子宫悬吊组织在女性盆腔器官脱垂中的生物力学研究

Pelvic organ prolapse is an abnormal downward displacement and deformation of the female pelvic organs, mostly due to unintended vaginal birth injuries. Each year, over 200,000 operations are performed for prolapse in the US, with annual estimated cost for these operations exceeds US $1 billion. In China, it is projected to increase dramatically with the increase in the aging population. The reason why vaginal birth results in pelvic organ prolapse over 20 to 30 years or a woman’s life-span remains a millennium-old mystery. Pelvic organ support involves the dynamic interaction between the major support provided by the levator ani muscles and uterine suspensory tissue. It is the overall goal of our research to discover the basic mechanism whereby muscle and suspensory tissue failure interact producing prolapse over a period. However, lack of data concerning suspensory tissue time dependent properties (viscoelasticity) prevents a quantitative understanding of these relationships. We will recruit and test asymptomatic volunteers and women with pelvic organ prolapse to measure and quantify uterine suspensory tissue viscoelasticity, and apply those data to patient specific computer models to understand its contribution to the development of pelvic organ prolapse. This research will be helpful in developing strategies for improved prevention and treatment selection and a better understanding of why muscle damage at birth causes prolapse 20 to 30 years later in life.

盆腔器官脱垂是女性盆腔器官的异常向下移动和变形，主要由阴道分娩所带来的意外损伤引起。在美国，每年有超过20万的女性需要接受手术治疗脱垂，治疗费用超过10亿美金。在中国，该疾病随着人口老龄化也急剧增加。阴道分娩为何会导致20到30年后出现盆腔器官脱垂至今仍是一个谜。盆腔器官的支持主要来自于肛提肌和子宫悬吊组织。我们的研究的总体目标是探索在长期反复加载过程中肌肉和悬吊组织损伤的相互作用及其造成脱垂的基本机制。但我们当前缺乏关于悬吊组织与时间相关的性质(粘弹性)，这阻碍了我们对这些关系的定量理解。我们将招募和测试无脱垂患者和脱垂患者，以测量和量化子宫悬吊组织的粘弹性，并基于核磁共振图像进行盆底重建，最终建立患者特定的计算机生物力学模型，以了解其对盆腔器官脱垂发生的作用。这项研究的结果将有助于更好地理解为什么分娩时的肌肉损伤会导致20到30年后的脱垂产生，并改进预防和治疗脱垂的方案。

盆腔器官脱垂是女性盆腔器官的异常向下移动和变形，主要由阴道分娩所带来的意外损伤引起。在美国，每年有超过20万的女性需要接受手术治疗脱垂，治疗费用超过10亿美金。在中国，该疾病随着人口老龄化也急剧增加。阴道分娩为何会导致20到30年后出现盆腔器官脱垂至今仍是一个谜。盆腔器官的支持主要来自于肛提肌和子宫悬吊组织。我们的研究的总体目标是探索在长期反复加载过程中肌肉和悬吊组织损伤的相互作用及其造成脱垂的基本机制。当前缺乏关于悬吊组织与时间相关的性质(粘弹性)，这阻碍了我们对这些关系的定量理解。因此，我们设计了一个新型的子宫悬吊组织测量仪器,并设计了配套的基于LabVIEW的数据采集及分析软件，来测量子宫颈在反复加载和卸载时的位置变化。该测量仪器已通过了第三方检测认证。我们开展了广泛、细致的体外测试实验，并通过了临床医院的伦理审查。我们在临床医院招募了志愿者，进行了核磁共振扫描，并利用该仪器进行了拉力实验。基于拉力实验数据，我们开发了一种基于磁共振影像的测量技术，以量化盆腔器官脱垂患者子宫悬吊组织的在体粘弹性；并基于磁共振图像进行盆底重建，最终建立患者特定的计算机生物力学模型，以了解其对盆腔器官脱垂发生的作用。此外，为了快速准确自动化地获取患者的不同器官的高精度三维模型，我们基于磁共振图像和深度学习，建立了自动化的盆底器官分割与三维重建算法、盆底关键点自动识别定位算法、磁共振图像三维超分辨的算法、盆底器官脱垂多标签诊断算法，并开发了盆底量化评估方法和系统，量化评估脫垂相关所有器官从静息状态到受腹压状态下的几何形变和空间位置变化，实现对脱垂相关结构的功能性分析。这项研究的结果将有助于更好地理解为什么分娩时的肌肉损伤会导致20到30年后的脱垂产生，以及理解子宫悬吊组织在长期重复负荷下的变化和盆腔器官脱垂的时间机制，并有助于改进预防和治疗脱垂的方案。该项目共计发表SCI论文5篇，会议论文13篇，申请国家发明专利3项。