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目的:
根据逆向工程的原理及有限元方法,利用志愿者骨盆CT及MRI图像数据,建立老年健康女性盆底肛提肌三维有限元模型,并对该模型进行有限元分析。
方法:
对一老年未孕女性健康志愿者选取L5椎体上缘至骨盆出口(坐骨结节下缘)部位进行骨盆CT及MR薄层I扫描,使用荷兰Philips16层螺旋CT取常规仰卧位横轴位扫描,层厚1mm,采用荷兰Philips Gyroscan Intera1.5T超导磁共振成像仪,取常规仰卧位,使用腹部线圈,采用3D-重建序列进行扫描,层厚为1.4mm,分别获得其骨盆、盆底肛提肌及双侧闭孔内肌的DICOM格式原始图像数据,把数据刻盘并导入Mimics12.0软件,根据图像资料结合软件自动功能与人工描绘等方法,分别建立基于CT和MRI图像数据的包括骶骨、髂骨、耻骨、坐骨、肛提肌及双侧闭孔内肌在内的骨盆环、盆底肛提肌及双侧闭孔内肌三维几何模型以.stl格式保存。基于逆向工程的方法,使用Geomagic Studio9.0软件对Mimics生成的模型进行进一步处理,包括光顺、打磨、生成Nurbs曲面、网格优化等操作,再应用Geomagic Studio9.0图像处理软件构建包括骨盆诸骨、肛提肌及闭孔内肌在内的三维有限元前处理模型并以.IGS格式保存,最后将该模型导入有限元分析软件Ansys11.0,构建包含骨盆诸骨、肛提肌及闭孔内肌等在内的有限元模型。并选择休息状态、适度张力、剧烈张力三种状态对该模型进行有限元分析。
同时,在盆底肌肉几何模型上选择15条基线分别对其厚度进行测量,其中闭孔内肌的每条基线选取10个测量点,肛提肌上缘基线选取15个测量点、下缘选取20个测量点,计算肛提肌及双侧闭孔内肌的厚度。
结果:
基于逆向工程方法及医学图像数据建立了与解剖结构非常接近的老年健康女性盆底肛提肌、闭孔内肌及骨盆的三维有限元模型。在本模型上,闭孔内肌比肛提肌厚,双侧闭孔内肌的厚度基本相同。获得了该模型的3种状态7个工况的肛提肌的位移云图及Von Mises应力云图。
结论:
采用CT及MRI薄层扫描数据建立的盆底肛提肌三维有限元模型真实可靠,能逼真反应它的空间立体解剖关系,避免了已往依赖于尸体标本解剖获得模型的缺点,所获得的模型数据接近于活体解剖,有利于后期的有限元分析。
本模型所示的肛提肌最大位移随肛提肌的主动收缩压力及腹压的增大逐渐减小;肛提肌所受的最大冯米塞斯(Von Mises)应力随腹压的增大而逐渐增大;肛提肌所受的最大冯米塞斯(Von Mises)应力在腹压相同的情况下随肛提肌主动收缩压力增大逐渐减小。