超硬材料网

　　作者：Barry Belmont, Albert J. Shih, Yihao Zheng
　　摘要：本论文研究了经皮腔内斑块旋切术的砂轮动力学。经皮腔内斑块旋切术是一种利用金刚石砂轮对粥样硬化的动脉内斑块进行粉碎切除的导管微创手术。通过实验研究分析经皮腔内斑块旋切术过程中砂轮的运动和磨削力。利用高速摄影机和后期图像处理技术，通过透明状仿形动脉组织体模对砂轮运动进行可视化和定量分析；同时，利用压电测力仪测得磨削力。在4.8mm直径的血管模型、磨削旋转速度为60000、90000和120000rpm条件下，实验发现砂轮运动是一种低频（18、38、40Hz）轨道运动和高频（1000、15000、1660.4~1866.1Hz）旋转运动的结合。和砂轮运动相匹配的低频和高频构成了磨削力。
　　关键词：磨削力,运动,轨道运动,旋转,心血管

　　1、引言
       根据世界卫生组织2011年统计，局部缺血性心脏病是世界范围内第一位死亡病因，主要由粥样硬化病变引致的冠状动脉梗阻或狭窄所致；外周动脉中的斑块堵塞同样也会引起外周动脉闭塞疾病。在美国，约1630万和1800万人受到局部缺血性心脏病和外周动脉闭塞的病痛折磨。这些疾病的根源是动脉壁上的斑块，也即动脉粥样硬化、脂肪堆积和钙化物质。随着病情发展，粥样硬化会引起动脉进一步变窄硬化，阻碍血液流通。血管成形术利用球囊充气扩张原理将狭窄血管部位进行扩张以打开堵塞并恢复血管原来形状，是一种标准的动脉粥样硬化治疗法。在手术过程中，动脉内需要放置一个内支架以打开动脉血管。在美国，每年大约要做600000个血管成形术。但由于斑块钙化、冠状动脉口狭窄和支架内再狭窄等导致严重的硬化病变，使得支架术的操作存在一定困难。在这些情况下，血管成形术就要去掉内支架。
       经皮腔内斑块旋切术是一种利用金刚石砂轮对粥样硬化的动脉内斑块进行粉碎切除的导管微创手术。如图1所示，由护套包着的驱动轴带动砂轮围绕固定导丝做高速旋转（＞60000rpm），以流动盐水做润滑冷却剂。

图1：经皮腔内斑块旋切术

       研究证明经皮腔内斑块旋切术对治疗斑块钙化、冠状动脉口狭窄和支架内再狭窄等有良好效果；但并发症率同时也很高。表1为经皮腔内斑块旋切术临床试验中一些主要的并发症，主要有死亡、心肌梗塞（MI）、靶样病变和靶血管血运重建（TLR/TVR）等。此外，研究还观察到血管造影并发症（急性冠脉闭塞、穿孔、解剖和侧枝损失）、慢血流/无复流、血管痉挛和毛刺截留等。因此，有必要对斑块去除机理进行研究。

表1：经皮腔内斑块旋切术临床试验中一些主要的并发症率

       研究者做了大量临床试验来优化经皮腔内斑块旋切术，Safian和Whitlow等人提出砂轮的旋转速度要不高于5000rpm，骨钻-动脉比要低于0.7。Kini等人建议要留出20-30秒的病变接触时间。Dauerman等人建议用较小尺寸的护套以避免股动脉出血。
       还有一些研究者从工程学角度研究经皮腔内斑块旋切术。Reisman等人将砂轮的旋转速度同血小板聚集程度、热损伤关联起来。Lovik等人借助有限元素模拟模型的试验验证评估了组织热损伤。Nakao和Lee等人在不考虑组织依从性的条件下研究砂轮表面形状。Ramazani-Rend等人用数值模拟和实验方法证明了经皮腔内斑块旋切术中成腔的存在。Adams和Kohler等人在不考虑动脉壁相互作用的条件下研究磨料粒度和砂轮动力学情况。这些文献研究都没有对经皮腔内斑块旋切术中的砂轮运动和力进行定量分析研究。
       本实验研究了砂轮的运动学和磨削力等动力学特性。利用高速磨削粉碎钙化斑块是经皮腔内斑块旋切术中常见的斑块祛除机制。而砂轮的动力学特性会影响切割深度、磨削力和材料去除机理等。磨削力的大小又受临床并发症的影响，如痉挛和动脉夹层等。本研究利用高速摄影机对砂轮运动以及砂轮和聚氯乙烯材料制备而成的透明状仿形动脉组织体模间的相互作用进行可视化记录。利用图像处理技术对砂轮运动进行量化；利用压电测力仪测得磨削力。

　　2、材料和实验方法
　　2.1 实验装置
       图2为研究实验装置，有三个组件构成：经皮腔内斑块旋切术、动脉体模和测量系统。
（详细内容敬请点击这里）