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1、膝关节生物力学,人工膝关节置换,一、膝关节功能解剖,股骨髁远端的骨性解剖,胫骨近端骨性解剖,膑 骨 骨 性 解 剖,前后交叉韧带胫骨平台处附着点,前交叉韧带在膝关节屈伸过程中的收缩、舒张情况,后交叉韧带在膝关节屈伸过程 中的收缩、舒张情况,髌骨血液供应（正位）,二、膝关节的生物力学,膝关节屈伸活动时其横轴不断变化，在股骨髁上形成一个“J”形曲线,传统的膝关节屈伸理论,正常步态周期,站立相占整个步态周期的6065%单足负重，完全伸直，呈现“锁扣”稳定,正常步态中膝关节的运动,沿膝关节横轴的屈伸活动 沿关节纵轴线的旋转活动,正常行走时膝关节为三维运动,膝关节旋转活动纵轴位置,日常生活膝关节活动度：
2、Kettelkamp1973,步行67 上台阶83 下台阶90 从椅子上站立93（105 最好）,髌骨关节的作用,提供伸膝力矩（膝关节最后15伸直） 完成扣锁机制 稳定膝关节,髌股关节的力学特点,膝关节屈伸过程中，髌股关节接触面的变化情况,膝关节设计： 股骨和胫骨几何学、动力学特征膝关节设计 手术： 冠状位下肢力线假体的内外翻角度 轴位线上的旋转力线确定股骨假体的旋转方向,膝关节假体设计及TKR中需要了解的问题,冠状面,临床描述：下肢机械轴通过膝关节中心（髋膝踝） 实际上连接髋、踝关节中心线常常通过膝关节内侧 股骨和胫骨的机械轴有1.3左右的内翻夹角胫骨的机械轴与解剖轴相同股骨的机械轴与股骨解
3、剖轴有约6的夹角,冠状位 下肢力线,轴位膝关节旋转定位,三、膝关节几何学对膝关节假体设计的意义,基于二维膝关节运动理论设计的限制型及半限制型假体,19501970年代,完全限制型（铰链式）膝假体,Walldius假体,Shiers假体,70年代以后,Cuepar 假体,（法国 1970年）,球心型假体 1973 美国Matthews和Kaufer,Sheehan 假体（爱尔兰人 1971）,主要根据股骨髁及胫骨平台的形状特征进行设计 对膝关节几何学的把握限于平面二维概念 较少考虑运动状态下的膝关节生物力学模式,早期假体：限制型假体为主,非限制型假体,双髁型假体 （保留PCL）,双髌型假体,Ho
4、spital of Special Surgery， 1973年,Freeman-Swanson膝假体（ 1970年）,第一个PCL切除型假体,几何型膝假体 （美国 Coventry）,解剖型膝假体,更接近膝关节解剖学特征设计的假体,考虑了膝关节的不对称性 力求接近膝关节的生理形状,PCA型 膝关节 假体,国产全髁型（TCP）膝假体,国产解剖型（PCA）膝假体,全髁型膝假体（TCP）1973年 美国 Insall,低接触应力膝假体（LCS）,旋转承重式膝假体,考虑了膝关节三维运动模式的膝关节假体,新一代膝关节假体,从模仿膝关节几何特征转向更多地考虑膝关节运动学特征 基于假体设计本身的膝关节运动
5、学、动力学设计,全髁型假体关节形合度好， 应力易从水平转成垂直,过度屈膝，平台与股骨后方骨皮质抵触， 影响进一步活动,平台后方平坦，屈膝时平台前移， 避免了平台后缘与股骨碰撞,四、关于PS及PR假体PCL Retaining and PCL Substitute,PR假体 PCL Retaining,支持者认为这种类型的假体可提高胫骨平台后侧的稳定性，可潜在地减少关节面上的应力向假体-骨界面间的传导，并理论上使患者术后获得一个正常的步态,关于PR型假体的动力学冲突,膝关节几何学特征使股骨髁在胫骨平台上的运 动与后交叉韧带所要求的运动不一致 要求单半径运动的PCL与多半径设计的股骨髁 关节面使股
6、骨髁在胫骨平台上的运动发生冲突 如果PCL使股骨髁后滚，而此时中凹型的胫骨 平台限制了股骨髁在其上的后滚运动，此时就 会发生后关节面的撞击现象并造成屈膝困难 OA病例，软骨退变后，90%的关节韧带均已发生 病理改变，失去完整的功能,保留PCL，平台假体后半部弧度过大会导致屈膝时出现后方撞击,翘翘板现象,PR假体的平衡,PCL的平衡标准： 膝关节在整个屈伸运动中PCL紧张度相等 12mm的切骨不当即会影像PCL的平衡 渐进松解 反复测试 松解时防止PCL完整性破坏 PCL断裂：改用PCL替代型假体 PCL的存在影响后关节囊的松解,PS假体,后关节囊松解方便 切骨可调范围大 术后膝关节活动度改善明
7、显 适用于畸形较重的膝关节 切骨量大,后稳定型膝假体 （Insall）,多半径及单半径膝假体膝关节屈伸比较,Scorpio膝关节任何屈曲状态均保持侧副韧带紧张度一致,传统的膝关节中度屈曲时侧副韧带松弛,Kink Angle(Albrecht),多半径设计单半径设计,Scorpio单半径膝假体,传统的多半径假体,Scorpio单半径假体,内外侧副韧带有浅深两层,内外侧副韧带止点并非一个点而是一个面,外侧副韧带附着点相对集中,内侧副韧带分布及屈伸时状态,外侧副韧带分布及屈伸时状态,五、TKR手术要点,膝关节置换时需要注意的关键问题,基于手术器械的截骨技术骨性对线及关节对位 基于韧带的平衡技术软组织
8、平衡技术,骨性对线的获得,充分理解下肢力线概念 术前详细了解膝关节畸形状态 了解手术器械 准确的切骨,冠状面对线的获得,股骨髁假体的旋转定位,CTA,PCA,外科轴,临床轴,不同作者测量的旋转轴线的位置,CTA PCA Berger 男4.7女5.2男3.5 女 0.3 Matsuda 6 Akagi 7.4 4.2 本组 男7女64左右 Berger认为，内上髁沟作为股骨假体的旋转定位较准确，重复性高,TKR手术中假体旋转角度的定位绝大多数股骨假体旋转定位以后髁线为准,TKR手术中假体旋转角度的定位,常规：后髁线外旋3（外科轴为0旋转） 本组结果建议：外旋4（注意个体差异，必要时术中或术后测
9、量） 如果以内外上髁临床轴为准，旋转角度宜适当减少（根据假体的类型选择） 前后轴与内外上髁临床轴基本垂直（1） 旋转对线范围不应超过临床轴与外科轴夹角范围（3-7）,股骨外髁发育不良后髁线定位不准确 内外上髁轴外旋3-5 股骨髁前后轴垂直于内外上髁轴,TKR手术可供旋转定位的轴线：后髁线内外上髁轴前后轴,股骨假体旋转角度 与髌骨轨迹,增加外旋角度可明显改善髌骨轨迹 国外：股骨假体外旋超出生理范围效果更好 减少髌骨周围软组织平衡导致的缺血等并发症,髌骨轨迹,髌骨的测试： No Thumb Test,膝内翻胫骨外旋 膝外翻胫骨内旋 股胫关节的接触应力 髌骨轨迹,胫骨平台旋转位置,软组织平衡技术,膝
10、关节解剖 手术经验 膝关节畸形程度,屈曲间隙平衡,Soft Tissue Balance in Flexion,伸直位间隙平衡,常规解剖轴面研究存在的问题及TKR手术的局限性,解剖平面与运动学平面并非吻合 膝关节内外髁并非平行运动 由于胫骨旋转其接触面也不对称 股骨内外髁长轴有夹角 TKR手术截骨改变了 膝关节的生理状态,韧带与轴线的关系（foreign literature）： 外侧副韧带（LCL）前交叉韧带ACL 内侧副韧带（MCL）后交叉韧带PCL,LCL,ACL,PCL,MCL,解剖平面研究中的膝关节不对称性,下肢力线不通过膝关节中心固有偏距 股骨髁外翻角、膝关节外翻角 胫骨平台内翻角、后倾角 伸膝装置及Q角 股骨前倾角、颈干角 传导负荷，参与活动，保存动量，提供力偶,谢谢,