[目的]1、提出一种量化并测量子宫和阴道形态位置的方法,应用磁共振成像验证脱垂妇女与非脱垂妇女子宫阴道的轴向、长度和位置差异,研究子宫阴道力学轴向在盆底支持中的作用,为盆底功能状况的评估和盆底功能性障碍疾病发病机制的完善提供理论支持。2、针对女性盆底支持系统的结构和生物力学关系复杂等问题,采用二维等效力学方法构建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,以期揭示盆底应力性损伤疾病的力学机制。3.在前期开发的基于解剖学的盆底二维等效力学模型的基础上,进一步优化二维结构模型来分析盆底组织的应变和应力,探讨盆腔支持系统在不同生理状态的腹压载荷下盆腔器官的应力及应变特点,通过拟合超弹材料参数的方法模拟盆底主要支持结构不同程度损伤状态,分析主韧带和子宫骶韧带、肛提肌、阴道前壁损伤对盆底组织力学性能的影响,模拟阴道前壁损伤引起阴道前壁脱垂的形成机制。4、通过建立盆腔器官脱垂患者和非脱垂受试者整个盆腔支持系统的三维解剖学模型及三维有限元生物力学分析模型,探讨盆底在不同生理状态的腹压载荷下受试者的盆腔器官和支持结构的应力及应变特点,分析盆腔器官脱垂和非脱垂受试者的盆腔器官组织形态改变对盆底组织力学支持的作用,评估盆腔器官脱垂和非脱垂受试者的个体解剖结构及其组合之间的生物力学关系。[方法]1、通过对收集的81例脱垂女性和57例非脱垂女性的MRI影像数据进行分析,比较子宫体、子宫颈和阴道上、中、下轴线的长度、夹角,以及相对于骨盆倾斜矫正系统的角度,以骨盆的耻骨下点及骶骨岬标志为参照系在矢状位上建立标准坐标系,测量子宫阴道重要解剖位点的坐标值参数并对其位置进行分析描述。2、利用MRI二维影像分析结合计算机辅助设计的方法,在精确重构女性盆底支持系统的几何模型基础上构建出二维有限元模型,分析不同腹压载荷下盆底器官的应力分布、形位变化等生物力学特点。3、基于1例盆底平均尺寸健康女性的正中矢状面MRI图像,在前期研究的基础上构建了一种新的基于影像解剖学的盆底二维有限元生物力学模型,该模型中所有可变性结构被定义成为各向同性非线性超弹性行为材料,在不同的支持结构损伤组合以及不同生理状态的腹压载荷作用下,分析盆底支持结构的应力应变特点和相互支持作用。然后针对主韧带和子宫骶韧带复合体、肛提肌、阴道前壁组织损伤的不同组合,通过将各支持结构的组织力学性能降低来模拟损伤,利用计算机数值模拟的方法来预测健康和受损组织在不同状态下的力学作用及形态变化。4、对1名健康女性志愿者和1例脱垂患者进行动态磁共振成像,建立骨盆、膀胱尿道、子宫阴道、直肠、肛提肌、会阴体及主、子宫骶韧带等支持系统的三维模型,并对其三维空间结构进行解剖学对比分析,进一步建立特定于对象的三维生物力学有限元模型,模拟六种不同生理状态的腹压作用分析不同应力状况下膀胱尿道、子宫、阴道、直肠、肛提肌、会阴体及主、子宫骶韧带的应力和变形情况,模拟腹内压力增加时盆底支持结构和组织器官的应力和变形,为盆底支持结构和组织器官之间不同腹内压下的相互作用提供理论支持。[结果]1、盆腔器官脱垂组子宫体-子宫颈夹角、子宫颈-阴道上段夹角较无脱垂组变小;脱垂组子宫体-PICSline夹角、子宫颈-PICSline夹角较无脱垂组明显变小,脱垂组阴道中段-阴道下段夹角较无脱垂组明显变钝,脱垂组阴道上段-PICSline夹角、阴道中段-PICSline夹角较无脱垂组变大,阴道下段-PICSline夹角较无脱垂组变小,脱垂组子宫颈长度较无脱垂组延长,脱垂组阴道中、下段长度较无脱垂组缩短。子宫阴道轴在矢状位上建立的标准坐标系中整体向后下方移位。2、在腹压载荷作用下,子宫发生朝向后下方的前倾前屈形位改变,子宫底部的形位变化最大,宫颈口方向指向尾骨区域,宫颈、阴道中上段和肛提肌发生后倾后屈形位改变。阴道前后壁、直肠和肛提肌均发生不同程度的形位特征变化。肛提肌的形位变形比主韧带、宫骶韧带的形位变形更大,肛提肌的应力最大。随着腹压载荷的增加,盆底器官组织最大应力值和最大变形值均随之增加,盆底器官组织的应力集中部位更容易发生应力性损伤。3、不同生理状态下的腹压载荷改变了盆腔主要器官的形态特征和位置特征,尤其是宫颈区域、阴道前后穹隆、肛提肌和膀胱底部,不同腹压载荷下,完整盆底支持系统的最大变形主要分布在子宫底,子宫底部的变形逐渐增大并向下方及后方移位,而中等变形主要分布于阴道前后壁、直肠和肛提肌的中上段区域。盆底系统的应力分布集中区域在子宫底、宫颈口、膀胱底部、阴道前后穹隆和阴道中下段、肛提肌靠近骶尾骨区域,随着腹压载荷的增加,应力集中区域由膀胱底开始依次朝着阴道上段、直肠上段、肛提肌上份向后方转移并逐级递增,在肛提肌发生损伤后,肛提肌所能承受应力明显降低,肛提肌受损后部分应力转移至会阴体,会阴体在肛提肌受损后起重要支持作用,随着阴道前壁损伤程度的增加,阴道前壁变形量呈不断增大趋势。随着腹压载荷的增加,器官之间以及器官内部,尤其是骶尾骨、会阴体和肛提肌具有重要的应力相互支持作用。4、构建了盆腔器官脱垂患者和无脱垂受试者的盆底三维模型,与健康模型相比脱垂患者膀胱、子宫、阴道明显下降,子宫体后倾下移并向前挤压膀胱导致膀胱前移,子宫、阴道、直肠生理曲度丢失,向后下方移位,肛提肌裂孔扩大,在三维模型的基础上进一步建立了盆腔支持系统的个体化三维有限元模型,证实不同应力状况下健康与脱垂个体之间的不同组织器官的应力和变形存在差异,健康的盆腔组织在不同的腹压状态下短期受力均不会导致明显变形,且随着腹压的增加变形最大值变化规律曲线表现为非线性趋势,而脱垂患者的盆底组织器官短期受力即发生明显变形,变形最大值变化规律曲线表现为线性趋势,健康受试者的盆腔组织在不同的腹压状态下随着腹压增加应力值稳定增高,脱垂患者盆腔组织在不同的腹压状态下应力最大值比非脱垂患者明显增大,研究证实不同腹压载荷下脱垂患者盆腔组织的形态位置特征和应力特点与非脱垂受试者有明显差异,尤其是子宫底、阴道前壁、肛提肌、膀胱体部和会阴体,初步验证了不在同腹压状态下盆腔器官脱垂患者和无脱垂受试者组织形态的改变对盆底器官的力学支持作用。[结论]1、脱垂妇女与非脱垂妇女子宫阴道的轴向、长度和位置有很大不同,脱垂患者子宫呈后倾后屈改变,阴道缩短呈现向腹侧翻转并伸直,子宫阴道向后下方移位且力学轴向偏离骶尾骨,子宫阴道的力学轴向和位置的改变是盆腔器官脱垂的重要机制。2、二维等效力学有限元模型可以较为准确的反映女性盆底的生物力学特征,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,盆底支持系统将腹压和器官自重的合力方向转移到指向骶尾骨的方向上,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。3、在不同生理状态腹压载荷下盆底器官的形位特征和应力特点发生明显变化,在腹压升高的情况下盆底组织器官的应力应变特点表现为肛提肌、主韧带和子宫骶韧带损伤的综合作用,阴道前壁脱垂的形成与阴道前壁的损伤密切相关,本研究对分析女性盆底支持系统力学原理并提出相应的解决方案具有重要的指导意义,可以帮助提高对不同形式的盆底支持结构损伤的理解。4、三维解剖模型和三维有限元分析可以初步反映脱垂和无脱垂女性盆底支持系统的三维解剖学特点和生物力学特征,腹压载荷增加改变了盆底支持结构的形态特征和位置特征,表现出与健康盆底不同的应力和应变特点,这些解剖学上精确的模型能够在更接近真实的生理条件下研究盆腔器官脱垂的机制,为临床上预防和治疗盆腔器官脱垂提供理论支持,脱垂患者盆底支持系统由于组织器官形态和结构位置的改变导致盆底支持系统的力学平衡异常,对此我们针对盆底力学失衡提出了新的盆底应力性损伤理论,本研究中开发的盆底支持系统有限元分析模型,还可以用来研究临床中涉及改变结构形状和力学性能的不同盆底重建手术方式的效果,未来可能成为改进盆底重建手术的有用工具。