楊曉紅，王紀亮，徐惠成，梁志清 (.解放軍第53 醫(yī)院婦產科，內蒙古 呼和浩特0005;.第三軍醫(yī)大學西南醫(yī)院婦產科，重慶400038)

女性盆底功能障礙性疾病(pelvic floor dysfunction，PFD)是指盆底支持組織因損傷或退化等原因所致松弛而引發(fā)的疾病。主要包括壓力性尿失禁(stress urinary incontinence，SUI)和盆腔器官脫垂(pelvic organ prolapse，POP)。有研究發(fā)現盆腔臟器脫垂是一種緣于盆底支持組織生物力學性能進行性減退的疾?。?］。有實驗發(fā)現，盆腔器官脫垂患者盆底組織成纖維細胞對應力的反應性降低，陰道壁組織的生物力學性能明顯低于非脫垂患者，認為盆底支持組織力學性能的降低或許是導致盆腔器官脫垂的原因［2］。因此，迫切需要對盆底器官組織之間的力學關系進行分析和評估，才能設計出完善的治療方案。本文就PFD 發(fā)病機制有限元力學研究進展綜述如下。

1 女性盆底有限元力學研究的背景

生物力學研究主要包括:①實驗生物力學，即以動物及人尸體為模型進行力學測試，如電測法、光彈法、表面涂層等。雖然傳統(tǒng)實驗生物力學測試方法具有直觀、客觀等優(yōu)點，但同時由于實驗條件的限制，尚有許多情況無法用實驗研究的方法加以解決。②理論生物力學研究，即以數學力學模型來進行數值應力分析。有限元分析即屬于理論生物力學研究，是將研究對象先分割成有限個單元，在研究每個單元性質的基礎上，獲得滿足邊界約束條件的整個物體(或分析域)的位移和應力場。

生物力學直接測試法因是一種侵入性實驗而且無法用于人類活體研究而受限。與實驗研究相比，有限元仿真可以更直觀地給出應力應變的分布情況，具有效率高、成本低的優(yōu)點，結合成像和重建技術，能迅速模擬出組織器官的運動和變形情況。另外有限元分析法可對形狀、結構、材料和載荷情況及其復雜的構件進行應力、應變分析，具有實驗時間短、費用少、力學性能測試全面及可重復實驗等突出優(yōu)點。然而實體和三維模型是有限元適應網格劃分技術所必需條件，只有獲得完整的數據集才能于有限元原理的計算機模型上研究盆底肌肉復雜的生物力學行為。雖然盆底軟組織的三維有限元模型建立和分析仍處于初級階段，隨著計算機硬件快速發(fā)展被拓廣，有限元應用軟件也會繼續(xù)提升，對于傳統(tǒng)的試驗生物力學其在互相彌補和驗證的方法中承擔了重要的角色。

2 女性盆底有限元力學研究的特點

MRI 及3D 成像技術的進步提高了對盆底結構的認識，有限元生物力學模型已作為一種能在器官水平上量化分析功能的特性而出名。目前軟組織的有限元分析在國內及國際(例如肛提肌損傷)仍處于探索研究階段，但是其發(fā)展很快。有限元模型提供工具模擬盆底功能和其障礙的結局，有助于闡明功能紊亂背后主要的機制;對于當今婦科醫(yī)生來講，盆底功能障礙疾病治療是最大的挑戰(zhàn)之一，尤其對于外科手術后失敗者非常重要。脫垂的復發(fā)考慮與不恰當的外科技術、軟組織的病理學及生物力學缺陷有關，應用有限元模型有助于設計和開展更多可控和可靠的外科手術。建立女性盆底有限元分析有助于了解女性盆底功能障礙的生物力學、預測外科手術的效果和洞察盆底肌群的運動奧妙。

3 有限元模型在陰道分娩對女性盆底損傷的研究

有限元生物力學模型作為一種量化分析陰道分娩的模型工具，其生物力學分析揭示了PFD 的病理解剖因素，其中陰道分娩是主要的危險因素。在日常生活活動中盆底正常負載和盆底肌肉功能容積，采用有限元方法顯示盆底肌肉伸縮率在分娩第二產程末最大，證實盆底肌群在產鉗助產時承受了最大的拉伸，極有可能受傷［1］;理論模型證實這些損傷可以引起最常見的子宮脫垂和膀胱脫垂。Li 等［2］建立一個計算機模型框架模擬頭位陰道分娩，這個模型模擬了胎頭下降通過整個盆底肌群的過程，展示了陰道分娩中胎頭的運動與盆底組織之間的相互生物力學作用，陰道分娩力的要求從正常逐漸到最大化，顯示盆底肌群最大拉伸的著力點位于右側肛提肌與恥骨連接處，此與臨床陰道分娩后肛提肌與恥骨相連處易損傷是一致的。有限元模型框架工作提供一個量化工具來驗證影響陰道分娩的因素:包括盆底肌纖維各向異性，肌肉的活化和胎頭的模型。之后有研究采用有限元模型模擬陰道分娩第二產程，研究代表肛提肌的力學反應的各向異性，觀察肛提肌在陰道分娩中的生物力學方面重要性，其報道在肌纖維的各向異質升高時陰道分娩需要的產力的大小有本質的下降，在相似的陰道分娩中各向異性比率明顯的影響了肛提肌生物力學反應［3］。只有掌握肛提肌生物力學實驗數據方能更好地量化分析肛提肌生物力學特性。有限元模型演示了某假定個體陰道分娩的第二產程，提供模型框架量化分析盆底生物力學。這個模型可以用來輔助臨床醫(yī)師在陰道分娩中的決策處理，有助于研究陰道分娩中盆底生物力學損傷的機制。該作者又研究在陰道分娩中盆底生物力學的肌肉非線性彈性的作用，報道了在陰道分娩中比預想要高的產力(56%)，屬于肌群中最大最多伸展力的較多的均勻空間分布［4］。雖然目前模型說服臨床醫(yī)師產力可能誘發(fā)盆底肌肉損傷和功能障礙仍存在片面性，然而作為分娩計劃和醫(yī)學教育，量化模型的框架研究已取得進步［5］。Parente 等［6］報道應用模擬的骨盆、盆底肌肉和胎頭的3D 計算機模型，評價在陰道分娩中，胎頭代表枕前位和胎位不正的枕后位分別通過骨盆的過程中引起的盆底變形及應力。幾項研究顯示陰道分娩中放松的好處，盆底肌肉鍛煉可以帶來強壯的盆底，相反的假設是盆底肌訓練可以提高肌肉的強度。目前對于陰道分娩中影響盆底肌肉收縮因素的相關性研究仍然不足。

4 有限元模型在女性膀胱膨出機制的研究

Chen 等［7］從一名健康未生育婦女的磁共振幾何圖形，建立陰道前壁及其支持組織3D 模型，它包括簡化了的陰道前壁、骶主韌帶、盆筋膜腱弓、肛提肌、陰道旁連接組織和后盆腔。驗證模型，模型被輸入有限元分析軟件ABAQUS(trademark)，組織材料屬性依據文獻指定。采用重復逼近法來簡練解剖假設，直到腹壓增加到168 cmH2O 時圖形的表現與動態(tài)MRI 表現的變形趨同。然后在動態(tài)MRI 上用它來判定肌肉及其結締組織受傷導致膀胱膨出形成的機制。結論是膀胱膨出的進展要求肛提肌損傷、腹壓增加、陰道頂端和陰道旁的缺陷。膀胱膨出的大小受腹壓和肌肉結締組織的損傷影響。與任何二者之一因素相比，大的膀胱膨出是在肌肉及陰道頂端結締組織損傷同時存在的條件下形成的。陰道頂端缺損比陰道旁缺陷導致較大的膀胱膨出;肛提肌受損引起較大的肛提肌裂隙，在壓力差下、大的頂端缺損和陰道末端延長，共同導致了更大的膀胱膨出。

5 盆底有限元模型在盆底肌群筋膜方面的研究

Lee 等［8］應用MRI 體檢提取的肛提肌參數建立有限元模型，在模型上模擬動態(tài)，以厚度和張力分組，分析并研究作用于肛提肌表面的力學特點;研究代表肛提肌的力學反應的各向異性。Marino 等［9］模擬骨盆結構的偏差，觀察移位的程度，指出骨盆與尿道宮頸之間韌帶筋膜的連接方式精妙和諧，對骨盆合力的分散作用非常重要，證實恥骨與宮頸尿道束之間韌帶的作用如張力連接桿，將總負荷以前后方向分為幾部分，在骨盆動力學上顯示非一不二的角色，指出盆底最大的應力區(qū)域是宮頸尿道束和下面的梯形會陰區(qū)域;從泌尿外科角度闡述，適宜的解剖重建術實為某種意義上解剖恢復和功能支持。Marino 等［10］報道了人類膀胱力學特征，建立骨盆3D 數字有限元模型和存在及不存在支持骨盆的恥骨尿道韌帶和恥骨膀胱韌帶的模型。膀胱的力學數據顯示逼尿肌纖維和厚度圖形的性質在側壁、膀胱三角、前壁結構均有不同。動力學調查顯示缺乏宮頸尿道韌帶和盆底筋膜的支持，盆底筋膜解剖的缺陷將修正分配負載向心力的誤差，較多的應力在會陰區(qū)域和尿道括約肌部分;研究顯示膀胱三角區(qū)與其他部分相比是韌性最強的區(qū)域，負荷力最大;顯示骨盆筋膜如恥骨尿道韌帶和恥骨膀胱韌帶在動態(tài)數字分析中是不能忽略的主要支持。Martins 等［11］報道從1 例未生育健康志愿者MRI 成像建立3D 有限元模型評估盆底橫向縱向應力，模擬體內腹壓增加的情況下盆底的張力和陰道的力學特性。

6 盆底有限元模型在SUI 方面的研究

SUI 的發(fā)生歸因于解剖或神經因素包括結締組織、神經和肌肉。雖然SUI 在絕經后和經產婦非常普遍。研究顯示在年輕婦女、身體健康的女性運動員中有很高的患病率。Zhang 等［12］報道應用有限元計算機模型分析跳躍引起SUI 可行性。依據在體力活動中解剖結構之間相互作用的特殊的動態(tài)的力學特征，首次利用液體結構相互作用有限元分析方法闡述女性SUI 發(fā)生機制。證實應用女性盆底有限元計算機模型，展示引起正常尿道開放和尿失禁時尿道開放的女性盆底前后部分變形的差異性，量化比較健康婦女和壓力性尿失禁婦女之間的差異性。通過計算機動態(tài)模擬彈跳高度和測得的沖擊力對不同膀胱容積的效果，揭示跳躍的高度明顯影響膀胱溢尿的量，也揭示了對于健康婦女，正常行走不是尿失禁首要的原因。

7 女性盆底有限元目前建模的方法

Janda 等［13］在防腐的女性尸體上測得盆底肌肉的幾何參數，建立盆底三維幾何數據集。Haridas 等［14］報告采用計算機仿真系統(tǒng)的原型PelvicSim 來模仿女性盆底器官體內生物力學系統(tǒng)，提供一個虛擬的環(huán)境了解盆底的生物力學病理改變。Li等［2］通過健康未生育婦女MRI 數據構建包括十三個部分(骨性骨盆、肌肉和器官)的盆底模型，用以分析第二產程胎兒與盆底肌群之間應力。Lee 等［15］通過MRI 掃描開展肛提肌的有限元分析，通過塑造不同病例組肛提肌變化的3D 模型，在自然生理負荷情況下開展動態(tài)研究。

8 有限元模型分析研究前景

有限元分析目前是在矯形外科學被廣泛應用的生物力學方法，包括生物工程師和臨床醫(yī)師的跨學科綜合領域協作研究。對于評價骨盆特殊狀態(tài)，研發(fā)新的盆底重建手術或者設計非手術器械治療尿失禁和PFD，模擬盆底行為的有限元模型是一個重要工具。骨盆筋膜如恥骨尿道韌帶和恥骨膀胱韌帶在動態(tài)數字分析中是主要的支持結構。其模型動態(tài)仿真確定了在基礎手術中依據其位置進行外科重建的角色，對于改善醫(yī)療器械的設計和優(yōu)化外科手術方案，提高PFD 患者結局是重要的，這項研究對于PFD 手術中補片合成材料的發(fā)展也很重要。

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