膝关节生物力学与人工膝关节置换

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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60~65%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

2、膝关节活动度：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、.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剖轴有约6的夹角0°TKR参照标准冠状位下肢力线下肢力线通过膝关节内侧3°内倾实际力线6°轴位膝关节旋转定位CTAPCA外科轴临床轴CTAPCA外科轴(钻孔线)临床轴前后轴三、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1950～1970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KauferSheehan假体（爱尔兰人

4、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HospitalofSpecialSurgery，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（T

5、CP）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PCLRetainingandPCLSubstitutePR假体PCLRetaining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

6、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

7、衡标准：膝关节在整个屈伸运动中PCL紧张度相等1－2mm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KinkAngle(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S

8、corpio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