尿道組織変性を考慮した下部尿路と人工尿道括約筋の相互作用現象の検討

Investigation of interaction phenomena between lower urinary tract and artificial urinary sphincter in consideration of urethral tissues degeneration.

• Arturo Nicola Natali
• Emanuele Luigi Carniel
• Chiara Giulia Fontanella

抄録

下部尿路機能障害とは、下部尿路（LUT）に関連する症状とそれに伴う失禁のことである。人工尿道括約筋（AUS）は、主に男性を対象に、尿道閉塞を介して圧力負荷をかけて導尿状態を得るために採用されており、その多くは経験的なアプローチに基づいて行われている。また、高齢者の手術が多いことを考慮し、加齢に伴う組織の劣化についても検討する必要がある。本研究では、LUT構造とAUSシステムの計算モデルを設計し、組織の機械的刺激と変性現象の相互作用を評価した。また、組織学的・形態学的データとしての生体画像をもとに、LUTの仮想ソリッドモデルを開発しました。これまでの研究では、生体画像を基にして、組織学的・形態学的なデータを基にしたLUTの仮想ソリッドモデルを開発し、セグメンテーション手法を用いて三次元再構成を行い、その後の離散化手法を用いて有限要素モデルを構築しました。これに伴い、代表的なAUSデバイスの有限要素モデルを開発した。数値解析により、AUSとLUTの相互作用現象を解析した。尿管内圧力とAUSの作用、及び尿道組織の特性を変化させながら、異なる条件で検討を行った。特に組織パラメータに注目し、加齢や病態による組織の変性の影響を評価することを目的とした。

Lower urinary tract dysfunction pertains to symptoms related to the lower urinary tract (LUT), with consequent incontinence. Artificial urinary sphincters (AUS) are adopted to obtain continence conditions, mainly in male subjects, via urethral occlusion by applying pressure load, mostly operating on the basis of an empirical approach. Considering the frequent access of elderly patients to this surgical practice, tissue degradation related to aging phenomena must be investigated. Computational models of the LUT structures and the AUS systems have been designed to evaluate tissues mechanical stimulation and degenerative phenomena for reciprocal interaction. Virtual solid models of the LUT have been developed starting from biomedical images, as histological/morphometrical data. Segmentation procedures have been exploited to provide the three-dimensional reconstruction, and subsequent discretization techniques led to the finite element model. Contemporarily, a finite element model of a typical AUS device was developed. Numerical analyses have been performed to analyze interaction phenomena between AUS and LUT. Different conditions were investigated, modifying both loading conditions, as intraluminal pressure and AUS action, and urethral tissues properties. Particular attention was devoted to tissues parameters, aiming to evaluate the influence of tissues degeneration because of aging and/or pathologies.