精准化盆腔脏器脱垂手术中盆底支持结构的有限元生物力学研究

Pelvic organ prolapse (POP) is pelvic floor dysfunction because of weakness of pelvic supporting structure, which usually appeal to pelvic reconstruction surgery. However, up to now, the surgery is not easy to carry out precisely and the treatment effect is not good because the mechanical properties and function of pelvic supporting structure is not explicit. In earlier stage, we created a detailed 3D model of pelvic supporting structure based on Chinese Visible Human data set. We infer that levator ani muscle, uterosacral ligament, cardinal ligament and perineal body are main supporting power of pelvic organs. In order to verify this hypothesis, we plan to create a detailed 3D finite element model of pelvic supporting structure, to detect stress, strain and displacement of pelvic supporting structure with abdominal pressure increasing and 5 pelvic floor reconstruction surgery. After that, we verify this finite element analysis through biomechanical experiment of cadaver. This project not only create and optimize the pelvic floor precise operation scheme, but also provide powerful theoretical support for clinical anatomy and gynecologic operation.

盆腔脏器脱垂（POP）为因盆底支持结构薄弱引发的女性盆底功能异常，常需进行盆底重建手术恢复盆底功能。然而迄今盆底支持结构详细的力学特性和功能尚不明确，无法实现其精准化盆底手术，术后脱垂复发率仍然很高，因此需要对盆底支持结构的生物力学特性和功能进一步进行研究。前期我们通过CVH数据集构建了详细的盆底支持结构三维可视化模型，推测盆底肛提肌、子宫骶骨韧带、子宫主韧带和会阴中心体为盆腔脏器的主要支持力量。为进一步验证该设想，本研究拟构建详细的盆底支持结构有限元模型，模拟检测腹压渐增情况下和五种重要盆底重建手术下盆底支持结构和脏器的应力分布和应变情况，并结合尸体生物力学进行补充验证，以期明确支持结构的生物力学属性和功能，明确各种固定手术下被固定物的力学稳定性情况，有助于临床POP精准手术治疗方案的最优化制定与实施，同时也为临床解剖学及妇产科手术学知识系统的完善提供强大的理论支持。

盆腔脏器脱垂为因盆底支持结构薄弱引发的女性盆底功能异常，常需进行盆底重建手术恢复盆底功能，然而迄今盆底支持结构详细的力学特性和功能尚不明确，因此需要构建其有限元生物力学模型对其生物力学特性和功能进行研究。我们优化基于中国数字人数据集（CVH）的盆底支持结构包括肛提肌、肛门括约肌复合体、尿道括约肌复合体、会阴中心体和尿道周围支持结构，对其进行解剖学研究，更新其三维形态和空间毗邻关系。在此基础上，我们创建其有限元生物力学模型，通过对腹内器官包括子宫，加载压强的仿真实验，模拟分析在Valsalva运动下各盆底支持结构的相互协同的应力、应变和位移情况。研究结果发现子宫主韧带、子宫骶骨韧带和肛提肌在子宫下移时均受力和位移较大，子宫主韧带应力和应变主要体现在中部和上部，最大可达0.267Mpa，其位移变化主要体现在中下部，最大位移可达17.86mm；子宫骶骨韧带的应力同样聚集于中上部，尤其是腱骨结合部，最大应力值为1.51Mpa，子宫骶骨韧带位移变化主要体现在中下部，最大位移变化可达19.46mm。肛提肌复合体中耻骨直肠肌深部前部靠近耻骨位置处受到的应力较大，最大值为0.0643Mpa，同时耻骨直肠肌浅部应力最大，最大应力值为0.06462Mpa，最大位移可达3.282mm，耻骨内脏肌位移最大，最大位移可达5.671mm，最大应力值为0.03513Mpa；会阴中心体的应力主要体现在后面，最大值为0.09239Mpa，位移的变化主要体现在前中部，最大位移可达7.301mm，其位移变化主要是由于阴道的形变牵引会阴中心体复合体发生位移，应力值较小。尿道周围支持结构中，盆筋膜腱弓和膀胱侧韧带受到应力较大，最大应力0.4687Mpa和 0.3788Mpa，位移变化不大。仿真结果与以往实验结论相符合，验证了模型有效，优于基于CT或MRI构建的盆底仿真有限元生物力学模型，膀胱膨出与肛提肌损伤、腹压增加、阴道顶端和阴道旁缺陷有关。本研究结果有助于观测肛提肌损伤情况，盆腔脏器的脱垂程度，脱垂手术术后的应力和应变，给各种疾病情况提供最优化的外科手术方案，给临床解剖学及妇产科手术学知识系统的完善提供理论依据。