تقييم الترسب الرئوي الإقليمي باستخدام نماذج الرئة المطبوعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بالمرضى

Summary

نقدم طريقة عالية الإنتاجية في المختبر لتحديد ترسب الرئة الإقليمي على مستوى الفص باستخدام نماذج الرئة المطبوعة ثلاثية الأبعاد المشتقة من الأشعة المقطعية مع ملامح تدفق الهواء غير القادرة.

Abstract

يحد من تطوير العلاجات المستهدفة للأمراض الرئوية توافر طرق الاختبار قبل السريرية مع القدرة على التنبؤ بتسليم الهباء الجوي الإقليمي. الاستفادة من الطباعة ثلاثية الأبعاد لتوليد نماذج الرئة المريض محددة، ونحن الخطوط العريضة لتصميم عالية الإنتاجية، والإعداد التجريبي في المختبر لتحديد ترسب رئوي كروي. يتم إجراء هذا النظام مع مزيج من المكونات المطبوعة المتاحة تجاريا و3D ويسمح لمعدل التدفق من خلال كل فص من الرئة إلى أن تسيطر بشكل مستقل. يتم قياس تسليم الهباء الجوي الفلوري إلى كل فص باستخدام المجهر الفلوري. هذا البروتوكول لديه القدرة على تعزيز نمو الطب الشخصي لأمراض الجهاز التنفسي من خلال قدرته على نموذج مجموعة واسعة من التركيبة السكانية للمرضى وحالات المرض. يمكن تعديل كل من هندسة نموذج الرئة المطبوع ثلاثي الأبعاد وإعداد ملف تعريف تدفق الهواء بسهولة لتعكس البيانات السريرية للمرضى الذين يعانون من اختلاف العمر والعرق والجنس. يمكن دمج أجهزة توصيل الأدوية ذات الصلة سريريا ، مثل أنبوب القصبة الهوائية الموضح هنا ، في إعداد الاختبار للتنبؤ بشكل أكثر دقة بقدرة الجهاز على استهداف التسليم العلاجي لمنطقة مريضة من الرئة. تسمح براعة هذا الإعداد التجريبي بتخصيصه ليعكس العديد من ظروف الاستنشاق ، مما يعزز صرامة الاختبار العلاجي قبل السريري.

Introduction

العديد من الأمراض الرئوية مثل سرطان الرئة ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) تظهر اختلافات إقليمية في خصائص المرض؛ ومع ذلك ، هناك نقص في التقنيات العلاجية المتاحة لاستهداف تسليم الأدوية إلى المناطق المريضة فقط من الرئة^1. وقد أظهرت نماذج متعددة ديناميكية السوائل الحسابية (CFD) أنه من الممكن تعديل ملامح ترسب المخدرات عن طريق تحديد يبسط محددة في الرئة^2,3. يجري تطوير كل من أجهزة الاستنشاق ومحولات أنبوب الرغامى (ET) ذات قدرات الاستهداف الإقليمية في مختبرنا للسيطرة على توزيع الهباء الجوي على مناطق الرئة المريضة. توسيع نطاق هذه المبادئ للاستخدام السريري محدود بقدرة الاختبار الحالية قبل السريرية. ومن المعروف أن الموقع الدقيق لرواسب الدواء داخل الرئة هو أفضل مؤشر على الفعالية. ومع ذلك ، فإن التقييمات الصيدلانية الحالية للعلاجات القابلة للاستنشاق يتم التنبؤ بها في معظم الأحيان باستخدام الارتباطات في الجسم الحي في المختبر لحجم الجسيمات إلى مجرد ترسب تقريبي^4. لا تسمح هذه التقنية بأي تحليل مكاني لتحديد آثار هندسة مجرى الهواء المختلفة على التوزيع الإقليمي من خلال الفصوص المختلفة للرئة. بالإضافة إلى ذلك ، يفتقر هذا الاختبار إلى هندسة الرئة الدقيقة تشريحيا ، والتي أظهر الباحثون أنها يمكن أن يكون لها تأثير كبير على ملامح الترسب⁵. وقد بذلت بعض الجهود لدمج هندسة الرئة الخاصة بالمرضى في بروتوكولات الاختبار من خلال إضافة الشعب الهوائية العليا؛ ومع ذلك، فإن معظم هذه النهج عينة تسليم الهباء الجوي إلى أجيال مختلفة من الرئة بدلا من كل^فصالرئة 6^،7،8. يقدم البروتوكول التالي طريقة عالية الإنتاجية لتوليد نماذج الرئة الخاصة بالمرضى مع القدرة على قياس ترسب الجسيمات النسبية في كل من الفصوص الخمسة للرئة^9.

يتم إنشاء الرئتين نموذج دقيق تشريحيا من قبل 3D الطباعة المريض التصوير المقطعي المحوسب (CT) بمسح. عند استخدامها جنبا إلى جنب مع نظام تدفق تجميعها بسهولة، يمكن التحكم في معدلات التدفق النسبي من خلال كل من فصوص الرئة نموذج مستقل ومصممة لمحاكاة تلك التركيبة السكانية المريض مختلفة و / أو حالات المرض. مع هذه الطريقة، يمكن للباحثين اختبار فعالية الأساليب العلاجية المحتملة في هندسة الرئة ذات الصلة وربط أداء كل طريقة مع تطور مورفولوجيا المريضة. هنا، يتم اختبار تصميمين للأجهزة تم تطويرهما في مختبرنا لقدرتهما على زيادة الترسب في فص الرئة المطلوب من خلال التحكم في موقع إطلاق الهباء الجوي في الفم أو القصبة الهوائية. كما أن هذا البروتوكول لديه القدرة على التأثير بشكل كبير على تطوير إجراءات شخصية للمرضى من خلال تسهيل التنبؤ السريع بفعالية العلاج في الرئة النموذجية الخاصة ببيانات الأشعة المقطعية لهذا المريض.

Protocol

1. إعداد المكونات التجريبية المطبوعة ثلاثية الأبعاد

ملاحظة: يشار إلى جميع البرامج المستخدمة في البروتوكول في جدول المواد. بالإضافة إلى ذلك ، فإن برنامج التقطيع المستخدم خاص بالطابعة ثلاثية الأبعاد المدرجة في جدول المواد؛ ومع ذلك، يمكن توسيع هذا البروتوكول إلى مجموعة واسعة من الطابعات ثلاثية الأبعاد (SLA).

1. تحويل الأشعة المقطعية المريض إلى كائنات 3D (.stl الملفات).
   ملاحظة: للحصول على مناقشة أكثر تفصيلا للسمات الهندسية لنموذج الرئة المحدد المستخدم في هذه الدراسات، راجع Feng et al.⁵.
   1. تقديم الأشعة المقطعية إلى كائن 3D باستخدام برنامج التصوير المقطعي (انظر جدول المواد). افتح الفحص المقطعي وإنشاء قناع على المجال الجوي باستخدام أداة Threshold مع إعداد في النطاق من -800 إلى -1000. باستخدام أداة المعاينة ثلاثية الأبعاد، قم بعرض العرض ثلاثي الأبعاد وتصدير الكائن (ملف | تصدير) كملف .stl.
   2. استيراد الملفات إلى شبكة برامج التحرير (انظر جدول المواد)،وإزالة أي ميزات خشنة باستخدام أداة تحديد (نحت | فرش: "يتقلص / على نحو سلس" | الخصائص: القوة (50)، الحجم (10)، العمق (0). تنعيم السطح (Ctrl + A | تشوه | | ناعم تنعيم (0.2)، مقياس تنعيم (1).
   3. في برامج تحرير الشبكة، قم بتوسيع جدار هذه الكائنات بمقدار 2 مم (Ctrl+ A | تحرير | إزاحة)، والسماح للكائن الداخلي أن تبقى جوفاء بحيث يبقى فقط الجدار. شريحة الكائن (حدد | تحرير | قطع الطائرة) في القصبة الهوائية لتشكيل مدخل وعلى الأجيال 2 أو 3 حيث فروع الكائن قبالة إلى كل فص لإنشاء منافذ(الشكل 1A).
      ملاحظة: تم اختيار سمك 2 مم استنادا إلى أحجام الميزة المقبولة المحددة من قبل الشركة المصنعة للطابعة ثلاثية الأبعاد المدرجة في جدول المواد. ويمكن تعديل هذه السماكة على أساس مواصفات الطابعة ثلاثية الأبعاد المتاحة إذا تم الحفاظ على الهندسة الداخلية للنموذج.
2. تعديل هندسة منفذ نموذج الرئة المريض لتكون متوافقة مع مكونات غطاء منفذ الفص المصممة سابقا (الشكل 1B, C) المدرجة في جدول المواد.
   1. استيراد الكائن 3D، الذي يكرر التصوير المقطعي المحوسب في الداخل، لديه سمك الجدار من 2 ملم، ومفتوحة في مدخل ومنافذ، في برنامج النمذجة 3D (انظر جدول المواد) كجسم صلب (فتح | | ملفات الشبكة خيارات | جسم صلب).
   2. إنشاء طائرة على أساس وجه في كل من منافذ (إدراج | | الهندسة المرجعية الطائرة). باستخدام أداة الربط، تتبع الجدار الداخلي والجدار الخارجي للمنفذ في رسم على متن الطائرة (رسم | سبلاين).
   3. دور علوي اسطوانة (OD 18.5 ملم، معرف 12.5 ملم، H 15.15 ملم) للاتصال بالجدار الداخلي والخارجي للنموذج، وبالتالي توسيع منفذ لتكون موحدة في كل فص (ميزات | علت بوس / قاعدة). إضافة درجة حول حافة منفذ لتتناسب مع الغطاء (ميزات | مقذوف قص | إزاحة).
      ملاحظة: الغطاء(الشكل 1D)هو اسطوانة مجوفة مطابقة لأبعاد منافذ وجود الرف الذي يربط مع درجة من منفذ النموذج. يتم حظر نهاية واحدة من الغطاء بحيث معرف أصغر من بقية الجزء، وهذا يضمن تناسب ضيق حول اتصال أنابيب شائكة(الشكل 1E). اتصال الأنابيب الشائكة هو مخروط الشائكة الشكل بحيث الشواء يناسب من خلال فتح الغطاء، ولكن بقية الجزء لا، مما يسمح للاتصال أنابيب لتناسب بشكل آمن في الغطاء. وهكذا، فإن الغطاء يناسب بإحكام حول كل من اتصال أنابيب شائكة ونموذج الرئة (الشكل 1F، G).
   4. تعديل مدخل نموذج الرئة اعتمادا على الظروف التجريبية المطلوبة. يمكن تضمين مناطق الحلق والجلوتال لمحاكاة المريض الذي يمكن أن يتنفس من تلقاء نفسه(الشكل 1B). يمكن إزالة المناطق فوق القصبة الهوائية باستخدام قطع مقذوف لمحاكاة المريض الذي تم تنبيبه على دعم جهاز التنفس الصناعي(ميزات | قص مقذوف) (الشكل 1C).
3. توجيه ودعم المكونات التجريبية في تقطيع البرامج المقدمة من قبل الشركة المصنعة للطابعة 3D.
   1. استيراد ملفات جزء 3D في طابعة 3D تقطيع البرمجيات واختيار الراتنج المناسبة. استخدام الراتنج الثابت لطباعة نماذج الرئة وصلات أنابيب شائكة، والراتنج لينة لطباعة القبعات.
      ملاحظة: يجب أن يكون للراتنج المستخدم لطباعة القبعات خصائص مرنة للسماح له بالتمدد على منفذ الفص وإنشاء ختم محكم الإغلاق.
   2. تعيين اتجاه الجزء بحيث يتم تقليل أي "islands" و وحدات التخزين unvented. أفضل اتجاه لنماذج الرئة هو مع منافذ الفص التي تواجه بعيدا عن منصة الطباعة. تأكد من أن كل من وصلات الأنابيب الشائكة والقبعات تحتوي على الأجزاء الأوسع التي تواجه منصة الطباعة.
      ملاحظة: يمكن عرض الشرائح الفردية للتحقق من ظهور "الجزر"، وهي أجزاء من الجزء تظهر لأول مرة في شريحة دون أن تكون متصلة بالجسم الرئيسي للجزء. يمكن استخدام وظيفة المراجعة للتحقق من وجود شرائح ذات وحدات تخزين غير مفننة ، وهي مناطق يمكن أن يحاصر فيها الراتنج غير المسور داخل الجزء أثناء الطباعة. تقلل كل من "الجزر" ووحدات التخزين غير المنوعة من جودة الطباعة ويمكن أن تؤدي إلى فشل الطباعة.
   3. عرض كل شريحة على حدة، إضافة دعامات إلى أي "الجزر" المتبقية في الجزء، فضلا عن أي مناطق مع يتدلى كبيرة. تصدير وعرض شرائح للطباعة للتحقق من أن جميع المناطق معتمدة بشكل صحيح.
4. طباعة المكونات التجريبية واستكمال مرحلة ما بعد المعالجة وفقا لتعليمات الشركة المصنعة.
   ملاحظة: جميع خطوات ما بعد المعالجة الموضحة أدناه خاصة بالطابعة ثلاثية الأبعاد المدرجة في جدول المواد. عند استخدام الطابعات أو المواد البديلة، اضبط هذه الخطوات لتعكس إرشادات الشركة المصنعة.
   1. بالنسبة للأجزاء المطبوعة في الراتنج الناعم، اغسلها بنقاء الكحول isopropyl ≥99٪ (IPA) لإزالة الراتنج غير المفرغ الزائد والعلاج الحراري في فرن الحمل الحراري لمدة 8 ساعة وفقا لمواصفات الشركة المصنعة.
      ملاحظة: الأجزاء المطبوعة في الراتنج الناعم يمكن أن تكون حساسة جدا مباشرة بعد الطباعة، لذلك ينبغي توخي الحذر الخاص أثناء خطوات التنظيف. وينبغي الإبقاء على التعرض ل IPA دون حد التعرض للمذيبات للمادة لمنع تدهور جزء.
   2. بالنسبة للأجزاء المطبوعة في الراتنج الصلب، اغسل مع IPA لإزالة الراتنج غير المفرغ الزائد وعلاجه في فرن الأشعة فوق البنفسجية (ضوء 365 نانومتر عند 5-10 كيلوواط/سم²⁾لمدة دقيقة واحدة لكل جانب.
      ملاحظة: لتقييم دقة النسخة المتماثلة المطبوعة ثلاثية الأبعاد، يوصى باستخدام المسح الضوئي μCT للجزء المطبوع وبرنامج التصوير المقطعي المحوسب لمقارنة الاختلافات بين التقديم ثلاثي الأبعاد الأصلي والنسخة المتماثلة المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

2. تجميع نظام الأنابيب للتحكم في معدل التدفق

1. المسمار 1/4 "أنابيب شائكة التجهيزات في جانب من متعددة مع 6 منافذ (الشكل 2A-6) و 3/8 " أنبوب شائك المناسب في الميناء المتبقي.
2. قطع 1/4 "أنابيب إلى أطوال المطلوب وإدراجها في كل نهاية من صمامات الدفع إلى الاتصال (الشكل 2A-5). إرفاق كل صمام إلى واحدة من التجهيزات 1/4 "إدراجها في متعددة.
3. توصيل عداد تدفق (الشكل 2A-4) إلى الطرف الآخر من كل صمام.
4. وضع نظام الأنابيب على رأس لوحة خشبية بحيث متعددة واحد 3/8 "تركيب يمتد الماضي حافة المجلس. لتأمين في مكان، إضافة اثنين من مسامير إلى جانب لوحة خشبية وإرفاق متعددة إلى مسامير باستخدام الأسلاك.
5. إضافة أربعة مسامير المتمركزة حول كل من الصمامات وتدفق متر واستخدام الأسلاك لتأمين كل واحد منهم إلى لوحة خشبية (الشكل 2E).
6. مع ما يقرب من 6 "من 3/8" ID الأنابيب، وربط متعددة في خط 0.1 ميكرومتر حجم المسام فراغ الصف مرشح. قم بتوصيل الطرف الآخر من الفلتر بوحدة التحكم في التدفق باستخدام أنابيب ID أخرى 6 بوصات من 3/8 بوصة
   ملاحظة: نظام الأنابيب يحتاج فقط إلى تجميعها مرة واحدة.

3. تجميع قبعات منفذ الفص مع نموذج الرئة المريض

ملاحظة: يجب إكمال هذا الجزء من البروتوكول قبل كل تشغيل تجريبي.

1. إدراج اتصال أنابيب شائكة في الغطاء مع فوهة جاحظ من خلال فتح في قاعدة الغطاء. أولا، أدخل أحد طرفي قاعدة اتصال الأنابيب الشائكة البيضاوية في الغطاء. ثم، تمتد بعناية الغطاء مرنة على الطرف الآخر من القاعدة البيضاوية، مع الحرص بشكل خاص على عدم كسر قاعدة رقيقة.
   ملاحظة: قد تكون القبعات المطبوعة حديثا أكثر صلابة من المطلوب ويمكن تمديدها عن طريق تشغيل إصبعين على طول الغطاء الداخلي.
2. قطع ورقة مرشح 10 ميكرومتر بحيث يكون أكبر قليلا من منطقة منفذ. أضعاف ورقة تصفية على منفذ الفص وعقد في مكان بيد واحدة.
3. من ناحية أخرى، استخدم الملاقط لتمديد الغطاء مع اتصال أنابيب شائكة على المنفذ. اضغط على الغطاء لأسفل حتى يطابق درجة الغطاء مع الشق المقابل على منفذ الفص(الشكل 2C).
   ملاحظة: يمكن أن يؤدي نسخ ورق التصفية في هذه الخطوة إلى إبطال النتائج، لذا يجب توخي الحذر لتجنب القوة المفرطة عند الضغط على الغطاء على المنفذ.
4. كرر لجميع منافذ الفص المتبقية (الشكل 2D).

4. جيل من ملف تدفق الهواء ذات الصلة سريريا

ملاحظة: يجب إكمال هذا الجزء من البروتوكول قبل كل تشغيل تجريبي.

1. ربط كل منفذ الفص نموذج الرئة إلى أنابيب متر تدفق المقابلة وصمام، مع الحرص على عدم تطبيق الكثير من الضغط الجانبي على اتصال أنابيب شائكة. إرفاق مقياس التدفق الإلكتروني إلى مدخل الفم نموذج الرئة لقياس إجمالي معدل تدفق الهواء إلى نموذج الرئة.
2. بدوره على وحدة تحكم تدفق (الشكل 2A-7) ومضخة فراغ (الشكل 2A-8). حدد الإعداد"اختبار الإعداد"على وحدة تحكم التدفق وزيادة معدل التدفق ببطء حتى يعرض مقياس التدفق الإلكتروني معدل التدفق الإجمالي المطلوب.
3. باستخدام الصمامات(الشكل 2E-5)،ضبط معدل التدفق من خلال كل من فصوص الرئة الخمسة: العلوي الأيمن (RU)، الوسط الأيمن (RM)، اليمين السفلي (RL)، العلوي الأيسر (LU)، واليسار السفلي (LL). مرة واحدة في معدلات تدفق الفص هو مبين على متر تدفق(الشكل 2E-4)ثابتة في القيمة المرجوة، والتحقق من معدل التدفق العام مرة أخرى على مقياس التدفق الإلكتروني للتحقق من عدم وجود تسرب في النظام.
   1. إذا كان هناك تباين في معدل التدفق الإجمالي، خفض معدل التدفق مع وحدة تحكم التدفق، تعيين جميع الصمامات إلى التكوين مفتوحة تماما، وكرر الخطوتين 4.2 و 4.3.
      ملاحظة: تم الحصول على النتائج المعروضة هنا باستخدام ملفات تعريف تدفق الهواء استنادا إلى البيانات التي أبلغ عنها Sul et al.¹⁰ تم حساب كسور تدفق الفص هذه باستخدام صور التصوير المقطعي المحوسبة لشريحة رقيقة لرئتي المريض بإلهام وانتهاء صلاحية كاملين ، مقارنة التغيرات النسبية في حجم كل فص رئوي. يتم عرض النتائج لاثنين من ظروف التدفق المتميزة، وكلاهما بمعدل تدفق مدخل عام قدره 1 لتر/دقيقة. يتم توزيع ملف تدفق منفذ فص الرئة الصحي على كل منفذ من خلال النسبة المئوية التالية لتدفق المدخل: LL-23.7٪، LU-23.7٪، RL-18.7٪، RM-14.0٪، RU-20.3٪. يتم توزيع ملف تدفق منفذ الفص COPD بين كل منفذ من خلال النسبة المئوية التالية لتدفق المدخل: LL-10.0٪، LU-29.0٪، RL-13.0٪، RM-5.0٪، RU-43.0٪^9،10.
4. الخروج من"الإعداد اختبار"وظيفة وحدة تحكم تدفق ولكن ترك مضخة فراغ على.
   ملاحظة: يمكن أن يؤدي تشغيل مضخة الفراغ بين تحديد معدلات التدفق وإجراء تجربة الترسب إلى عدم الدقة في ملف تعريف التدفق الذي تم إنشاؤه. فمن المستحسن أن تترك مضخة فراغ على معدلات التدفق المطلوب مرة واحدة يتم تعيين لإكمال اختبار ترسب الهباء الجوي.

5. تسليم الهباء الجوي لنموذج الرئة

ملاحظة: يجب إجراء التجارب في غطاء الدخان مع وشاح مغلق لتقليل التعرض لأي الهباء الجوي التي تولدها البخاخات.

1. ملء البخاخات مع حل الجسيمات الفلورية المطلوبة (الشكل 2A-1) والاتصال مدخل نموذج الرئة(الشكل 2B).
   ملاحظة: تم الحصول على النتائج المعروضة هنا باستخدام 30 مل من تخفيف 1:100 من جزيئات البوليسترين الفلورية 1 ميكرومتر في الميثانول.
   1. للتحقق من صحة الإعداد التجريبي، قم بتوصيل البخاخات مباشرة بمدخل نموذج الرئة دون أي جهاز استهداف.
   2. لقياس فعالية جهاز الاستهداف، قم بتوصيل البخاخات بالجهاز وأدخل الجهاز في نموذج الرئة.
2. ربط خط الهواء المضغوط إلى البخاخات وإغلاق وشاح غطاء الدخان قدر الإمكان.
3. تعيين وحدة تحكم التدفق لتشغيل محاكمة واحدة 10 ق. قبل الضغط على البداية، افتح صمام الهواء المضغوط قليلا للبدء في توليد الهباء الجوي داخل البخاخات.
4. اضغط على بدء تشغيل وحدة التحكم في التدفق وافتح صمام الهواء المضغوط بالكامل على الفور. بمجرد أن تصل وحدة التحكم في التدفق إلى حوالي 9 ق ، ابدأ في إغلاق صمام الهواء المضغوط.
5. بمجرد إغلاق صمام الهواء المضغوط بالكامل ، افصل البخاخات عن خط الهواء المضغوط ، وأغلق وشاح غطاء الدخان بالكامل ، وأغلق مضخة الفراغ ، ودع أي هباء جوي واضحا من غطاء الدخان لمدة 10 دقائق تقريبا.
   ملاحظة : من المهم لاغلاق مضخة فراغ قبالة بعد الانتهاء من تشغيل لمنع فراغ من بناء داخل نظام الأنابيب.
6. بعد الانتظار لفترة كافية من الوقت، وقطع نموذج الرئة من نظام الأنابيب، مع الحرص بشكل خاص على عدم كسر اتصالات الأنابيب الشائكة.
7. إزالة قبعات منفذ الفص عن طريق تشغيل زوج من ملاقط تحت حافة الغطاء ورفع بلطف قبالة نموذج الرئة.
8. إزالة ورقة مرشح من الغطاء ووضعه في لوحة بئر 24 مع الجانب الذي الجسيمات المودعة يجري في الجزء السفلي التي تواجه بئر لوحة. كرر للمنافذ المتبقية وتسمية البئر المقابلة لكل فص.
   ملاحظة: لمنع أي ترسب الجسيمات المتبقية من التأثير على التجارب اللاحقة، من المهم لشطف كل من نموذج الرئة ومكونات الغطاء مع IPA أو المذيبات المناسبة بين أشواط. ويمكن جمع ذلك وإدراجه في التحليل على النحو المطلوب. بالإضافة إلى ذلك، يتم الاحتفاظ بسجل للتأكد من تعرض كافة النسخ المتماثلة المستخدمة إلى IPA إلى الحد الأدنى للحفاظ على سلامة الجزء، ويوصى بفحص الجزء المرئي قبل الاستخدام.

6. مخرج تصفية ورقة التصوير

1. ضع لوحة البئر في مجهر الفلورسينس الرقمي ووضع المجهر على التكبير 4x وقناة الفلورسينس المناسبة.
2. تحديد بصريا ورقة مرشح الفص الذي لديه أكبر قدر من ترسب الجسيمات واستخدام"فضح السيارات"وظيفة. يحيط علما التعرض الناتجة وقيم الوقت التكامل.
3. تطبيق هذا التعرض لجميع المرشحات لتشغيل وتقييم ما إذا كان الإعداد ينتج صورة مرضية لجميع المناطق ترسب عالية من المرشحات.
   ملاحظة: يمكن تغيير إعدادات التركيز من عامل تصفية إلى عامل تصفية; ومع ذلك، يجب تحليل كافة عوامل التصفية لتشغيل معين في نفس إعدادات التعريض الضوئي. فمن الممكن فقط أن يكون إطار واحد من التركيز في وقت واحد، لذلك الانحناءات أو الدموع في ورقة التصفية قد تمنع جميع الجسيمات المودعة في الرأي من أن تكون في التركيز. ويمكن تجنب ذلك عن طريق ضمان ورقة تصفية مسطحة ضد الجزء السفلي من لوحة البئر.
4. التقاط ما لا يقل عن ثلاث صور من ورقة تصفية كل فص في مواقع عشوائية وحفظ الملفات .tiff.

7. القياس الكمي لترسب الجسيمات

1. استيراد كافة صور ورق التصفية لتشغيل معين في جلسة عمل ImageJ.
2. تغيير نوع كل صورة إلى 8 بت عن طريق تحديد صورة | اكتب | 8 بت.
3. افتح الصورة بأعلى فلورة وحدد image | ضبط | عتبة لفتح إطار عتبة. ضبط قيم العتبة لتقليل إشارة الخلفية من ورقة التصفية وتحديد حواف الجسيمات بوضوح. انظر الشكل 3 للاطلاع على صور العتبات ذات النوعية الجيدة والنوعية الرديئة.
   ملاحظة: بالنسبة للمرشحات ذات المستويات العالية من الترسب، يمكن ملاحظة "هالة" من الفلورسينس، الناجمة عن حيود الضوء بواسطة ألياف الورق المرشحة، حول مجموعات كبيرة من الجسيمات. عند تحديد عتبة هذه الصور، يعرض نطاق كبير جدا نقاطا صغيرة أو أشكالا "شبيهة بالريش" حول هذه المجموعات، كما لوحظ في صور العتبة "الفقيرة" في الشكل 3. ويمكن تحسين ذلك عن طريق زيادة الحد الأدنى من العتبة تدريجيا حتى يتم تقليل الإشارة من ألياف الورق المرشح دون حجب الإشارة عن الجسيمات نفسها.
4. نشر إعدادات العتبة للصورة الفلورية الأعلى إلى جميع الصور الأخرى.
5. تحديد عدد الجسيمات وإجمالي مساحة الفلورسنت عن طريق اختيار تحليل | تحليل الجسيمات.
   ملاحظة: تتم مقارنة مجموعات البيانات باستخدام اختبار مقارنات متعددة Sidak و ANOVA ثنائي الاتجاه. بالإضافة إلى ذلك، تتم مقارنة الترسب في فص الاهتمام فقط باستخدام اختبار T للطالب على افتراض التباين المتساوي.

النتائج

تتبع الجسيمات في نطاق الحجم هذا (1-5 ميكرومتر) وظروف التدفق (1-10 لتر / دقيقة) خطوط تيار السوائل استنادا إلى كل من عدد ستوكس النظري وبيانات الجسم الحي؛ لذلك ، في حالة عدم وجود جهاز تسليم مستهدف ، من المتوقع أن تترسب الجسيمات المنبعثة في نموذج الرئة وفقا للنسبة المئوية لإجمالي تدفق الهواء المحول...

Discussion

الجهاز الحالي للدولة من بين الفن لاختبار الأدوية الرئوية لجرعة استنشاق كاملة هو Impactor مولد المقبل (NGI)، الذي يقيس القطر الأيرودينامية من الهباء الجوي⁴. ثم يتم استخدام بيانات التحجيم هذه للتنبؤ بتوليد الرئة الذي سيودع فيه الهباء الجوي استنادا إلى ارتباط تم تطويره لذكر بالغ سليم...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
1/4" Plastic Barbed Tube Fitting	McMaster Carr	5372K111
10 um Filter Paper	Fisher	1093-110
1um Fluorescent Polystyrene Particles	Polysciences	15702-10
1um Non-Fluorescent Polystyrene Particles	Polysciences	8226
2-Propanol	Fisher	A516-4	Referred to in protocol as "IPA"
3/8" Plastic Barbed Tube Fitting	McMaster Carr	5372K117
Air Flow Meter (1 - 280 mL/min)	McMaster Carr	41695K32	Referred to in protocol as "flow meter"
Carbon M1 3D Printer	Carbon 3D		https://www.carbon3d.com/, Associated software referred to in protocol as "slicing software"
Collison Jet Nebulizer	CH Technologies	ARGCNB0008 (CN-25)	6 Jet MRE style horizontal collision with glass jar, Referred to in protocol as "nebulizer", http://chtechusa.com/Manuals/MRE_Collison_Manual.pdf
Convection Oven	Yamato	DKN602
Copley Critical Flow Controller TPK2000 Reve 120V	MSP Corp	0001-01-9810	Referred to in protocol as "flow controller"
Copley High Capacity Pump Model HCP5	MSP Corp	0001-01-9982	Referred to in protocol as "vacuum pump"
Cytation	BioTek	CYT5MPV	Multifunctional Spectrophotometer/Fluorescent imager equiped with 4x/20x/40x objectives and DAPI/GFP/TexasRed laser/filter cubes
EPU40 Resin	Carbon 3D		https://www.carbon3d.com/materials/epu-elastomeric-polyurethane/, Referred to in protocol as "soft resin"
Filter for vacuum pump	Whatman	6722-5000
Flow Meter Model DFM 2000	MSP Corp	0001-01-8764	Referred to in protocol as "electronic flow meter"
ImageJ Software	ImageJ		https://imagej.nih.gov/ij/download.html
Inline Air Flow Control Valve (Push-to-Connect)	McMaster Carr	62005K333	Referred to in protocol as "valve"
Inline Filter Devices	Whatman	WHA67225000
Marine-Grade Plywood Sheet	McMaster Carr	62005K333	Referred to in protocol as "wooden board"
Materialise Mimics Software	Materialise		https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite, Referred to in protocol as "CT scan software"
Meshmixer Software	Autodesk		http://www.meshmixer.com/, Referred to in protocol as "mesh editing software"
Methanol	Fisher	A454-4
Opticure LED Cube	APM Technica	102843	Referred to in protocol as "UV oven"
PR25 Resin	Carbon 3D		https://www.carbon3d.com/materials/uma-urethanemethacrylate, /Referred to in protocol as "hard resin"
PVC Tube for Chemicals	McMaster Carr	5231K161	1/4" ID
Screws
SolidWorks Software	Dassault Systèmes SolidWorks Corporation		https://www.solidworks.com/, Referred to in protocol as "3D modeling software"
Straight Flow Rectangular Manifold	McMaster Carr	1125T31
Tubing to Flow Controller	McMaster Carr	5233K65	3/8" ID
Wire