentu.
Lu nùmmuru atòmicu è direttamenti currilatu â natura dâ ntirazzioni dî radiazzioni dintra lu matiriali. Pî cumposti e misceli ca cuntèninu diversi elimenti (p'asempiu, tissuti), s'havi a carculari lu nùmmuru atòmicu effettivu \(\:{Z}_{eff}\). A furmula fu pruposta di Murthy et al. 20:
L’enirgìa media di eccitazzioni \(\:I\) discrivi quantu facilmenti lu matiriali birsagghiu assorbi l’enirgìa cinètica dî particeḍḍi pinnitranti. Discrivi sulu li prupità dû matiriali birsagghiu e nun àvi nuḍḍu a chi fari cu li prupità dî particeḍḍi. \(\:I\) si po carculari applicannu la règula d'additivitati di Bragg:
Lu cufficenti d’attinuazziuni di massa \(\:\mu\:/\rho\:\) discrivi la pinnitrazziuni e lu rilassu d’enirgìa dî fotuna nnô matiriali birsagghiu. Si pò carculari usannu la furmula:
Unni \(\:x\) è lu spissuri dû matiriali, \(\:{I}_{0}\) è la ntinsità dâ luci ncidenti, e \(\:I\) è la ntinsità dî fotuna doppu la pinnitrazzioni nnô matiriali. Li dati \(\:\mu\:/\rho\:\) si ponnu uttèniri direttamenti dû Bancu di dati di rifirimentu dî standard NIST 12621. Li valura di \(\:\mu\:/\rho\:\) pi misceli e cumposti ponnu èssiri dirivati ​​usannu la règula di l'agghiuncitina comu si vidi appressu:
HU è n’unità di misura senza diminziuna standardizzata dâ radiudinsità nnâ ntirpritazzioni dî dati dâ tumugrafìa cumputazziunali (TC), ca veni trasfurmata liniarmenti dû cufficenti d’attinuazziuni misuratu \(\:\mu\:\). Si difinisci comu:
unni \(\:{\mu\:}_{acqua}\) è lu cufficenti d'attinuazziuni di l'acqua, e \(\:{\mu\:}_{aria}\) è lu cufficenti d'attinuazziuni di l'aria. Adunca, dâ furmula (6) videmu chi lu valuri HU di l'acqua è 0, e lu valuri HU di l'aria è -1000. Lu valuri HU pî purmuna umani va di -600 a -70022.
Furu sviluppati vari matiriali equivalenti ê tissuti. Griffith e àutri. 23 svilupparu nu modellu equivalenti ô tissutu dû torsu umanu fattu di poliuritanu (PU) a cui foru agghiunciuti vari cuncintrazzioni di carbunatu di càrciu (CaCO3) pi simulari li coefficienti di attenuazziuni lineari di vari òrgani umani comu puru lu purmuni umanu, e lu modellu fu chiamatu Griffith. Taylor24 prisintau nu sicunnu mudeḍḍu equivalenti ô tissutu purmunaru sviluppatu dû Labburatoriu Nazziunali Lawrence Livermore (LLNL), chiamatu LLLL1. Traub e àutri svilupparu nu novu sustitutu dû tissutu purmunaru usannu Foamex XRS-272 ca cunteni lu 5,25% di CaCO3 comu migghiuraturi dû rinnimentu, chiamatu ALT2. Li tabbelli 1 e 2 mùstranu nu cunfrontu ri \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) e li cufficenti ri attenuazzioni ri massa pû purmuni umanu (ICRU-44) e li tissuti equivalenti supra.
Nustanti li prupità radiulòggichi ottinuti, quasi tutti li matiriali fantumi su’ fatti di schiuma di polistirenu, ca signìfica ca li prupità miccànichi di sti matiriali nun ponnu avvicinarisi a chiḍḍi dî purmuna umani. Lu mòdulu di Young (YM) dâ schiuma di poliuritanu è di circa 500 kPa, ca è luntanu di èssiri idiali rispettu ê purmuna umani nurmali (circa 5-10 kPa). Pirciò, è nicissariu sviluppari nu novu matiriali ca pò rispunniri ê carattirìstichi miccànichi e radiulòggichi dî purmuna umani riali.
Li idrogel sunu assai usati ntâ ncigniria tissutali. La sò struttura e prupità sunnu simili â matrici extracellulari (ECM) e sunnu facilmenti arriggistrabbili. Nna stu studiu, l'alginatu di sodiu puru fu scigghiutu comu biumatiriali pâ priparazzioni di schiumi. L’idrògel di alginatu sunu biucumpatibbili e usati assai ntâ ncigniria tissutali pi li so prupità miccànichi arriggistrabbili. La cumpusizzioni elimintari di l'alginatu di sodiu (C6H7NaO6)n e la prisenza di Ca2+ pirmettunu di ajustari li so prupità radiulòggichi si è nicissariu. Sta cumminazzioni di prupità miccànichi e radiulòggichi arriggistrabbili renni l'idrugel di alginatu idiali pû nostru studiu. Naturalmente, l’idrugel di alginatu hannu puru limitazziuni, supratuttu ‘n termini di stabbilità a longu tèrmini duranti li cicli rispiratori simulati. Pirciò, sunnu nicissari e privisti ultiriuri migghiuramenti nnî sturìi futuri pì affruntari chisti limitazzioni.
Nna stu travagghiu, sviluppamu nu matiriali di schiuma di idrogel di alginatu cu valura di rho cuntrullabbili, elasticità e prupità radiulòggichi simili a chiḍḍi dû tissutu purmunaru umanu. Stu studiu duna na suluzzioni ginirali pi fabbricari fantasmi simili a tissuti cu prupità elàstichi e radiulòggichi sintunabbili. Li prupità dû matiriali ponnu èssiri facirmenti adattati a quarsiasi tissutu e òrganu umanu.
Lu rapportu aria-vulumi birsagghiu dâ schiuma idrogel fu calculatu supra la basi di l'intervallu HU dî purmuna umani (-600 a -700). Si pinzava ca la schiuma era na sèmplici misculanza di aria e idrogel di alginatu sintèticu. Usannu na sìmplici règula d'agghiuncitina di sìnguli elimenti \(\:\mu\:/\rho\:\), si putissi carculari la frazzioni di vulumi di l'aria e lu rapportu di vulumi di l'idrugel di alginatu sintitizzatu.
Li schiumi di idròggilu di arginatu foru priparati usannu l'arginatu di sodiu (n° parti W201502), CaCO3 (parti n° 795445, MW: 100,09) e GDL (parti n° G4750, MW: 178,14) accattatu dâ Cumpagnia Sigma-Aldrich, St Louis MO. Lu 70% di surfatu di l'ètiri di sòdiu (SLES 70) fu accattatu di Rinumata LLC. Ntô prucessu di priparazzioni dâ schiuma fu usata acqua dijunizzata. L'alginatu di sodiu fu dissoltu nta acqua dijunizzata a timpiratura ambienti cu n'ammiscatura custanti (600 rpm) nzinu a quannu si uttinni na suluzzioni traslucenti gialla omuggènia. Lu CaCO3 'n cumminazziuni cû GDL fu usatu comu funti di Ca2+ pi accuminciari la gillazziuni. Lu SLES 70 fu usatu comu surfattanti pi furmari na struttura purusa dintra l'idrugel. La cuncintrazzioni di alginatu fu mantinuta ô 5% e lu rapportu mulari Ca2+:-COOH fu mantinutu a 0,18. Lu rapportu mulari CaCO3:GDL fu mantinutu puru a 0,5 duranti la priparazzioni dâ schiuma pi mantèniri nu pH niutrali. U valuri è dû 26, 2% pì vulumi ri SLES 70 fu agghiuntu a tutti li campioni. Nu vasu cu nu coperchio fu usatu pi cuntrullari lu rapportu di miscelazzioni dâ suluzzioni e aria. Lu vulumi totali dû vasu era di 140 ml. Basannusi supra li risultati dî càrculi tiòrici, foru agghiunciuti vulumi diversi dâ miscela (50 ml, 100 ml, 110 ml) ô vasu pi ammiscari cu l'aria. U campioni ca cuntinìa 50 ml dâ miscela fu pruggittatu pì ammiscari cu bastanti aria, mentri u rapportu ri volumi ri aria nnî avutri dui campioni fu cuntrullatu. Prima, SLES 70 fu agghiuntu â suluzzioni di alginatu e ammiscatu cu n'ammisciaturi elèttricu nzinu a quannu nun si ammiscau completamenti. Poi, la suspinsioni di CaCO3 fu agghiunciuta â miscela e ammiscata cuntinuamenti nzinu a quannu la miscela fu cumplitamenti ammiscata, quannu lu so culuri canciau 'n jancu. Â fini, la suluzzioni di GDL fu agghiunciuta â miscela pi accuminciari la gillazzioni e la ammiscata miccànica fu mantinuta pi tuttu lu prucessu. Pî campioni ca cuntinìa 50 ml dâ miscela, a miscelazzioni miccànica fu firmata quannu u volumi dâ miscela firmò ri canciari. Pî campioni ca cuntinìanu 100 ml e 110 ml dâ miscela, a misculanza miccànica fu firmata quannu a miscela allinchìu u vasu. Circamu macari di priparari schiumi a idròggilu cu nu vulumi ntra 50 ml e 100 ml. Tuttavia, fu ossirvata n’instabbilità strutturali dâ schiuma, picchì fluttuava ntra lu statu di miscelazzioni cumpleta di l’aria e lu statu di cuntrollu dû vulumi di l’aria, purtannu a nu cuntrollu dû vulumi ‘ncoerenti. Sta nstabbilità ntruducìu ncirtizza nnî càrculi, e quinni stu intervallu di vulumi nun fu nchiusu nna stu studiu.
A dinsità \(\:\rho\:\) ri 'na schiuma ri idròggilu veni calculata misurannu a massa \(\:m\) e u vulumi \(\:V\) ri 'n campioni ri schiuma ri idròggilu.
Li mmàggini micruscopichi ottichi di schiumi a idròggilu foru uttinuti usannu na càmira Zeiss Axio Observer A1. Lu software ImageJ fu usatu pi calculari lu nùmmaru e la distribbuzzioni dâ grannizza dî pori ntô campioni ntâ na certa ària supra la basi di l'immaggini uttinuti. Si pensa ca la furma dî pori è circulari.
Pi studiari li prupità miccànichi dî schiumi di idròggilu di alginatu, foru fatti provi di cumpressioni uniassiali usannu na màchina dâ seri TESTRESOURCES 100. Li campioni foru tagghiati ‘n blocchi rittangulari e li dimensioni dû bloccu foru misurati pì calculari li stress e li deformazzioni. La vilucità dâ testa ncruciata fu misa a 10 mm/min. Furu virìficati tri campioni pì ogni campioni e a media e a diviazzioni standard foru calculati dâ li risultati. Chistu studiu si cuncintrau ncapu li prupità miccànichi cumpressivi dî schiumi idrogel di alginatu picchì lu tissutu purmunaru è suggettu a forzi cumpressivi ntà nu certu stadiu dû ciclu rispiratoriu. L'estinsibbilità è ovviamenti cruciali, supratuttu pi riflèttiri lu cumportamentu dinàmicu cumpletu dû tissutu purmunaru e chistu sarà studiatu ntà studi futuri.
Li campioni ri schiuma ri idròggilu priparati foru scansionati supra nu scanner CT a duppiu canali Siemens SOMATOM Drive. Li paràmitri di scanziuni foru misa comu si vidi appressu: 40 mAs, 120 kVp e spissuri di feḍḍa di 1 mm. Li file DICOM ca risurtàru foru analizzati usannu u software MicroDicom DICOM Viewer pì analizzari li valùri ri HU ri 5 sizzioni trasvirsali ri ogni campioni. Li valùri ri HU uttinùti dâ TC foru cunfruntàti cû càrculi tiòrici basati supra li dati ri dinsità dî campioni.
Lu scopu di chistu studiu è di canciari la fabbricazziuni di modelli di òrgani sìnguli e tissuti biològgici artificiali ncignirizzannu matiriali morbidi. Sviluppari matiriali cu prupità miccànichi e radiulòggichi ca currispùnnunu â miccànica di funziunamentu dî purmuna umani è mpurtanti pi applicazziuni mirati comu migghiurari la furmazziuni mèdica, la pianificazziuni chirurgica e la pianificazziuni dâ radiazziuni. Ntâ Figura 1A, tracciamu la discrepanza ntra li prupità miccànichi e radiulòggichi dî matiriali morbidi putativamenti usati pi fabbricari modelli purmunari umani. Ad oggi, foru sbiluppati matiriali ca mustranu li prupità radiulòggichi disijati, ma li so prupità miccànichi nun suddisfanu li riquisiti disijati. La schiuma di poliuritanu e la gomma sunu li matiriali cchiù usati pi fari mudelli di purmuna umani difurmàbbili. Li prupità miccànichi dâ schiuma di poliuritanu (mòdulu di Young, YM) su' di sòlitu di 10 a 100 voti cchiù granni di chiḍḍi dû tissutu purmunaru umanu nurmali. Li matiriali ca mustranu sia li prupità miccànichi ca radiulòggichi disijati nun su’ ancora canusciuti.
(A) Rapprisintazzioni schematica dî prupità di vari matiriali morbidi e cunfrontu cû purmuni umanu ‘n termini di dinsità, mòdulu di Young e prupità radiulòggichi (ntâ HU). (B) Schema di diffrazzioni a raggi X di idròggilu di alginatu \(\:\mu\:/\rho\:\) cu na cuncintrazzioni dû 5% e nu rapportu mulari Ca2+:-COOH di 0,18. (C) Gamma di prupurzioni di vulumi d'aria nnê schiumi di idròggilu. (D) Rapprisintanza schematica di schiumi di idròggilu di alginatu cu prupurzioni di vulumi d'aria diversi.
La cumpusizzioni elimintari di l'idrugel di alginatu cu na cuncintrazzioni di 5% e na prupurzioni mulari di Ca2+:-COOH di 0,18 fu calculata, e li risurtati su' mustrati nnâ Tabbula 3. Sicunnu la règula di l'agghiuncitina nnâ furmula pricidenti (5), lu cufficenti d'attinuazziuni di massa di l'idrugel di alginatu comu mustra Figura is 1B.
Li valura \(\:\mu\:/\rho\:\) pi l'aria e l'acqua foru uttinuti direttamenti dû databbasi di rifirimentu dî standard NIST 12612. Pirciò, la figura 1C mustra li prupurzioni di vulumi d'aria calculati ntê schiumi di idrogel cu valuri equivalenti a HU ntra -600 e -700 pû purmuni umanu. Lu rapportu di vulumi d'aria calculatu tiuriamenti è stàbbili ntra lu 60-70% nnâ gamma d'enirgìa di 1 × 10-3 a 2 × 101 MeV, nnicannu nu bonu putinziali pi l'applicazzioni di schiuma di idròggilu nne prucessi di manifattura a valli.
La figura 1D mustra lu campioni di schiuma idrogel di alginatu priparatu. Tutti li campioni foru tagghiati ‘n cubbi cu 'na lunghizza ri bordu ri 12,7 mm. Li risultati mustraru ca si furmau na schiuma a idròggilu omuggènia e stàbbili a tri diminsiuna. ‘nnipindentementi dû rapportu ri vulumi ri aria, nun foru ossirvati diffirenzi significativi nnâ cumparsa dî schiumi ri idròggilu. La natura autusufficienti dâ schiuma di idrogel suggirisci ca la riti furmata dintra l'idrogel è abbastanza forti pi sustiniri lu pisu dâ schiuma stissa. A parti na quantità nica di pirdita d'acqua dâ schiuma, la schiuma dimustrò macari na stabbilità transitura pi tanti simani.
Misurannu a massa e u vulumi dû campioni ri schiuma, fu calculata a dinsità dâ schiuma ri idrogel priparata \(\:\rho\:\) e li risultati sunnu mustrati nnâ tabbella 4. Li risultati mustranu a dipinnenza ri \(\:\rho\:\) dô rapportu ri vulumi dâ aria. Quannu s’ammisca bastanti aria cu 50 ml dû campioni, a dinsità addiventa a cchiù vascia e è ri 0,482 g/cm3. Manu manu ca la quantitati d'aria mista diminuisci, la dinsità aumenta a 0,685 g/cm3. Lu valuri p massimu ntra li gruppi ri 50 ml, 100 ml e 110 ml era ri 0,004 < 0,05, ‘nnicannu a significazzioni statistica dî risultati.
Lu valuri tiòricu \(\:\rho\:\) è macari carculatu usannu lu rapportu di vulumi d'aria cuntrullatu. Li risurtati misurati mustranu ca \(\:\rho\:\) è 0,1 g/cm3 cchiù nicu dû valuri tiòricu. Sta diffirenza si pò schicari dû stress nternu giniratu ntà l'idrugel duranti lu prucessu di gilazziuni, ca causa lu tunnu e quinni porta a na diminuzziuni di \(\:\rho\:\). Chistu fu cunfirmatu ultiriurmenti dâ osservazzioni ri arcuni pirtusi dintra a schiuma ri idròggilu nnî ‘mmaggini CT mustrati nnâ Figura 2 (A, B e C).
Immaggini di micruscopia ottica di schiumi di idròggilu cu cuntinuti di vulumi d'aria diversi (A) 50, (B) 100 e (C) 110. Nùmmari di cèlluli e distribbuzzioni dâ grannizza dî pori nne campioni di schiumi di idròggilu di alginatu (D) 50, (E) 100, (F) 110.
La figura 3 (A, B, C) mustra li ‘mmaggini dû micruscopiu ottico dî campioni ri schiuma ri idrogel cu diversi rapporti ri vulumi ri aria. Li risultati dimustranu la struttura ottica dâ schiuma di idrogel, mustrannu chiaramenti l’immaggini di pori cu diamitri diversi. La distribbuzzioni dû nùmmaru e dû diamitru dî pori fu calculata usannu ImageJ. Furu pigghiati sei immagini pì ogni campioni, ogni immagini avìa 'na dimensioni ri 1125,27 μm × 843,96 μm e l'aria totali analizzata pì ogni campioni era ri 5,7 mm2.
(A) Cumpurtamentu stress-deformazzioni cumpressiva di schiumi idròggili di alginatu cu prupurzioni di vulumi d'aria diversi. (B) Adattamentu espuninziali. (C) Cumpressioni E0 di schiumi di idròggilu cu prupurzioni di vulumi d'aria diversi. (D) Stress cumpressivu ùrtimu e tinzioni di schiumi idròggili di alginatu cu prupurzioni di vulumi d'aria diversi.
La figura 3 (D, E, F) mustra ca la distribbuzzioni dâ grannizza dî pori è rilativamenti uniformi, ca va di dicini di micrumetri a circa 500 micrumetri. La grannizza dî pori è basicamenti uniformi e diminuisci picca mentri lu vulumi d'aria diminuisci. Secunnu li dati dî test, a diminsioni media dî pori dû campioni ri 50 ml è ri 192,16 μm, a media è ri 184,51 μm e u nùmmaru ri pori pì unità ri ària è ri 103; a grannizza media dî pori dû campioni ri 100 ml è ri 156,62 μm, a media è ri 151,07 μm e u nùmmaru ri pori pì unità ri ària è ri 109; li valùri currispunnenti dû campioni ri 110 ml sunnu rispittivamenti 163,07 μm, 150,29 μm e 115. Li dati mustranu ca li pori cchiù granni hannu na nfruenza cchiù granni ncapu li risultati statistici dâ grannizza media dî pori e la grannizza mediana dî pori pò riflèttiri megghiu la tinnenza dû canciamentu dâ grannizza dî pori. Manu manu ca u volumi dû campioni aumenta ri 50 ml a 110 ml, aumenta macari u nùmmaru ri pori. Cumminannu li risultati statistici dû diamitru medianu dî pori e dû nùmmaru dî pori, si pò cunclùdiri ca cû ​​volumi ca aumenta, si fòrmanu cchiù pori ri dimensioni cchiù nichi rintra u campioni.
Li dati dî provi miccànichi si vìdinu ntê figuri 4A e 4D. La figura 4A mustra lu cumpurtamentu stress-deformazzioni cumpressiva dî schiumi idròggili priparati cu prupurzioni di vulumi d'aria diversi. Li risultati dimustranu ca tutti li campioni hannu nu cumpurtamentu stress-deformazzioni nun liniari sìmili. Pì ogni campioni, u stress aumenta cchiù rapidamenti cû l’aumentu dâ tensioni. Na curba espuninziali fu adattata ô cumpurtamentu stress-deformazzioni cumpressiva dâ schiuma idrogel. La figura 4B mustra li risurtati doppu applicari la funzioni espuninziali comu mudeḍḍu apprussimativu â schiuma di idròggilu.
Pi li schiumi idròggili cu prupurzioni di vulumi d'aria diversi, fu studiatu macari lu so mòdulu di cumpressioni (E0). Comu pi l’analisi di l’idrugel, lu mòdulu cumpressivu di Young fu studiatu ntra lu 20% di tinzioni nizziali. Li risurtati dî test di cumpressioni su’ mustrati nnâ Figura 4C. Li risultati dâ Figura 4C dimustranu ca man manu ca u rapportu ri vulumi ri aria diminuisci dô campioni 50 ô campioni 110, u mòdulu cumpressivu ri Young E0 dâ schiuma ri idrogel ri alginatu aumenta ri 10,86 kPa a 18 kPa.
 stissa manera, si uttèniru li curbi cumpleti di tinzioni-tinzioni dî schiumi idròggili, accussì comu li valura di tinzioni e tinzioni cumpressivi ùrtimi. La figura 4D mustra lu stress cumpressivu ùrtimu e la tinzioni dî schiumi idròggili di alginatu. Ogni puntu ri dati è a media ri tri risultati ri test. Li risultati mustranu ca lu stress cumpressivu finali aumenta di 9,84 kPa a 17,58 kPa cu nu cuntinutu di gas ca diminuisci. Lu ceppu finali arresta stàbbili a circa lu 38%.
La figura 2 (A, B e C) mustra li ‘mmaggini CT ri schiumi ri idrogel cu diversi rapporti ri vulumi ri aria ca currispùnnunu rispittivamenti â li campioni 50, 100 e 110. Li mmàggini mustranu ca la schiuma idrogel furmata è quasi omuggènia. Furu osservati nu nùmmaru nicu ri lacuni nnî campioni 100 e 110. A formazzioni ri chisti lacuni pò èssiri duvuta ô stress ‘nternu giniràtu nnô idrogel duranti lu processu ri gillazzioni. Calculamu li valùri ri HU pì 5 sezzioni trasvirsali ri ogni campioni e li elencàmu nnâ tabbella 5 nzèmulla â li risultati ri càrculu tiòricu currispunnenti.
A tabbella 5 mustra ca li campioni cu diversi rapporti ri volumi ri aria ottèniru valùri ri HU diversi. Lu valuri p massimu ntra li gruppi ri 50 ml, 100 ml e 110 ml era ri 0,004 < 0,05, ‘nnicannu a significazzioni statistica dî risultati. Ntra li tri campioni tistàti, u campioni câ misculanza ri 50 ml avìa li prupietà radiulòggici cchiù vicini a chiḍḍi dî purmuna umani. L'ùrtima culonna dâ Tabbula 5 è lu risurtatu uttinutu cû càrculu tiòricu basatu ncapu lu valuri misuratu dâ schiuma \(\:\rho\:\). Cunfruntannu li dati misurati cû risultati tiòrici, si pò attruvari ca li valura di HU uttinuti câ scanziuni CT sunnu giniralmenti vicini ê risultati tiòrici, ca a sò vota cunfirma li risultati dû càrculu dû rapportu dû vulumi d'aria ntâ Figura 1C.
L'obbiettivu principali di chistu studiu è criari nu matiriali cu prupità miccànichi e radiulòggichi paragunabbili a chiḍḍi dî purmuna umani. Chistu obbiettivu fu raggiuntu sviluppannu nu matiriali a basi di idrogel cu prupità miccànichi e radiulòggichi equivalenti a tissuti su misura ca sunu cchiù vicini possibbili a chiḍḍi dî purmuna umani. Guidati di càrculi tiòrici, li schiumi idròggili cu prupurzioni di vulumi d'aria diversi foru priparati ammiscannu miccanicamenti suluzzioni di alginatu di sodiu, CaCO3, GDL e SLES 70. L'analisi murfulòggica mustrò ca si furmau na schiuma idròggili stàbbili omuggènia a tri diminsiuna. Canciannu lu rapportu di vulumi d'aria, la dinsità e la purusità dâ schiuma ponnu èssiri canciati a vuluntà. Cû aumentu dû cuntinutu di vulumi d'aria, la diminsiuni dî pori diminuisci picca e lu nummuru di pori aumenta. Furu cunnutti provi di cumpressioni pi analizzari li prupità miccànichi dî schiumi di idrogel di alginatu. Li risultati mustraru ca lu mòdulu cumpressivu (E0) uttinutu dî provi di cumpressioni è ntâ gamma idiali pî purmuna umani. E0 aumenta man manu ca lu rapportu di vulumi d'aria diminuisci. Li valùri dî prupietà radiulòggici (HU) dî campioni priparati foru uttinùti ‘n basi â li dati CT dî campioni e cunfruntati cû li risultati dî càrculi tiòrici. Li risultati foru favurevuli. Lu valuri misuratu è macari vicinu ô valuri HU dî purmuna umani. Li risultati mustranu ca è pussìbbili criari schiumi idròggili ca imitanu li tissuti cu na cumminazzioni idiali di prupità miccànichi e radiulòggichi ca imitanu li prupità dî purmuna umani.
Nustanti li risultati prumittenti, li mètudi di fabbricazzioni attuali hannu a èssiri migghiurati pi cuntrullari megghiu lu rapportu di vulumi di l'aria e la porosità pi fari abbinari li privisioni dî càrculi tiòrici e li purmuna umani riali a scala glubbali e lucali. Lu studiu attuali è macari limitatu a pruvari la miccànica di cumpressioni, ca limita l'applicazziuni putinziali dû fantumu â fasi di cumpressioni dû ciclu rispiratoriu. Li ricerchi futuri putissiru binificiari di sturiari li provi di trazzioni e la stabbilità miccànica cumplissiva dû matiriali pi valutari l’applicazzioni putinziali ‘n cunnizzioni di càrricu dinàmicu. Nustanti chisti limitazziuni, lu studiu signa lu primu tintativu di successu di cumminari prupità radiulòggichi e miccànichi nta nu sulu matiriali ca imita lu purmuni umanu.
Li nzemi di dati ginirati e/o analizzati duranti lu studiu attuali sunu disponìbbili di l'auturi currispunnenti supra richiesta raggiunevuli. Sia li spirimenti ca li insiemi ri dati ponnu èssiri riproducìbbili.
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