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官方微信摘要 作者：BarryBelmont,AlbertJ.Shih,YihaoZheng摘要：本論文研究了經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術的砂輪動力學。經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術是一種利用金剛石砂輪對粥樣硬化
作者：Barry Belmont, Albert J. Shih, Yihao Zheng
摘要：本論文研究了經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術的砂輪動力學。經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術是一種利用金剛石砂輪對粥樣硬化的動脈內(nèi)斑塊進行粉碎切除的導管微創(chuàng)手術。通過實驗研究分析經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術過程中砂輪的運動和磨削力。利用高速攝影機和后期圖像處理技術，通過透明狀仿形動脈組織體模對砂輪運動進行可視化和定量分析；同時，利用壓電測力儀測得磨削力。在4.8mm直徑的血管模型、磨削旋轉(zhuǎn)速度為60000、90000和120000rpm條件下，實驗發(fā)現(xiàn)砂輪運動是一種低頻（18、38、40Hz）軌道運動和高頻（1000、15000、1660.4~1866.1Hz）旋轉(zhuǎn)運動的結合。和砂輪運動相匹配的低頻和高頻構成了磨削力。
關鍵詞：磨削力,運動,軌道運動,旋轉(zhuǎn),心血管
1、引言
根據(jù)世界衛(wèi)生組織2011年統(tǒng)計，局部缺血性心臟病是世界范圍內(nèi)第一位死亡病因，主要由粥樣硬化病變引致的冠狀動脈梗阻或狹窄所致；外周動脈中的斑塊堵塞同樣也會引起外周動脈閉塞疾病。在美國，約1630萬和1800萬人受到局部缺血性心臟病和外周動脈閉塞的病痛折磨。這些疾病的根源是動脈壁上的斑塊，也即動脈粥樣硬化、脂肪堆積和鈣化物質(zhì)。隨著病情發(fā)展，粥樣硬化會引起動脈進一步變窄硬化，阻礙血液流通。血管成形術利用球囊充氣擴張原理將狹窄血管部位進行擴張以打開堵塞并恢復血管原來形狀，是一種標準的動脈粥樣硬化治療法。在手術過程中，動脈內(nèi)需要放置一個內(nèi)支架以打開動脈血管。在美國，每年大約要做600000個血管成形術。但由于斑塊鈣化、冠狀動脈口狹窄和支架內(nèi)再狹窄等導致嚴重的硬化病變，使得支架術的操作存在一定困難。在這些情況下，血管成形術就要去掉內(nèi)支架。
經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術是一種利用金剛石砂輪對粥樣硬化的動脈內(nèi)斑塊進行粉碎切除的導管微創(chuàng)手術。如圖1所示，由護套包著的驅(qū)動軸帶動砂輪圍繞固定導絲做高速旋轉(zhuǎn)（＞60000rpm），以流動鹽水做潤滑冷卻劑。
摘要：本論文研究了經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術的砂輪動力學。經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術是一種利用金剛石砂輪對粥樣硬化的動脈內(nèi)斑塊進行粉碎切除的導管微創(chuàng)手術。通過實驗研究分析經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術過程中砂輪的運動和磨削力。利用高速攝影機和后期圖像處理技術，通過透明狀仿形動脈組織體模對砂輪運動進行可視化和定量分析；同時，利用壓電測力儀測得磨削力。在4.8mm直徑的血管模型、磨削旋轉(zhuǎn)速度為60000、90000和120000rpm條件下，實驗發(fā)現(xiàn)砂輪運動是一種低頻（18、38、40Hz）軌道運動和高頻（1000、15000、1660.4~1866.1Hz）旋轉(zhuǎn)運動的結合。和砂輪運動相匹配的低頻和高頻構成了磨削力。
關鍵詞：磨削力,運動,軌道運動,旋轉(zhuǎn),心血管
1、引言
根據(jù)世界衛(wèi)生組織2011年統(tǒng)計，局部缺血性心臟病是世界范圍內(nèi)第一位死亡病因，主要由粥樣硬化病變引致的冠狀動脈梗阻或狹窄所致；外周動脈中的斑塊堵塞同樣也會引起外周動脈閉塞疾病。在美國，約1630萬和1800萬人受到局部缺血性心臟病和外周動脈閉塞的病痛折磨。這些疾病的根源是動脈壁上的斑塊，也即動脈粥樣硬化、脂肪堆積和鈣化物質(zhì)。隨著病情發(fā)展，粥樣硬化會引起動脈進一步變窄硬化，阻礙血液流通。血管成形術利用球囊充氣擴張原理將狹窄血管部位進行擴張以打開堵塞并恢復血管原來形狀，是一種標準的動脈粥樣硬化治療法。在手術過程中，動脈內(nèi)需要放置一個內(nèi)支架以打開動脈血管。在美國，每年大約要做600000個血管成形術。但由于斑塊鈣化、冠狀動脈口狹窄和支架內(nèi)再狹窄等導致嚴重的硬化病變，使得支架術的操作存在一定困難。在這些情況下，血管成形術就要去掉內(nèi)支架。
經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術是一種利用金剛石砂輪對粥樣硬化的動脈內(nèi)斑塊進行粉碎切除的導管微創(chuàng)手術。如圖1所示，由護套包著的驅(qū)動軸帶動砂輪圍繞固定導絲做高速旋轉(zhuǎn)（＞60000rpm），以流動鹽水做潤滑冷卻劑。
圖1：經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術
研究證明經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術對治療斑塊鈣化、冠狀動脈口狹窄和支架內(nèi)再狹窄等有良好效果；但并發(fā)癥率同時也很高。表1為經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術臨床試驗中一些主要的并發(fā)癥，主要有死亡、心肌梗塞（MI）、靶樣病變和靶血管血運重建（TLR/TVR）等。此外，研究還觀察到血管造影并發(fā)癥（急性冠脈閉塞、穿孔、解剖和側(cè)枝損失）、慢血流/無復流、血管痙攣和毛刺截留等。因此，有必要對斑塊去除機理進行研究。
表1：經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術臨床試驗中一些主要的并發(fā)癥率
研究者做了大量臨床試驗來優(yōu)化經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術，Safian和Whitlow等人提出砂輪的旋轉(zhuǎn)速度要不高于5000rpm，骨鉆-動脈比要低于0.7。Kini等人建議要留出20-30秒的病變接觸時間。Dauerman等人建議用較小尺寸的護套以避免股動脈出血。
還有一些研究者從工程學角度研究經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術。Reisman等人將砂輪的旋轉(zhuǎn)速度同血小板聚集程度、熱損傷關聯(lián)起來。Lovik等人借助有限元素模擬模型的試驗驗證評估了組織熱損傷。Nakao和Lee等人在不考慮組織依從性的條件下研究砂輪表面形狀。Ramazani-Rend等人用數(shù)值模擬和實驗方法證明了經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術中成腔的存在。Adams和Kohler等人在不考慮動脈壁相互作用的條件下研究磨料粒度和砂輪動力學情況。這些文獻研究都沒有對經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術中的砂輪運動和力進行定量分析研究。
本實驗研究了砂輪的運動學和磨削力等動力學特性。利用高速磨削粉碎鈣化斑塊是經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術中常見的斑塊祛除機制。而砂輪的動力學特性會影響切割深度、磨削力和材料去除機理等。磨削力的大小又受臨床并發(fā)癥的影響，如痙攣和動脈夾層等。本研究利用高速攝影機對砂輪運動以及砂輪和聚氯乙烯材料制備而成的透明狀仿形動脈組織體模間的相互作用進行可視化記錄。利用圖像處理技術對砂輪運動進行量化；利用壓電測力儀測得磨削力。
2、材料和實驗方法
2.1 實驗裝置
圖2為研究實驗裝置，有三個組件構成：經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術、動脈體模和測量系統(tǒng)。
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還有一些研究者從工程學角度研究經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術。Reisman等人將砂輪的旋轉(zhuǎn)速度同血小板聚集程度、熱損傷關聯(lián)起來。Lovik等人借助有限元素模擬模型的試驗驗證評估了組織熱損傷。Nakao和Lee等人在不考慮組織依從性的條件下研究砂輪表面形狀。Ramazani-Rend等人用數(shù)值模擬和實驗方法證明了經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術中成腔的存在。Adams和Kohler等人在不考慮動脈壁相互作用的條件下研究磨料粒度和砂輪動力學情況。這些文獻研究都沒有對經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術中的砂輪運動和力進行定量分析研究。
本實驗研究了砂輪的運動學和磨削力等動力學特性。利用高速磨削粉碎鈣化斑塊是經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術中常見的斑塊祛除機制。而砂輪的動力學特性會影響切割深度、磨削力和材料去除機理等。磨削力的大小又受臨床并發(fā)癥的影響，如痙攣和動脈夾層等。本研究利用高速攝影機對砂輪運動以及砂輪和聚氯乙烯材料制備而成的透明狀仿形動脈組織體模間的相互作用進行可視化記錄。利用圖像處理技術對砂輪運動進行量化；利用壓電測力儀測得磨削力。
2、材料和實驗方法
2.1 實驗裝置
圖2為研究實驗裝置，有三個組件構成：經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術、動脈體模和測量系統(tǒng)。
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