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人工膝关节置换术手册（强生企业）全膝关节置换第一节 膝关节解剖概要和生物力学特点一、膝关节组成(一)骨性结构膝关节由股骨远端、胫骨近端和髌骨共同组成，其中髌骨和股骨滑车组成髌股关节，股骨内、外髁和胫骨内，外髁分别组成内、外侧胫股关节。在关节分类上，膝关节是滑膜关节(synovial joint)。髌骨是人体内最大籽骨，它和股四头肌、髌腱共同组成伸肌装置(extensor apparatus)。蘸骨厚度约23cm，其中关节软骨最厚处可达5mm。髂骨后表面上3/4为关节面，由纵向中央嵴、内侧峭分为外侧关节面、内侧关节面和奇面或称第3面(theoddfacetthirdfacet)；内、外侧关节面又被两条横嵴划分为上、中、下三部分，故累计有七个关节面。髌骨后表面下1/4在关节外，是髌腱附着点。股骨远端前部称为滑车(trochlea)，其正中有一前后方向切迹将之分为内、外两部分，滑车切迹向后延伸为髁间切迹(intercondylar notchICN)，向前上延伸止于滑车上隐窝。股骨远端后部为股骨髁(femoral condylars)，由ICN分为股骨内髁和股骨外髁，分别和内、外滑车相延续，组成凸起股骨关节面。从侧面观，股骨外髁弧度大于内髁且较内髁更突前，而内髁比外髁愈加向后延伸。参与组成膝关节胫骨平台并非绝对水平，而是在一定程度上呈由前向后逐步下降趋势，即所谓胫骨平台后倾角。胫骨平台中央有一前一后两个髁间棘，其周围为半月板和交叉韧带附着处。外侧胫骨关节面前l/3为一逐步上升凹面，以后2/3则呈逐步下降凹面。内侧胫骨关节面则呈一个碗形凹陷。如此，凸起股骨关节面和凹陷胫骨关节面相互吻合，使膝关节得以在矢状面上作伸屈活动；然而外侧胫骨关节面特征性凹陷结构又使得外侧胫股关节面并非完全吻合，从而许可膝关节在水平面上有一定旋转活动。而且膝关节伸屈活动也不是同轴运动而是含有多个瞬时活动中心运动。所以，在结构上膝关节是一个不完全绞链式关节(incongruent or modified hinge joint)：正常膝关节含有约135屈曲和5-10过伸活动范围，在水平轴面上向内、外有约3旋转活动范围，另外，尚存在前后和侧向小范围活动。(二)半月板解剖半月板是关节内唯一没有滑膜覆盖组织，其冠状断面呈三角形结构，可概括为“三面一缘”：和股骨髁相关上表面，和胫骨平台相关下表面，借冠状韧带和关节囊、胫骨平台相连周围面(又称半月板壁或半月板边缘)及关节腔内凹形游离缘。除冠状韧带外，半月板前后角借纤维组织连接固定于髁间棘周围。不仅如此，在前部半月板借半月板髌韧带和髌骨相连，故伸肌装置可惜此调整半月板在关节前部活动：在后部半月板分别借纤维组织和半膜肌、腘肌相连，使二者得以调整内、外侧半月板在关节后部活动。在组织学上半月板是一个纤维软骨组织，由三组纤维交织组成：水平纤维呈前后走行组成半月板主体，直纤维和斜纤维连接上下表面，放射状纤维连接半月板壁和游离缘。外侧半月板为2/3环形。前角后角大小相当。半月板周围面和关节囊紧密结合在后部为肌腱所打断，井在后关节囊上形成腘肌裂孔(popliteal hiatus)。外侧半月板后角稳定和活动由半月板股骨后韧带和胴肌提供；半月板股骨后韧带即板股后韧带(posterior meniscal femoral ligamentPMFL)，又称第三交叉韧带，从外侧半月板后角发出，经后交叉韧带前面或后面，止于股骨内髁外侧面。在前面者又称Humphrey韧带，在后面者又称为Wrisberg韧带。板股韧带出现率在不一样文件中汇报不一，其解剖变异可造成半月板过分活动。腘肌则起干胫骨后面，其向前、外、上方走行，穿腘肌裂孔变成腘肌腱，止于股骨外上髁下前方。内侧半月板呈半月形，其前角小而薄，后角则厚而重。内侧半月板和关节囊结合紧密无中止。其后角借纤维组织和半膜肌直头相连，故有一定活动度。(三)交叉韧带解剖在膝关节中心，股骨内外髁和胫骨之间前、后交叉韧带是维持膝关节稳定最关键和最坚强韧带结构。前交叉韧带(ACL)在膝关节完全伸直时担心而于关节屈曲时松驰，其作用在于预防股骨向后脱位、胫骨向前脱位及膝关节过分伸直和过分旋转。后交叉韧带(PCL)则伴随膝关节屈曲而逐步担心，它有利于预防股骨向前脱位、胫骨向后脱位和膝关节过分屈曲。前交叉韧带起于胫骨平台内侧髁间嵴前方、近内侧半月板前角周围关节面，向外、上、后走行，止于股骨外髁内侧面。前交叉韧带由多组纤维束组成，走行过程中有一定程度扭转，胫骨附着点处在前方纤维在股骨附着点处转为内侧纤维。成人前交叉韧带长度约38mm，宽度约11mm，后交叉韧带长度和前交叉韧带相同，宽度约13mm，是膝关节内最强大韧带结构。后交叉韧带起于胫骨平台髁间区后部近胫骨骺线处，其向内、上、前方延伸，止于股骨内髁外侧骨面前部。和前交叉韧带相同，其走行过程中亦有一定程度扭转：在胫骨附着点后部纤维在股骨附着点处转为外侧纤维。(四)侧副韧带解剖膝关节内侧、外侧分别有内侧副韧带和外侧副韧带，又称胫侧副韧带和腓侧副韧带，内侧副韧带分为浅深两层，浅层由前部平行纤维和后部斜行纤维组成，它上起股骨内上髁，向下向前止于胫骨内侧，平行纤维宽约15cm，向后和半膜肌直头交织延伸为内侧副韧带浅层斜行纤维。内侧膝关节囊走行于内侧副韧带浅层深面时增厚成为深层内侧副韧带，并和浅层之间形成滑囊以利于活动。充足伸膝时，内侧副韧带浅层平行纤维、斜行纤维担心而利于关节稳定：屈膝时，浅层斜行韧带形成一松驰囊带而平行纤维担心并在深层韧带表面向后推移盖过深层韧带从而保持关节稳定。内侧副韧带作用还在于能控制胫骨在股骨上外旋。外侧副韧带在膝关节外侧后1/3，可分为长、短二头，长头起自股骨外上髁，短头起自豌豆骨(fabella)，同上于腓骨茎突。充足伸膝时外侧副韧带绷紧，屈曲时则有松驰趋势。在膝关节伸屈活动中，伴伴随胫骨旋转而引发外侧副韧带松驰关键经过股二头肌围绕于其周围腱纤维保持连续性张力，从而维持关节稳定性。外侧结构稳定由外侧副韧带、股二头肌、髂胫束共同维持。(五)脂肪垫脂肪垫，即髌下脂肪垫是一团局限于髌骨下方、髌韧带后方、胫骨平台前部之间脂肪组织，其表面被滑膜覆盖而和关节腔隔离。脂肪垫在髌骨下半边缘处始向两侧延伸形成翼状皱襞或翼状韧带(alar fold，alar ligament)。脂肪垫还由正中部向后延伸至髁间切迹，形成条索状髌下皱襞(infrapatellar fold)，有时可达前交叉韧带股骨止点周围，矢状面观呈斜向后上走行(六)滑膜、滑膜皱襞和滑膜囊膝关节滑膜腔是人体最大滑膜腔，关节内多数无血管组织依靠关节滑膜分泌滑液取得营养。滑膜腔上方延伸至髌骨上约5cm，形成髌上囊，向下延伸至股四头肌腱膜后，周围覆盖在股骨髁表面，向两侧形成内、外侧沟或内、外侧隐窝，向远侧延伸和半月板连接，再向下覆盖胫骨平白缘，直到关节软骨，在前下方滑膜覆盖髌下脂肪垫并于两侧向中央延伸至髁间窝，形成翼状皱襞即所谓粘膜韧带。前、后交叉韧带均被滑膜包裹，而且外侧半月板外后方腘肌腱和腘肌裂孔也被滑膜所覆盖。在正常膝关节内，能够存在若干发育残留滑膜皱襞(Plica)，常见有髌上内侧或外侧滑膜皱襞，另一个相关键临床意义滑膜皱襞是由髂内上滑膜皱襞向下延伸至髌下脂肪垫滑膜上方滑膜皱襞，即所谓髌内侧皱襞或棚架(Shelf)，此皱襞可占正常膝关节20%或更多。膝关节周围还有着大大小小很多滑膜囊，其中关键包含在髌骨上方、股四头肌和股骨滑车陷窝之间髌上囊，在皮肤和髌骨前面之间髌前滑囊及皮肤和胫骨结节之间髂下滑囊。二、和膝关节置换术相关解剖特点(一)下肢对线正确地了解和建立正确下肢对线是人工膝关节置换术最基础也是最关键概念。胫股角是股骨解剖轴线和胫骨解剖轴线在膝关节中心相交形成向外侧夹角，此夹角平均为174。在正常生理情况下，当人体站立位时，股骨头中心、膝关节中心及踝关节中心应处干同一条直线，此直线即为下肢力学轴线或称机械轴(mechanical axis)：且此时经膝关节平面水平轴(transverse axis)则应和地面相平行。经股骨干股骨解剖轴和上述下肢机械轴在膝关节中心相交形成平均约为6外翻角，依据股骨颈干角和股骨颈及股骨干长度不一样，此角度可能会有改变。正确地认识和了解股骨解剖轴和下肢机械轴及其角度意义对于在膝关节置换术中重建正常对线是至关关键。(图示)在病理情况下，因为膝关节内/外翻，正常胫股角将发生改变，而下肢机械轴将不可能经过膝关节中心，这正是我们在膝关节置换术术前计划和手术中需要经过测量和截骨处理问题。经过计算和测量正确截骨才能使下肢力线取得正确重建。下肢力线重建是确保手术成功关键，也是避免术后因应力不均而造成松动关键步骤。关节线(joint line)是膝关节对线另一关键内容。在冠状面关节线升高和降低将影响到髌骨和滑车相对位置，造成高位或低位髌骨。所以，TKA手术中重建关节线正常高度也是TKA手术中关键步骤(图示)。通常来说，关节线降低比关节线升高更有害。其次，解剖上胫骨关节线在矢状面上虽有一定后倾角度，但假如考虑到半月板原因，实际上胫骨关节面后倾几乎为零。尽管很多膝关节假体强调胫骨后倾，但已经有足够证据表面，胫骨后倾并无十分必需。图示 下肢对线(二)膝关节稳定结构膝关节稳定结构除了依靠于膝关节骨，哇结构本身特殊结构以外，还有赖于前/后交叉韧带制约、内/外侧副韧带平衡、和伸膝装置和股四头肌及腘绳肌力量均衡。除了高限制型和铰链假体在设计上较少地依靠于膝关节本身稳定结构以外，其它非限制性假体和部分限制性假体均对膝关节本身稳定性有一定要求。尤其是内/外侧副韧带平衡和稳定作用对膝关节置换术后维持人工关节正常功效很关键。所以，术前对膝关节稳定结构检验和关节稳定性评定对选择假体和确定手术方案含相关键意义。(图示)(三)髌股关节解剖特点髌骨是伸膝装置中关键结构，对增加股四头肌力臂和作功含相关键意义。因为股四头肌力线和髌腱纵轴线之间存在一个外翻角度即股四头肌角(Q角)，所以，髌骨存在着向外侧移位倾向。实际上，在很多伴有髌股关节退变膝关节骨关节炎病例中，全部有不一样程度外侧支持带担心和髌骨外侧倾斜和/或外侧位移。在人工膝关节置换手术中，应该考虑到髌骨脱位可能，所以全膝置换时重建正确髌骨-滑车轨迹是很关键，必需时采取外侧松解等方法。其次，在解剖上髌骨关节面最高点并非在髌骨中心而是偏内侧，所以，髌骨置换时应考虑到这一解剖特点。(图示)因为TKA手术后失败有相当部分是髌骨问题，而且髌骨置换是否在全膝关节置换术中仍然是有争论课题，但髌股关节作为膝关节一个关键组成部分，在膝关节置换术中和胫股关节一样含相关键意义。图示 髌骨关节面位置另外，和髋关节不一样，因为膝关节周围尤其是前方缺乏肌肉保护，切口裂开后将可能造成假体外露，加之膝后相关键血管神经组织等解剖特点，使膝关节置换和髋关节置换术有较大不一样。三、膝关节生物力学特点了解膝关节生物力学特点对了解人工膝关节假体设计原理和手术操作标准是至关关键。因为上述解剖特点，决定了膝关节在负荷、运动及稳定等生物力学特征上复杂性。(一)膝关节负荷膝关节负荷随人体运动和步态方法有很大改变，膝关节站立位静态受力(双足着地)为体重043倍，而行走时可达体重302倍，上楼时则可达成425倍。正常膝关节作用力传输借助于半月板和关节软骨蠕变使胫股之间接触面增大，从而降低了单位面积力负荷。在冠状面上，当一足站立时，人体重力沿垂直重心线传输并经过膝关节内侧(图示)。这一重力作用使股骨倾向胫骨内侧髁。此时，阔筋膜张肌和臀大肌经过髂胫束靠外侧力来保持平衡，这些力和代表膝关节在此面上总支持力，其协力则是经过膝关节中心。早期PCA膝关节系统强调重建生了解剖，即考虑胫骨截骨面2-3内翻。但对人工关节而言，绝大多数医生和工程师赞成将胫骨截骨平面和胫骨长轴垂直，以取得均衡负荷。力不平衡和协力方向改变将造成胫骨内外侧髁受力不均，从而产生膝关节内/外翻。而人工关节置换术后力学失衡将造成胫骨假体松动。(二)膝关节运动模式膝关节运动模式并非一个简单屈伸运动，而是一个兼有屈伸、滚动、滑动、侧移和轴位旋转复杂多自由度运动模式。所以，模拟膝关节生物学运动假体设计是极其复杂，单纯铰链式设计是无法达成或靠近正常膝关节运动。(图示)在矢状面，膝关节伸屈运动并非围绕着同一个旋转中心，而是依据运动过程产生多个瞬时旋转中心。当接触面质点速度方向切于关节面时，运动阻力最小，并可在依据接触面垂线上求出瞬时旋转中心，如瞬时中心不在此线上，膝关节将出现滑动运动。在正常膝关节上，任何瞬时中心速度方向将切于关节接触面，在膝关节由伸而屈过程中，连续标出每个运动瞬时旋转中心，则会在股骨髁上形成一个“J”形轨迹。(图示)(三)胫股及髌股关节力学特点正常胫股关节间力传输和应力分布和正常半月板和关节软骨功效亲密相关。在膝关节运动和受力相中，因为半月板伴随关节活动相对位移，和含有粘弹特征正常半月板和关节软骨组织应变，使关节间压强改变趋于缓解。而这一点正是现在人工膝关节假体所难以模拟特征。尽管有以Oxford半月板型膝关节假体和以LCS可活动衬垫假体为代表摹拟可活动半月板膝关节假体，但距离人体半月板和软骨结构和功效还有很大区分。另外，膝关节在水平面旋转运动是以内侧髁为中心，这种旋转方法使得膝关节内侧间隙易于发生退变，这也是膝关节骨关节炎病变往往以内侧间隙为重，甚至出现经典内侧单腔室骨关节炎和膝内翻畸形。现代假体设计通常将胫骨截骨面垂直于胫骨并和地面平行，而忽略解剖上存在3内翻，其目标正是期望取得中央旋转轴。髌股关节是参与膝关节伸屈运动关键结构，在膝关节活动中有着特殊章义。髂骨除了传输股四头肌拉力和承受髌韧带张力以外，其关节面本身在膝关节屈曲运动时承受应力和关节面上应力分布是髌股关节生物力学研究关键。髌骨外侧倾斜和外侧移位是髌股对合异常关键存在形式，其原因可能包含股骨髁发育异常、髌骨发育异常及高位髌骨、膝外翻和Q角异常增大、内侧支持带松弛、外侧支持带挛缩等多个原因。髌骨外位实际上是程度不一样髌骨半脱位，在伸直位时，髌骨很轻易向外侧推进，在屈膝20时，可发觉髌骨中央嵴和滑车凹最低点不呈对应关系而向外侧移位，其移位程度对评价髌骨半脱位很有意义。所以，在屈膝20-30度时对髌股对台关系评价是关节检验中对髌股异常对合诊疗关键。研究表明，髌股异常对台直接结果是造成关节面应力或称髌股接触压(patellofemoral contact force，PFCF)分布异常。首先，关节面局部应力集中可致关节软骨病损，其次，关节面接触压降低和失去接触也会造成软骨退变。因为软骨面退变造成软骨厚度丧失还可造成正常软骨面应力重新分布，造成整个软骨病损扩展。据此，能够认为髌股对合异常所致PFCF分布不均是造成软骨病变潜在病因。一样，髌股对合异常也是造成TKA术后髌骨并发症关键原因。髂骨关节面上应力分布不均是产生髌股关节面软骨退变直接原因。在正常生理情况下，膝关节由伸而屈至90运动过程中，髌股接触压逐步加大，而超出90后又逐步减小。因为正常髌股关节接触面随PFCF增加而增大，所以，作用于髌股关节面应力得以分散，其压强改变不大。在膝关节置换时，髂骨和股骨滑车在不一样位相上匹配度是假体设计上关键指标，经过合理假体设计、髌骨内置和股骨假体外旋位安装可使髌骨假体更轻易和滑车相匹配。(图示)(四)膝关节力学稳定因为前述膝关节骨性结构、半月板，关节囊及隶属韧带结构共同作用，膝关节能够保持静态和动态稳定性。膝关节在完全伸直位，关节将发生扣锁，而取得最大关节稳定性，这是因为膝处于完全伸直位时，股骨在胫骨上向内旋转；而于过分屈曲位时，股骨则向外旋转，此时将经过关节面咬合和交叉韧带制导作用增加关节稳定。在人工膝关节假体设计中，人工关节机械稳定性和关节自由活动度是一对矛盾。为了取得更大自由活动度，往往需要牺牲人工关节本身稳定性设计。所以，人工关节植入后稳定更多地依靠于关节周围结构正常尤其是侧副韧带平衡。应该指出是，全膝关节置换术后膝关节不管是否保留了PCI，全部是ACL缺如膝关节，其前方稳定性有赖于伸膝装置稳定尤其是股四头肌力量。同时，因为失去了交叉韧带“扣锁机制”，其本体稳定感觉将较正常膝关节差。第二节 膝关节置换术适应证和禁忌证膝关节置换术依据以人工假体置换不一样病变关节部位可分为单髁置换、全膝关节置换(可包含或不包含髌骨置换)、股骨髁或胫骨髁大块切除后带干特制假体置换。单髁置换术多用于重度单腔室关节病变而另一侧关节间隙及髌股关节基础正常病例。其目标是尽可能地保留正常关节结构，降低手术创伤，以期取得愈加好功效恢复，并为以后全关节置换留有余地。但单髁置换技术要求较全关节置换术更高，且文件汇报远期疗效优劣差距较大。带干膝关节假体关键应用于肿瘤瘤段切除后关节功效重建和严重骨缺损膝关节翻修，因为个体差异原因，这类假体往往需要特殊定制。在膝关节置换外科中，全膝关节置换术是最经典和最基础手术，其原理一样适适用于其它类型假体置换手术。所以，该手册将以全膝关节置换(TKA/TKR)为关键描述对象。膝关节置换术目标是解除关节疼痛、改善关节功效、纠正关节畸形和取得长久稳定。关键适应证包含：1退变性膝关节骨关节炎(OA)：老年性膝关节OA占全膝置换术最大百分比。对于站立位x片膝关节间隙已显著狭窄和/或伴有膝关节内/外翻/屈曲挛缩畸形，其症状已显著影响关节活动和生活能力病例，经保守诊疗不能改善症状者，可考虑施行全膝关节置换术。对单腔室OA可考虑进行单髁置换术。经胫骨高位截骨术后仍不能改善症状单腔室 OA也可施行全膝关节置换术。2类风湿性关节炎(RA)和强直性脊柱炎(AS)膝关节晚期病变：RA或AS常可累及双侧膝，关节。对出现关节畸形晚期病例，在关节融合之前，可有显著关节疼痛症状。因为患者平均年纪较OA病人轻，选择全膝关节置换能够避免关节强直性融合，显著地改善关节功效，提升患者生存质量。但因为RA/AS患者关节周围结构挛缩和多关节病变，对这类患者疗效期望值不应过高。3其它非感染性关节炎引发膝关节病损并伴有疼痛和功效障碍。如大骨节病、血友病性关节炎等。4创伤性骨关节炎：严重包含关节面创伤后骨关节炎，如粉碎性平台骨折后关节面未能修复而严重影响功效病例和因半月板损伤或切除后造成继发性骨关节炎等。5大面积膝关节骨软骨坏死或其它病变不能经过常规手术方法修复病例。6感染性关节炎后遗关节破坏，在确定无活动性感染情况下，可作为TKA相对适应证。7包含膝关节面肿瘤切除后无法取得良好关节功效重建病例。这类病例可能需要特殊定制假体。总而言之，全膝关节置换术适应证是广泛，但并不意味着能够滥用这一术式。尽管全膝关节置换术能够取得较为理想功效恢复效果，但因为全膝关节假体在机械磨损及数次翻修等方面问题并未根本处理，所以，严格地掌握手术适应证和考虑接收TKA患者年纪仍然是十分关键。但因为翻修手术在假体设计和技术上可行性，年纪不再是选择全膝关节置换术绝对指征，但对年轻患者全膝手术仍应考虑到二次手术条件。手术禁忌症1膝关节周围或全身存在活动性感染病灶应为手术绝对禁忌症。2膝关节肌肉瘫痪或神经性关节病变包含肌性膝反张等。3全身情况差或伴有未纠正糖尿病应在正规内科诊疗使疾病得到控制后方可考虑手术。4其它可预见造成手术危险和术后功效不良病理情况。应在纠正这些原因以后才能考虑手术。5对无痛且长久功效位融合病例不应作为人工关节适应证。第三节 膝关节假体设计、分类和假体选择一、膝关节假体设计标准现代膝关节假体设计即使种类繁多，但大多基于同一个标准：即以植入关节假体提供类似于正常膝关节伸屈和旋转模式，并籍假体本身及膝关节韧带及软组织平衡取得静态及动态稳定性。尽管今天假体设计尚不可能达成如正常膝关节相同功效，但上述标准仍是假体设计者和临床医生所共同追求目标。即使多种设计类型全膝关节假体形态不一，但设计原理却大致相同，借鉴了人工全髋成功经验，现在膝关节假体材料选择以金属股骨髁假 .