關(guān)鍵詞：瘢痕子宮;陰道試產(chǎn);重復(fù)剖宮產(chǎn);子宮破裂;抗拉強(qiáng)度

摘要

目的:基于有限元模型分析分娩時(shí)產(chǎn)婦子宮瘢痕處的應(yīng)力情況，用以判斷分娩方式。

方法:通過查閱文獻(xiàn)資料建立子宮的三維簡(jiǎn)化模型，在有限元軟件ANSYSworkbench中設(shè)置子宮前壁上、下段和子宮瘢痕厚度以及宮內(nèi)壓力，計(jì)算子宮瘢痕處的應(yīng)力，判斷經(jīng)陰道分娩子宮破裂的風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)果與結(jié)論:通過ANSYSworkbench得到了分娩時(shí)子宮應(yīng)力分布圖，最大應(yīng)力位于子宮瘢痕處。固定子宮前壁上段厚度為10．0mm，當(dāng)子宮前壁下段和子宮瘢痕厚度從1．0mm逐漸增至6．0mm時(shí)，子宮瘢痕處受到的最大應(yīng)力逐漸減小。當(dāng)子宮瘢痕厚度小于3．0mm時(shí)，經(jīng)陰道分娩時(shí)子宮瘢痕處的最大應(yīng)力大于此處的抗拉強(qiáng)度，此時(shí)不建議順產(chǎn)。固定子宮瘢痕厚度為3．0mm，當(dāng)子宮前壁上段厚度在4．5～10．0mm時(shí)選擇順產(chǎn)比較安全;子宮瘢痕處應(yīng)力隨著子宮前壁上段厚度的增加先減小后增大，當(dāng)子宮前壁上段厚度達(dá)7．0mm時(shí)瘢痕處的應(yīng)力達(dá)到最小值。

瘢痕子宮是指剖宮產(chǎn)手術(shù)或肌壁間肌瘤剝除術(shù)后的子宮。近幾年來，我國(guó)的剖宮產(chǎn)率一直處在一個(gè)較高的水平，隨著國(guó)家二胎政策的放開，剖宮產(chǎn)后再次妊娠率亦隨之上升。而瘢痕子宮易發(fā)生子宮破裂，危及母嬰安全，因此臨床上對(duì)剖宮產(chǎn)后再次妊娠孕婦分娩方式的選擇存在爭(zhēng)議。鄭榮燕等［1］通過研究瘢痕子宮足月妊娠經(jīng)陰道試產(chǎn)的產(chǎn)程特點(diǎn)，探討經(jīng)陰道試產(chǎn)的安全性;張銀花［2］僅是回顧性地對(duì)剖宮產(chǎn)后再次妊娠的分娩方式進(jìn)行探討，要求做好產(chǎn)前檢查。上述研究均通過嚴(yán)密的產(chǎn)程監(jiān)護(hù)來探討瘢痕子宮的安全分娩方式。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元分析被應(yīng)用于相關(guān)研究。Baah-Dwomh等［3］建立了子宮模型并進(jìn)行了有限元分析，通過計(jì)算機(jī)建模工具來了解早產(chǎn)的原因。Naji等［4］的研究表明子宮前壁下段越薄子宮越容易發(fā)生破裂，但是并未指出子宮瘢痕厚度與分娩方式的關(guān)系。本研究通過有限元模型分析瘢痕子宮分娩時(shí)子宮前壁厚度及子宮瘢痕厚度與子宮破裂的關(guān)系，用以判斷能否順產(chǎn)，給醫(yī)生提供一些數(shù)據(jù)上的參考，以避免判斷的盲目性，減少重復(fù)剖宮產(chǎn)，提高陰道分娩率。

1 材料與方法

1． 1 子宮仿真模型的建立

子宮位于骨盆中央，前面為膀胱，后面為直腸，外觀呈倒置的梨形，前后略扁。成年女性的子宮長(zhǎng)7～8cm，寬4～5cm，厚2～3cm，上部較寬，呈三角形，即子宮體［5］(圖1)。本文參考曹立波等［6］的建模方式利用三維軟件Solid-works建立孕期為40周的子宮模型。

1． 2 子宮有限元模型的建立

1．2． 1 子宮結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化

由于子宮結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在不影響結(jié)果的情況下我們進(jìn)行了一系列必要的簡(jiǎn)化。本研究的重點(diǎn)是子宮瘢痕會(huì)不會(huì)在宮縮時(shí)破裂，故省略了胎兒模型的建立。剖宮產(chǎn)多選擇子宮下段橫切術(shù)，因此本模型也采用下段橫切建模。子宮與人體的連接固定主要依靠盆腔和陰道的承托及韌帶的牽引固定?？紤]到孕婦分娩時(shí)處于仰臥位，且分娩時(shí)整個(gè)子宮的形狀大小都在變化，韌帶已經(jīng)失去原有的固定作用，只有宮口位置基本不變，因此子宮口位置采取了固定位移［7］。采用Solidworks建立子宮有限元模型，如圖2所示。根據(jù)相關(guān)資料［5］確定子宮在40周時(shí)的尺寸參數(shù):35cm×24cm×24cm，子宮頸長(zhǎng)3cm，子宮瘢痕處長(zhǎng)約15cm，由于瘢痕處是很窄的一塊肌肉，在模型上設(shè)置寬3mm，并且做了圓角避免應(yīng)力集中。研究共設(shè)3個(gè)變量:子宮前壁上、下段厚度及子宮瘢痕厚度，其中子宮前壁下段厚度與子宮瘢痕厚度差別較小，研究中取相同的數(shù)值。分娩時(shí)，子宮主要承受宮縮產(chǎn)生的壓力，根據(jù)臨床實(shí)際情況，在子宮模型內(nèi)部施加垂直于子宮壁向外的13．3kPa的壓力。

1． 2． 2 網(wǎng)格劃分和材料定義

利用ANSYSwork-bench軟件在有限元網(wǎng)格劃分基本原則的基礎(chǔ)上對(duì)所建子宮模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在重點(diǎn)研究部位應(yīng)保證劃分高質(zhì)量網(wǎng)格，而在非重點(diǎn)研究部位，網(wǎng)格質(zhì)量可適當(dāng)降低，故子宮瘢痕處的網(wǎng)格劃分比較細(xì)，其他部分如子宮體和子宮頸采用完全一致的網(wǎng)格密度，如圖3所示。

Peariman等［8-9］和Wood［10］對(duì)人體子宮組織進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，獲得的子宮壁彈性模量在20．3～1379．0kPa。結(jié)合上述研究結(jié)果及子宮是一個(gè)肌性器官的特點(diǎn)設(shè)置彈性模量、泊松比、抗拉強(qiáng)度及密度。由于實(shí)驗(yàn)材料的限制，加之對(duì)于子宮瘢痕的生物力學(xué)性質(zhì)知之甚少，子宮瘢痕處數(shù)據(jù)根據(jù)人體肌肉數(shù)據(jù)［11］設(shè)定。子宮壁及子宮瘢痕處的生物力學(xué)性能參數(shù)最終的設(shè)置見表1。

模型驗(yàn)證:查閱資料［5］知，40周時(shí)子宮前壁上段厚度為5．0～15．0mm。研究中首先取子宮前壁上段厚度為10．0mm，子宮前壁下段和瘢痕處厚度設(shè)為3．0mm，獲得應(yīng)力分布圖，并應(yīng)用ANSYSworkbench分析最大應(yīng)力值。此后根據(jù)實(shí)際情況更改上述3個(gè)參數(shù)，獲得相應(yīng)的應(yīng)力分布圖。

固定子宮前壁上段厚度為10．0mm，子宮前壁下段和子宮瘢痕厚度均從1．0mm逐漸增至6．0mm，通過ANSYSworkbench分析得出一系列數(shù)據(jù)。固定子宮前壁下段和子宮瘢痕處厚度為3．0mm，改變子宮前壁上段的厚度(0～16．0mm)，得出一系列數(shù)據(jù)。所得數(shù)據(jù)代入Matlab進(jìn)行曲線擬合，獲得擬合方程，并繪制擬合曲線。

2 結(jié)果與討論

2．1 模型驗(yàn)證

子宮前壁上段厚度取10．0mm，子宮瘢痕處厚度取3．0mm時(shí)獲得的子宮應(yīng)力圖見圖4。由圖4知子宮瘢痕處的應(yīng)力最大，最大應(yīng)力值為512．5kPa，由表1知最大抗拉強(qiáng)度為500．0kPa。抗拉強(qiáng)度小于最大應(yīng)力，說明子宮瘢痕厚度為3．0mm時(shí)處于臨界狀態(tài)，有發(fā)生破裂的風(fēng)險(xiǎn)。查閱相關(guān)文獻(xiàn)［12-13］，普遍也以子宮瘢痕處厚度3．0mm為分界線，當(dāng)子宮瘢痕厚度大于3．0mm時(shí)，順產(chǎn)比較安全。模型分析結(jié)果與臨床實(shí)際相符，說明本模型具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。另外，改變模型參數(shù)獲得的應(yīng)力分布圖亦顯示子宮瘢痕處應(yīng)力最大。

2． 2 子宮瘢痕厚度與分娩時(shí)瘢痕處最大應(yīng)力的關(guān)系

固定子宮前壁上段厚度為10．0mm，子宮前壁下段和子宮瘢痕厚度均從1．0mm逐漸增至6．0mm，得到擬合方程:y=3．982e(－0．8636x)+0．183，x∈(0，6．0)，其中x代表子宮瘢痕厚度，y代表子宮瘢痕處的最大應(yīng)力，擬合曲線如圖5所示。從圖5可以看出子宮前壁上段厚度一定時(shí)，隨著子宮前壁下段和子宮瘢痕處厚度的增加，子宮瘢痕處受到的最大應(yīng)力逐漸減小;當(dāng)子宮瘢痕處的厚度≤3．0mm時(shí)，瘢痕處的最大應(yīng)力大于瘢痕的抗拉強(qiáng)度，子宮易發(fā)生破裂。

2． 3 子宮前壁上段厚度與分娩時(shí)子宮瘢痕處最大應(yīng)力的關(guān)系

固定子宮前壁下段和子宮瘢痕處厚度為3.0mm,改變子宮前壁上段的厚度,獲得擬合方程:y=0.5871+0.09415×cos(0.319x)-0.08958sin(0.319x),x∈(0,16.0),其中x代表子宮前壁上段的厚度,y代表子宮瘢痕處受到的最大應(yīng)力,擬合曲線如圖6所示?圖6顯示不同的子宮前壁上段厚度對(duì)子宮瘢痕處最大應(yīng)力的影響不同?子宮瘢痕厚度為3.0mm,子宮前壁上段厚度在4.5~10.0mm時(shí),選擇順產(chǎn)是比較安全的;當(dāng)子宮前壁上段厚度在其他范圍時(shí)選擇順產(chǎn)則并不安全;子宮瘢痕處受到的最大應(yīng)力隨著子宮前壁上段厚度的增加先減小后增大,其中子宮前壁上段厚度是7.0mm時(shí)子宮瘢痕處的應(yīng)力最小?

2． 4 小結(jié)

目前，實(shí)際臨床工作中并沒有有效地選擇分娩方式的方法，診斷主要依賴孕婦臨床表現(xiàn)及醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，缺乏直接的客觀依據(jù)，易造成誤診或漏診。大多數(shù)醫(yī)生將瘢痕處厚度3mm作為分界線［14］。本研究通過模型分析得出分娩時(shí)子宮瘢痕處的受力情況不僅與子宮瘢痕處厚度有關(guān)，還受到子宮前壁上段厚度的影響，子宮瘢痕處受到的最大應(yīng)力隨著子宮前壁上段厚度的增加會(huì)先減小后增大，以往將子宮瘢痕處厚度3mm作為分娩方式選擇的分界點(diǎn)并不準(zhǔn)確。

本研究提供了一種有效的有限元分析方法，雖然該模型包含了很多關(guān)于材料屬性和載荷的近似值，但計(jì)算結(jié)果與臨床實(shí)際相符，可為臨床選擇分娩方式提供參考。由于相關(guān)臨床數(shù)據(jù)有限，該模型尚有待進(jìn)一步驗(yàn)證和完善。