Three-dimensional modeling of the pelvic floor by the finite element method: current status and prospects

Klyushnikov I.D.; Popov A.A.; Shchukina A.S.; Fedorina S.I.; Nesen G.V.

doi:https://doi.org/10.17116/rosakush20252504129

Клюшников И.Д.

ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский институт акушерства и гинекологии им. акад. В.И. Краснопольского» Минздрава Московской области

ORCID: 0000-0002-6327-5971

Попов А.А.

ГБУЗ Московской области «Московский областной научно-исследовательский институт акушерства и гинекологии им. акад. В.И. Краснопольского» Минздрава Московской области

ORCID: 0000-0001-8734-1673

Щукина А.С.

ORCID: 0009-0004-8499-4344

Федорина С.И.

ORCID: 0009-0003-4673-3664

Несен Г.В.

ORCID: 0009-0006-5869-1678

Трехмерное моделирование тазового дна методом конечных элементов: текущий статус и перспективы

Авторы:

Клюшников И.Д., Попов А.А., Щукина А.С., Федорина С.И., Несен Г.В.

Подробнее об авторах

Журнал: Российский вестник акушера-гинеколога. 2025;25(4): 29‑36

DOI: 10.17116/rosakush20252504129

Прочитано: 735 раз

Связаться с автором

Оглавление

Как цитировать:

Клюшников И.Д., Попов А.А., Щукина А.С., Федорина С.И., Несен Г.В. Трехмерное моделирование тазового дна методом конечных элементов: текущий статус и перспективы. Российский вестник акушера-гинеколога. 2025;25(4):29‑36.
Klyushnikov ID, Popov AA, Shchukina AS, Fedorina SI, Nesen GV. Three-dimensional modeling of the pelvic floor by the finite element method: current status and prospects. Russian Bulletin of Obstetrician-Gynecologist. 2025;25(4):29‑36. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/rosakush20252504129

Подписка 2026 Российский вестник акушера-гинеколога (Russian Bulletin of Obstetrician-Gynecologist)

Использование инфографики авторами научных работ

Рекомендуем статьи по данной теме:

Рецидивы после оперативного лечения пролапса тазовых органов у женщин с дисплазией соединительной ткани. Российский вестник акушера-гинеколога. 2025;(2):93-97

Особенности пролапсов тазовых органов в пожилом возрасте. Российский вестник акушера-гинеколога. 2025;(3):41-49

Использование ксеногенных биоматериалов в гинекологической практике коррекции пролапса тазовых органов. Российский вестник акушера-гинеколога. 2025;(3):50-56

«Классическая» сакрокольпопексия как метод хирургической коррекции апикального пролапса гениталий. Российский вестник акушера-гинеколога. 2025;(5):92-97

Возможности хирургической коррекции атипичных форм пролапса тазовых органов. Эндоскопическая хирургия. 2025;(2):35-42

Конечно-элементное моделирование влияния солнечной радиации на охлаждение трупа. Судебно-медицинская экспертиза. 2025;(2):31-36

Резюме / Abstract:

Современное понимание проблемы пролапса тазовых органов (ПТО) и недержания мочи базируется на клинико-инструментальных исследованиях, большинство из которых опубликовано 20—30 лет назад. В своем текущем виде дальнейшее ее изучение сталкивается с методологическими и этическими препятствиями. Благодаря широкому развитию неинвазивной диагностики и внедрению компьютерных технологий в медицинскую отрасль стал возможным машинный анализ методом конечных элементов (МКЭ), позволяющий составлять симуляционные модели органов и тканей. В последние годы данный метод нашел применение в изучении патологических состояний тазового дна. Настоящая публикация является обзором данных литературы, посвященных изучению этиопатогенеза ПТО и недержания мочи, а также их хирургической коррекции с применением МКЭ.

Ключевые слова / Keywords:

метод конечных элементов

недержание мочи

пролапс тазовых органов

Авторы / Authors:

Клюшников И.Д.

ORCID: 0000-0002-6327-5971

Попов А.А.

ORCID: 0000-0001-8734-1673

Щукина А.С.

ORCID: 0009-0004-8499-4344

Федорина С.И.

ORCID: 0009-0003-4673-3664

Несен Г.В.

ORCID: 0009-0006-5869-1678

Дата поступления:

19.09.2024

Дата принятия в печать:

15.10.2024

Закрыть метаданные

Литература / References:

Peinado-Molina RA, Hernández-Martínez A, Martínez-Vázquez S, Rodríguez-Almagro J, Martínez-Galiano JM. Pelvic floor dysfunction: prevalence and associated factors. BMC Public Health. 2023;23:1:2005. https://doi.org/10.1186/s12889-023-16901-3
Lamblin G, Mayeur O, Giraudet G, Jean Dit Gautier E, Chene G, Brieu M, Rubod C, Cosson M. Pathophysiological aspects of cystocele with a 3D finite elements model. Arch Gynecol Obstet. 2016;294:5:983-989. https://doi.org/10.1007/s00404-016-4150-6
Wilkins MF, Wu JM. Lifetime risk of surgery for stress urinary incontinence or pelvic organ prolapse. Minerva Ginecol. 2017; 69:2:171-177. https://doi.org/10.23736/S0026-4784.16.04011-9
Буянова С.Н., Федорина С.И., Петракова С.А., Глебов Т.А., Клюшников И.Д., Брыляева А.Е. Пролапс тазовых органов у женщин молодого возраста. Российский вестник акушера-гинеколога. 2023;23:6-2:142-148. https://doi.org/10.17116/rosakush202323062142
DeLancey JO. Anatomic aspects of vaginal eversion after hysterectomy. Am J Obstet Gynecol. 1992;166:6 Pt 1:1717-1724; discussion 1724-1728. https://doi.org/10.1016/0002-9378(92)91562-o
Petros PE, Woodman PJ. The Integral theory of continence. Int Urogynecol J Pelvic Floor Dysfunct. 2008;19:1:35-40. https://doi.org/10.1007/s00192-007-0475-9
Segev Y, Auslender R, Feiner B, Lissak A, Lavie O, Abramov Y. Are women with pelvic organ prolapse at a higher risk of developing hernias? Int Urogynecol J Pelvic Floor Dysfunct. 2009; 20:12:1451-1453. https://doi.org/10.1007/s00192-009-0968-9
Lince SL, van Kempen LC, Vierhout ME, Kluivers KB. A systematic review of clinical studies on hereditary factors in pelvic organ prolapse. Int Urogynecol J. 2012;23:10:1327-1336. https://doi.org/10.1007/s00192-012-1704-4
Albertazzi P, Sharma S. Urogenital effects of selective estrogen receptor modulators: a systematic review. Climacteric. 2005; 8:3:214-220. https://doi.org/10.1080/13697130500117946
Vermeulen CKM, Veen J, Adang C, van Leijsen SAL, Coolen AWM, Bongers MY. Pelvic organ prolapse after laparoscopic hysterectomy compared with vaginal hysterectomy: the POP-UP study. Int Urogynecol J. 2021;32:4:841-850. https://doi.org/10.1007/s00192-020-04591-z
Martins P, Lopes Silva-Filho A, Rodrigues Maciel da Fonseca AM, Santos A, Santos L, Mascarenhas T, Natal Jorge RM, Ferreira AJ. Biomechanical properties of vaginal tissue in women with pelvic organ prolapse. Gynecol Obstet Invest. 2013;75:2:85-92. https://doi.org/10.1159/000343230
Chen J, Zhang J, Yu C. A 3D finite element model of uterus support to evaluate mechanisms underlying uterine prolapse formation. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 2023;26:15:1930-1939. https://doi.org/10.1080/10255842.2022.2159759
Noakes KF, Pullan AJ, Bissett IP, Cheng LK. Subject specific finite elasticity simulations of the pelvic floor. J Biomech. 2008; 41:14:3060-3065. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2008.06.037
Tarala M, Janssen D, Telka A, Waanders D, Verdonschot N. Experimental versus computational analysis of micromotions at the implant-bone interface. Proc Inst Mech Eng H. 2011;225:1:8-15. https://doi.org/10.1243/09544119JEIM825
Welch-Phillips A, Gibbons D, Ahern DP, Butler JS. What is finite element analysis? Clin Spine Surg. 2020;33:8:323-324. https://doi.org/10.1097/BSD.0000000000001050
Top A, Hamarneh G, Abugharbieh R. Active learning for interactive 3D image segmentation. Med Image Comput Comput Assist Interv. 2011;14:Pt 3:603-610. https://doi.org/10.1007/978-3-642-23626-6_74
Шмурак М.И., Кучумов А.Г., Воронова Н.О. Анализ гиперупругих моделей для описания поведения мягких тканей организма человека. Master’s Journal. 2017;1:230-243.
Donaldson K, Huntington A, De Vita R. Mechanics of Uterosacral Ligaments: Current Knowledge, Existing Gaps, and Future Directions. Ann Biomed Eng. 2021;49:8:1788-1804. https://doi.org/10.1007/s10439-021-02755-6
Ulrich D, Edwards SL, Su K, White JF, Ramshaw JA, Jenkin G, Deprest J, Rosamilia A, Werkmeister JA, Gargett CE. Influence of reproductive status on tissue composition and biomechanical properties of ovine vagina. PLoS One. 2014;9:4:e93172. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0093172
Orbach DN, Rattan S, Hogan M, Crosby AJ, Brennan PLR. Biomechanical properties of female dolphin reproductive tissue. Acta Biomater. 2019;86:117-124. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2019.01.012
Egorov V, van Raalte H, Lucente V. Quantifying vaginal tissue elasticity under normal and prolapse conditions by tactile imaging. Int Urogynecol J. 2012;23:4:459-466. https://doi.org/10.1007/s00192-011-1592-z
Lallemant M, Vega A, Chambert J, Jacquet E, Ramanah R. Biomechanical interests of supra-cervical hysterectomy with sacrocolpopexy: first study using finite element modeling. Int Urogynecol J. 2021;32:6:1599-1602. https://doi.org/10.1007/s00192-020-04664-z
Li D, Guo M. Morphology of the levator ani muscle. Dis Colon Rectum. 2007;50:1831-1839. https://doi.org/10.1007/s10350-007-0265-y
Krofta L, Havelková L, Urbánková I, Krčmář M, Hynčík L, Feyereisl J. Finite element model focused on stress distribution in the levator ani muscle during vaginal delivery. Int Urogynecol J. 2017;28:2:275-284. https://doi.org/10.1007/s00192-016-3126-1
Martins JA, Pato MP, Pires EB, Jorge RM, Parente M, Mascarenhas T. Finite element studies of the deformation of the pelvic floor. Ann N Y Acad Sci. 2007;1101:316-334. https://doi.org/10.1196/annals.1389.019
Janda S, van der Helm FC, de Blok SB. Measuring morphological parameters of the pelvic floor for finite element modelling purposes. J Biomech. 2003;36:6:749-757. https://doi.org/10.1016/s0021-9290(03)00008-3
Lee SL, Tan E, Khullar V, Gedroyc W, Darzi A, Yang GZ. Physical-based statistical shape modeling of the levator ani. IEEE Trans Med Imaging. 2009;28:6:926-936. https://doi.org/10.1109/TMI.2009.2012894
Hoyte L, Schierlitz L, Zou K, Flesh G, Fielding JR. Two- and 3-dimensional MRI comparison of levator ani structure, volume, and integrity in women with stress incontinence and prolapse. Am J Obstet Gynecol. 2001;185:1:11-19. https://doi.org/10.1067/mob.2001.116365
Giraudet G, Patrouix L, Fontaine C, Demondion X, Cosson M, Rubod C. Three dimensional model of the female perineum and pelvic floor muscles. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 2018; 226:1-6. https://doi.org/10.1016/j.ejogrb.2018.05.011
Cechova H, Kalis V, Havelkova L, Rusavy Z, Fiala P, Rybarova M, Hyncik L, Krofta L, Ismail KM. Finite element modeling of maximum stress in pelvic floor structures during the head expulsion (FINESSE) study. Int Urogynecol J. 2021;32:7:1997-2003. https://doi.org/10.1007/s00192-021-04769-z
Xuan R, Yang M, Gao Y, Ren S, Li J, Yang Z, Song Y, Huang XH, Teo EC, Zhu J, Gu Y. A Simulation analysis of maternal pelvic floor muscle. Int J Environ Res Public Health. 2021;18:20:10821. https://doi.org/10.3390/ijerph182010821
Moura R, Oliveira DA, Parente MPL, Kimmich N, Natal Jorge RM. A biomechanical perspective on perineal injuries during childbirth. Comput Methods Programs Biomed. 2024;243:107874. https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2023.107874
Luo J, Smith TM, Ashton-Miller JA, DeLancey JO. In vivo properties of uterine suspensory tissue in pelvic organ prolapse. J Biomech Eng. 2014;136:2:021016. https://doi.org/10.1115/1.4026159
Lewicky-Gaupp C, Yousuf A, Larson KA, Fenner DE, Delancey JO. Structural position of the posterior vagina and pelvic floor in women with and without posterior vaginal prolapse. Am J Obstet Gynecol. 2010;202:5:497.e1-6. https://doi.org/10.1016/j.ajog.2010.01.001
Milani R, Salvatore S, Soligo M, Pifarotti P, Meschia M, Cortese M. Functional and anatomical outcome of anterior and posterior vaginal prolapse repair with prolene mesh. BJOG. 2005; 112:1:107-111. https://doi.org/10.1111/j.1471-0528.2004.00332.x
Клюшников И.Д., Попов А.А., Еникеев М.Э., Снурницына О.В., Федоров А.А., Коваль А.А., Тюрина С.С., Бабаева С.А. Хирургическая коррекция переднеапикального пролапса гениталий с позиции оперативного доступа. Российский вестник акушера-гинеколога. 2023;23:3:85-91. https://doi.org/10.17116/rosakush20232303185
Lecomte-Grosbras P, Diallo MN, Witz JF, Marchal D, Dequidt J, Cotin S, Cosson M, Duriez C, Brieu M. Towards a better understanding of pelvic system disorders using numerical simulation. Med Image Comput Assist Interv. 2013;16:Pt 3:307-314. https://doi.org/10.1007/978-3-642-40760-4_39
Mayeur O, Lamblin G, Lecomte-Grosbras P, Brieu M, Rubod C, & Cosson M. FE Simulation for the understanding of the median cystocele prolapse occurrence. Lecture Notes in Computer Science. 2014;220-227. https://doi.org/10.1007/978-3-319-12057-7_25
Liu X, Rong Q, Liu Y, Wang J, Xie B, Ren S. Relationship between high intra-abdominal pressure and compliance of the pelvic floor support system in women without pelvic organ prolapse: a finite element analysis. Front Med. 2022;9:820016. https://doi.org/10.3389/fmed.2022.820016
Chen J, Zhang J, Wang F. A finite element analysis of different postures and intra-abdominal pressures for the uterine ligaments in maintaining the normal position of uterus. Sci Rep. 2023;13:1:5082. https://doi.org/10.1038/s41598-023-32368-z
Xu Z, Chen N, Wang B, Yang J, Liu H, Zhang X, Li Y, Liu L, Wu Y. Creation of the biomechanical finite element model of female pelvic floor supporting structure based on thin-sectional high-resolution anatomical images. J Biomech. 2023;146:111399. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2022.111399
Ashton-Miller JA, DeLancey JO. Functional anatomy of the female pelvic floor. Ann N Y Acad Sci. 2007;1101:266-296. https://doi.org/10.1196/annals.1389.034
Del Vescovo R, Piccolo CL, Della Vecchia N, Giurazza F, Cazzato RL, Grasso RF, Zobel BB. MRI role in morphological and functional assessment of the levator ani muscle: use in patients affected by stress urinary incontinence (SUI) before and after pelvic floor rehabilitation. Eur J Radiol. 2014;83:3:479-486. https://doi.org/10.1016/j.ejrad.2013.11.021
Sendag F, Vidinli H, Kazandi M, Itil IM, Askar N, Vidinli B, Pourbagher A. Role of perineal sonography in the evaluation of patients with stress urinary incontinence. Aust N Z J Obstet Gynaecol. 2003;43:1:54-57. https://doi.org/10.1046/j.0004-8666.2003.00012.x
Zhang Y, Kim S, Erdman AG, Roberts KP, Timm GW. Feasibility of using a computer modeling approach to study SUI Induced by landing a jump. Ann Biomed Eng. 2009;37:7:1425-1433. https://doi.org/10.1007/s10439-009-9705-2
Peng Y, Khavari R, Nakib NA, Boone TB, Zhang Y. Assessment of urethral support using MRI-derived computational modeling of the female pelvis. Int Urogynecol J. 2016;27:2:205-212. https://doi.org/10.1007/s00192-015-2804-8
Dias N, Peng Y, Khavari R, Nakib NA, Sweet RM, Timm GW, Erdman AG, Boone TB, Zhang Y. Pelvic floor dynamics during high-impact athletic activities: A computational modeling study. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2017;41:20-27. https://doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2016.11.003
Noblett KL, Jensen JK, Ostergard DR. The relationship of body mass index to intra-abdominal pressure as measured by multichannel cystometry. Int Urogynecol J Pelvic Floor Dysfunct. 1997; 8:6:323-326. https://doi.org/10.1007/BF02765589
Chanda A, Unnikrishnan V, Richter HE, Lockhart ME. A biofidelic computational model of the female pelvic system to understand effect of bladder fill and progressive vaginal tissue stiffening due to prolapse on anterior vaginal wall. Int J Numer Method Biomed Eng. 2016;32:11. https://doi.org/10.1002/cnm.2767
Silva MET, Bessa JNM, Parente MPL, Mascarenhas T, Natal Jorge RM, Fernandes AA. Effect of mesh anchoring technique in uterine prolapse repair surgery: A finite element analysis. J Biomech. 2021;127:110649. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2021.110649
Silva MET, Bessa JNM, Rynkevic R, Parente MPL, Saraiva MT, Natal Jorge RM, Fernandes AA. Simulation of vaginal uterosacral ligament suspension damage, mimicking a mesh-augmented apical prolapse repair. Proc Inst Mech Eng H. 2022:9544119221074567. https://doi.org/10.1177/09544119221074567
Jeanditgautier E, Mayeur O, Brieu M, Lamblin G, Rubod C, Cosson M. Mobility and stress analysis of different surgical simulations during a sacral colpopexy, using a finite element model of the pelvic system. Int Urogynecol J. 2016;27:6:951-957. https://doi.org/10.1007/s00192-015-2917-0
Silva MET, Brandão S, Parente MP, Mascarenhas T, Natal Jorge RM. Establishing the biomechanical properties of the pelvic soft tissues through an inverse finite element analysis using magnetic resonance imaging. Proc Inst Mech Eng H. 2016;230:4:298-309. https://doi.org/10.1177/0954411916630571
Silva MET, Parente MPL, Brandão S, Mascarenhas T, Natal Jorge RM. Characterization of the passive and active material parameters of the pubovisceralis muscle using an inverse numerical method. J Biomech. 2018;71:100-110. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2018.01.033
Zhang Y, Bajaj C, Sohn BS. 3D Finite element meshing from imaging data. Comput Methods Appl Mech Eng. 2005;194:48-49:5083-5106. https://doi.org/10.1016/j.cma.2004.11.026
Zijta FM, Froeling M, van der Paardt MP, Lakeman MM, Bipat S, van Swijndregt AD, Strijkers GJ, Nederveen AJ, Stoker J. Feasibility of diffusion tensor imaging (DTI) with fibre tractography of the normal female pelvic floor. Eur Radiol. 2011;21:6:1243-1249. https://doi.org/10.1007/s00330-010-2044-8
Rousset P, Delmas V, Buy JN, Rahmouni A, Vadrot D, Deux JF. In vivo visualization of the levator ani muscle subdivisions using MR fiber tractography with diffusion tensor imaging. J Anat. 2012;221:3:221-228. https://doi.org/10.1111/j.1469-7580.2012.01538.x
Voorham-van der Zalm PJ, Voorham JC, van den Bos TW, Ouwerkerk TJ, Putter H, Wasser MN, Webb A, DeRuiter MC, Pelger RC. Reliability and differentiation of pelvic floor muscle electromyography measurements in healthy volunteers using a new device: the Multiple Array Probe Leiden (MAPLe). Neurourol Urodyn. 2013;32:4:341-348. https://doi.org/10.1002/nau.22311