正常女性盆底系统的二维等效力学建模方法与有限元分析

作者：李松; 姚廷强; 王海峰; 文雪薇; 林涵; 高振华; 张铨; 莫茵; 唐丹; 程映; 刘孝保; 申吉泓

来源：中华医学杂志, 2022, 102(28): 2189-2195.

• 生物力学
• 女性盆底
• 力学建模
• 应力性损伤
• 有限元分析

目的采用二维等效力学方法构建矢状面盆底的精细化几何模型, 探讨不同腹压下盆底器官组织的形位改变对盆底生物力学特性的影响。方法纳入1名28岁身体健康、体形匀称的已婚未育女性志愿者, 采用3.0 T磁共振扫描仪, 仰卧位静息状态扫描盆底组织获得其盆腔核磁共振影像学数据。基于磁共振成像(MRI)二维参数测量和计算机辅助设计的方法, 建立女性盆底的几何模型和有限元模型, 分析不同腹压下盆底支持系统的生物力学变化特点。结果本研究在60、99、168、208 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)等4种腹压载荷作用下仿真模拟盆底受力的4种不同工况, 分析得出的趋势为:在腹压载荷作用下子宫发生向下向后的后倾屈曲形位变化, 宫颈、阴道中上段和肛提肌发生力学轴向指向骶尾骨的特征变化, 肛提肌在水平方向上的变形比竖直方向上的更大。随腹压的增加健康受试者盆底整体系统在4种不同工况下的最大应力值分别为0.194 3、0.389 6、0.557 1、0.627 5 MPa, 最大位移值分别为10、14、21、25 mm;宫颈和阴道中上段的最大应力值分别为0.111 7、0.161 8、0.250 6、0.304 1 MPa, 最大位移值分别为3、6、9、11 mm;会阴体的最大应力值分别为0.063 4、0.119 6、0.235 2、0.288 0 MPa, 最大位移值分别为1、2、4、5 mm;肛提肌最大应力值分别为0.194 3、0.389 6、0.557 1、0.627 5 MPa, 最大位移值分别为2、4、7、8 mm;在不同工况下盆腔器官最大应力值及最大位移值均随腹压的增加而增加, 正常女性盆底的应力轴向关系表现为子宫、阴道中上段主要作用于骶尾骨和肛提肌, 阴道下段作用于会阴体。结论女性盆底系统二维等效力学建模和有限元分析方法可以较为准确地反映女性盆底的生物力学特征, 盆腔器官应力的合力方向指向骶尾骨, 骶尾骨、肛提肌和会阴体在盆底系统中具有重要的应力支持作用。

• 单位
  昆明理工大学; 机电工程学院; 昆明医科大学第一附属医院