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(shù)的砂輪動(dòng)力學(xué)。經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術(shù)是一種利用金剛石砂輪對粥樣硬化的動(dòng)脈內(nèi)斑塊進(jìn)行粉碎切除的導(dǎo)管微創(chuàng)手術(shù)。通過實(shí)驗(yàn)研究分析經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術(shù)過程中砂輪的運(yùn)動(dòng)和磨削力。利用高速攝影機(jī)和后期圖像處理技術(shù)，通過透明狀仿形動(dòng)脈組織體模對砂輪運(yùn)動(dòng)進(jìn)行可視化和定量分析；同時(shí)，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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)砂輪運(yùn)動(dòng)是一種低頻（18、38、40Hz）軌道運(yùn)動(dòng)和高頻（1000、15000、1660.4~1866.1Hz）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)合。和砂輪運(yùn)動(dòng)相匹配的低頻和高頻構(gòu)成了磨削力。
　　關(guān)鍵詞：磨削力,運(yùn)動(dòng),軌道運(yùn)動(dòng),旋轉(zhuǎn),心血管

　　1、引言
       根據(jù)世界衛(wèi)生組織2011年統(tǒng)計(jì)，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(dòng)脈梗阻或狹窄所致；外周動(dòng)脈中的斑塊堵塞同樣也會(huì)引起外周動(dòng)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(dòng)脈閉塞的病痛折磨。這些疾病的根源是動(dòng)脈壁上的斑塊，也即動(dòng)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(huì)引起動(dòng)脈進(jìn)一步變窄硬化，阻礙血液流通。血管成形術(shù)利用球囊充氣擴(kuò)張?jiān)韺ⅹM窄血管部位進(jìn)行擴(kuò)張以打開堵塞并恢復(fù)血管原來形狀，是一種標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)脈粥樣硬化治療法。在手術(shù)過程中，動(dòng)脈內(nèi)需要放置一個(gè)內(nèi)支架以打開動(dòng)脈血管。在美國，每年大約要做600000個(gè)血管成形術(shù)。但由于斑塊鈣化、冠狀動(dòng)脈口狹窄和支架內(nèi)再狹窄等導(dǎo)致嚴(yán)重的硬化病變，使得支架術(shù)的操作存在一定困難。在這些情況下，血管成形術(shù)就要去掉內(nèi)支架。
       經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術(shù)是一種利用金剛石砂輪對粥樣硬化的動(dòng)脈內(nèi)斑塊進(jìn)行粉碎切除的導(dǎo)管微創(chuàng)手術(shù)。如圖1所示，由護(hù)套包著的驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)砂輪圍繞固定導(dǎo)絲做高速旋轉(zhuǎn)（＞60000rpm），以流動(dòng)鹽水做潤滑冷卻劑。

圖1：經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術(shù)

       研究證明經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術(shù)對治療斑塊鈣化、冠狀動(dòng)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(shí)也很高。表1為經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術(shù)臨床試驗(yàn)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(yùn)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(fù)流、血管痙攣和毛刺截留等。因此，有必要對斑塊去除機(jī)理進(jìn)行研究。

表1：經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術(shù)臨床試驗(yàn)中一些主要的并發(fā)癥率

       研究者做了大量臨床試驗(yàn)來優(yōu)化經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術(shù)，Safian和Whitlow等人提出砂輪的旋轉(zhuǎn)速度要不高于5000rpm，骨鉆-動(dòng)脈比要低于0.7。Kini等人建議要留出20-30秒的病變接觸時(shí)間。Dauerman等人建議用較小尺寸的護(hù)套以避免股動(dòng)脈出血。
       還有一些研究者從工程學(xué)角度研究經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術(shù)。Reisman等人將砂輪的旋轉(zhuǎn)速度同血小板聚集程度、熱損傷關(guān)聯(lián)起來。Lovik等人借助有限元素模擬模型的試驗(yàn)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方法證明了經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術(shù)中成腔的存在。Adams和Kohler等人在不考慮動(dòng)脈壁相互作用的條件下研究磨料粒度和砂輪動(dòng)力學(xué)情況。這些文獻(xiàn)研究都沒有對經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術(shù)中的砂輪運(yùn)動(dòng)和力進(jìn)行定量分析研究。
       本實(shí)驗(yàn)研究了砂輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)和磨削力等動(dòng)力學(xué)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(shù)中常見的斑塊祛除機(jī)制。而砂輪的動(dòng)力學(xué)特性會(huì)影響切割深度、磨削力和材料去除機(jī)理等。磨削力的大小又受臨床并發(fā)癥的影響，如痙攣和動(dòng)脈夾層等。本研究利用高速攝影機(jī)對砂輪運(yùn)動(dòng)以及砂輪和聚氯乙烯材料制備而成的透明狀仿形動(dòng)脈組織體模間的相互作用進(jìn)行可視化記錄。利用圖像處理技術(shù)對砂輪運(yùn)動(dòng)進(jìn)行量化；利用壓電測力儀測得磨削力。

　　2、材料和實(shí)驗(yàn)方法
　　2.1 實(shí)驗(yàn)裝置
       圖2為研究實(shí)驗(yàn)裝置，有三個(gè)組件構(gòu)成：經(jīng)皮腔內(nèi)斑塊旋切術(shù)、動(dòng)脈體模和測量系統(tǒng)。
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