目的:基于磁共振图像构建不同级别盆腔器官脱垂患者肛提肌及骨盆的三维模型,观察不同脱垂级别女性肛提肌及骨盆的形态特征,比较肛提肌及骨盆相关测量参数与脱垂级别的相关性;借助逆向工程技术,探讨女性盆腔三维有限元模型构建的有效方法,为进行复杂模型的有限元分析提供模型基础;构建不同缺损类型肛提肌的有限元模型,通过模拟腹压作用下肛提肌形态的改变、位移分布特征及最大位移出现的位置,从力学角度探讨盆腔器官脱垂发生的力学机制。方法:1.选择于我院就诊的盆腔器官脱垂患者共93例,年轻未孕志愿者18例作为对照。应用3.0T核磁共振扫描仪扫描盆腔,获取磁共振原始图像,导入3DSlicer软件三维重建骨盆及肛提肌三维模型。观察肛提肌形态特征,并于构建的肛提肌模型中测量肛提肌裂孔长径及横径、肛提肌耻骨联合间距、髂尾肌宽度及角度,于骨盆模型中测量坐骨结节间径、坐骨棘间径、耻尾线、耻骨弓角度。采用Kruskal-Wallis H检验评估各测量参数在不同组间的差异,Spearman秩相关检验脱垂级别与测量指标之间的相关性,χ2检验检测不同脱垂级别间肛提肌断裂率的差异。2.选择肛提肌左侧缺损、右侧缺损及左右侧缺损患者各一例,同时选择健康未孕志愿者一名,3.0T磁共振扫描仪于仰卧位获取DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine,医学数字影像和通讯标准)格式磁共振图像,导入3D Slicer医学图像三维重建软件,分别构建四种形态肛提肌的三维几何模型。为优化和简化几何模型,利于有限元模型网格的划分,将构建的几何模型导入逆向工程软件Geomagic studio 12.0进行优化处理。优化处理后的计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)模型导入有限元分析软件ANSYS12.0,单元类型选择SHELL181,并定义材料属性、实常数,进行网格划分,生成有限元模型。3.四种肛提肌的有限元模型在相同的材料参数及腹内压条件下,借助ANSYS有限元分析软件,模拟Valsava动作下肛提肌的形变,测量形变产生的位移,并与动态磁共振下测量数据进行比较,验证模型的有效性。4.比较不同缺损类型的肛提肌模型在逐渐增加的腹腔内压力作用下产生的位移,观察位移分布特征及最大位移出现的位置,并记录X、Y、Z轴三个方向的位移及产生的综合位移。结果:1.在构建的脱垂患者及正常对照的肛提肌模型中,根据耻骨内脏肌是否完整进行分类,存在四种不同形态的肛提肌模型即左侧缺损、右侧缺损、双侧缺损及完整的肛提肌模型。2.与正常对照相比,脱垂患者更容易出现耻骨内脏肌的断裂;耻骨内脏肌断裂率在前中盆腔不同脱垂级别的患者中存在显著性差异,且断裂率随脱垂等级的增加而增加。3.前中后盆腔中骨盆形态相关测量参数,坐骨结节间径、坐骨棘间径、耻骨弓角度在正常对照与脱垂组中及不同级别脱垂患者中均无显著性差异,且与脱垂等级不相关;耻尾线在前中盆腔正常对照与脱垂组中及不同级别脱垂患者中差异具有显著性,且与脱垂级别呈负相关。耻尾线在后盆腔正常对照与脱垂组中的差异具有统计学意义,而在不同等级脱垂组中的差异没有统计学意义。4.前中盆腔中肛提肌形态的相关测量参数,左侧及右侧肛提肌耻骨联合间距、肛提肌裂孔长径及横径在不同脱垂级别患者中的差异具有统计学意义,且随脱垂级别的增加而增大;后盆腔中未见此相关性。左右侧髂尾肌宽度及角度在前中后盆腔不同脱垂级别组中差异均没有统计学意义,与脱垂级别间也无相关性。5.构建的四种不同缺损类型的肛提肌有限元模型,数值模拟结果与同一患者磁共振测量数据大致吻合,验证了模型的有效性。6.四种肛提肌模型在逐渐增加的腹内压作用下产生的位移逐渐增大,相对较大的形变均出现在肛提肌裂孔处。7.四种模型在相同的材料属性及腹内压作用下产生的位移不同,双侧缺损的肛提肌模型产生的综合位移最大;在肛提肌左侧缺损、右侧缺损及左右侧缺损的模型中,最大位移均出现在肛提肌断裂处。8.位移云图结果显示,肛提肌左、右侧缺损的模型中可见左右侧位移云图的不对称分布;双侧缺损及完整的肛提肌模型可见左右对称的云图分布,但两者的分布特点不同。结论:1.我们可以基于磁共振图像构建肛提肌及骨盆的三维模型,体外情况下直观地观察不同盆腔器官脱垂级别的患者肛提肌及骨盆的形态特征。2.不是所有盆腔器官脱垂的患者都伴有肛提肌的缺损,与髂尾肌形态改变相比,耻骨内脏肌形态的改变更容易导致盆腔器官脱垂的发生;女性骨盆出口前后径可能是影响盆腔器官脱垂的因素之一。3.借助3DSlicer、Geomagic studio及ANSYS软件,依据医学影像资料,构建的女性肛提肌三维有限元模型真实可靠,该方法不仅可以用于肛提肌的模型构建,同样适用于其他复杂结构有限元模型的构建。4.各种原因导致的肛提肌缺损,使得
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