人工尿道括約筋と尿道管の相互作用現象のバイオメカニクス的解析

Biomechanical analysis of the interaction phenomena between artificial urinary sphincter and urethral duct.

• Arturo N Natali
• Chiara G Fontanella
• Emanuele L Carniel

抄録

男性の尿失禁は、悲惨なQOL（生活の質）につながる医療上の問題として広く知られています。人工尿道括約筋（AUS）は、成人男性の主に尿道の周囲に挿入される装置であり、排尿時には尿道括約筋の閉鎖を行い、排尿時には開放して排尿を可能にすることで尿道括約筋を模倣している。AUSカフと尿道管の間に発生する相互作用現象は、AUSの信頼性や耐久性を検討する上での基本的な問題であり、本研究では、AUSカフと尿道管の間に発生する相互作用現象を計算機を用いて解析した。本研究では、計算機を用いて尿道管とAUS装置の間に生じる相互作用現象の力学的解明を行った。尿道組織を対象とした実験研究を行い、尿道管全体の構造試験を実施して、機械的特性の定義に必要な多くの情報を取得した。AUSカフの機械的挙動は、機械的および物理化学的手順を用いて研究されています。また、数値モデルを定義するために、CT(コンピュータ断層撮影)技術を用いてカフの形状を取得した。また、尿道管とAUSカフとの相互作用における尿道管の力学的応答を評価するための数値解析を行い、尿道管が尿失禁を維持するための管腔閉塞過程を考慮した解析を行った。最後に、尿道組織内の圧縮応力とひずみ場を調査することで、装置の性能と信頼性を明らかにし、手術との相関関係を明らかにした。

Male urinary incontinence is a widespread healthcare problem, leading to a miserable quality of life. Artificial urinary sphincter (AUS) is a device inserted mostly around the urethra in adult males, which mimics the urinary sphincter by providing a closure during urinary storage and a subsequent open to permit voiding. The interaction phenomena occurring between AUS cuff and urethral duct represent a fundamental problem in the investigation of AUS reliability and durability. In this work, computational methods are exploited to deeply investigate the mechanics of interaction phenomena occurring between urethral duct and AUS device. Experimental studies are performed on urethral tissues, and structural tests are carried out on the overall urethral duct to obtain a large set of information required for mechanical properties definition. The mechanical behavior of AUS cuff is investigated using mechanical and physicochemical procedures. The cuff conformation is acquired by computed tomography techniques for the definition of the numerical model. Numerical analyses are developed to evaluate the mechanical response of urethral duct in interaction with AUS cuff, considering the lumen occlusion process for maintaining urinary continence. Finally, the investigation of the compressive stress and strain fields within urethral tissues allows the identification of device performance and reliability in correlation with surgical practice.

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