膝关节生物力学与人工膝关节置换.ppt

一、膝关节功能解剖股骨髁远端的骨性解剖股骨髁远端的骨性解剖胫骨近端骨性解剖胫骨近端骨性解剖膑膑 骨骨 骨骨 性性 解解 剖剖前后交叉韧带胫骨平台处附着点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前交叉韧带在膝关节屈伸过程中的收缩、舒张情况中的收缩、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）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，在膝关节屈伸活动时其横轴不断变化，在股骨髁上形成一个股骨髁上形成一个“J”形曲线形曲线传统的膝关节屈伸理论传统的膝关节屈伸理论正常步态周期正常步态周期站立相占整个步态周期的站立相占整个步态周期的6065%单足负重，完全伸直，呈现单足负重，完全伸直，呈现“锁扣锁扣”稳定稳定正常步态中膝关节的运动正常步态中膝关节的运动沿膝关节横轴的屈伸活动沿膝关节横轴的屈伸活动沿关节纵轴线的旋转活动沿关节纵轴线的旋转活动正正常常行行走走时时膝膝关关节节为为三三维维运运动动膝膝关关节节旋旋转转活活动动纵纵轴轴位位置置日常生活膝关节活动度：Kettelkamp1973Kettelkamp1973步行步行6767上台阶上台阶8383下台阶下台阶90 90 从椅子上站立从椅子上站立9393（105 105 最好）最好）髌骨关节的作用髌骨关节的作用提供伸膝力矩（膝关提供伸膝力矩（膝关提供伸膝力矩（膝关提供伸膝力矩（膝关节最后节最后节最后节最后1515伸直）伸直）伸直）伸直）完成扣锁机制完成扣锁机制完成扣锁机制完成扣锁机制稳定膝关节稳定膝关节稳定膝关节稳定膝关节髌股关节的力学特点髌股关节的力学特点膝关节屈伸过程中，髌股关节膝关节屈伸过程中，髌股关节接触面的变化情况接触面的变化情况膝关节设计：膝关节设计：股骨和胫骨几何学、动力学特征膝关股骨和胫骨几何学、动力学特征膝关节设计节设计手术：手术：冠状位下肢力线假体的内外翻角度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轴位线上的旋转力线确定股骨假体的旋转方向旋转方向膝关节假体设计及膝关节假体设计及TKR中中需要了解的问题需要了解的问题冠状面冠状面临床描述：临床描述：下肢机械轴通过膝关节中心（髋膝踝）下肢机械轴通过膝关节中心（髋膝踝）实际上实际上连接髋、踝关节中心线常常通过膝关节内侧连接髋、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股骨和胫骨的机械轴有1.3 左右的内翻夹角左右的内翻夹角胫骨的机械轴与解剖轴相同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股骨的机械轴与股骨解剖轴有约6 的的夹角夹角 0TKR参照标准参照标准下肢力线通过下肢力线通过膝关节内侧膝关节内侧3内倾内倾实际力线实际力线6轴位膝关节旋转定位轴位膝关节旋转定位CTAPCA外科轴外科轴临床轴临床轴CTAPCA外科轴外科轴(钻孔线钻孔线)临床轴临床轴前后轴前后轴三、膝关节几何学三、膝关节几何学对膝关节假对膝关节假体设计的意义体设计的意义基于二维膝关节运动理论设计的基于二维膝关节运动理论设计的限制型及半限制型假体限制型及半限制型假体19501970年代完全限制型（铰链式）膝假体WalldiusWalldius假体假体假体假体ShiersShiers假体假体假体假体70年代以后Cuepar 假体假体（法国（法国 1970年）年）球心型假体 1973 美国Matthews和KauferSheehan 假体（爱尔兰人 1971）主要根据股骨髁及胫骨平台的形状主要根据股骨髁及胫骨平台的形状特征进行设计特征进行设计 对膝关节几何学的把握限于平面二对膝关节几何学的把握限于平面二维概念维概念 较少考虑运动状态下的膝关节生物较少考虑运动状态下的膝关节生物力学模式力学模式早期假体：限制型假体为主早期假体：限制型假体为主非限制型假体双髁型假体双髁型假体双髁型假体双髁型假体（保留（保留（保留（保留PCLPCL）双髌型假体双髌型假体双髌型假体双髌型假体Hospital of Special SurgeryHospital of Special Surgery，1973 1973年年年年Freeman-Swanson膝假体（膝假体（1970年）年）第一个第一个PCL切除型假体切除型假体几何型膝假体几何型膝假体（美国（美国 Coventry）解剖型膝假体解剖型膝假体更接近膝关节解剖学特征设计的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考虑了膝关节的不对称性力求接近膝关节的生理形状力求接近膝关节的生理形状PCA型型膝关节膝关节假体假体国产全髁型（国产全髁型（TCP）膝假体膝假体国产解剖型（国产解剖型（PCA）膝假体膝假体全髁型膝假体（全髁型膝假体（TCP）1973年年 美国美国 Insall低接触应力膝假体（低接触应力膝假体（LCS）旋旋转转承承重重式式膝膝假假体体考虑了膝关节三维运动模式的膝关节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膝关节运动学特征基于假体设计本身的膝关节运动学、动基于假体设计本身的膝关节运动学、动力学设计力学设计全髁型假体关节形合度好，全髁型假体关节形合度好，应力易从水平转成垂直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，过度屈膝，平台与股骨后方骨皮质抵触，影响进一步活动影响进一步活动平台后方平坦，屈膝时平台前移，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避免了平台后缘与股骨碰撞四、关于四、关于PS及及PR假体假体PCL Retaining and PCL SubstitutePR假体假体PCL RetainingPCL Retaining支支持持者者认认为为这这种种类类型型的的假假体体可可提提高高胫胫骨骨平平台台后后侧侧的的稳稳定定性性，可可潜潜在在地地减减少少关关节节面面上上的的应应力力向向假假体体-骨骨界界面面间间的的传传导导，并并理理论论上上使使患患者者术术后后获得一个正常的步态获得一个正常的步态关于关于PR型假体的动力学冲突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膝关节几何学特征使股骨髁在胫骨平台上的运膝关节几何学特征使股骨髁在胫骨平台上的运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动与后交叉韧带所要求的运动不一致动与后交叉韧带所要求的运动不一致动与后交叉韧带所要求的运动不一致 要求单半径运动的要求单半径运动的要求单半径运动的要求单半径运动的PCLPCL与多半径设计的股骨髁与多半径设计的股骨髁与多半径设计的股骨髁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关节面使股骨髁在胫骨平台上的运动发生冲突关节面使股骨髁在胫骨平台上的运动发生冲突关节面使股骨髁在胫骨平台上的运动发生冲突 如果如果如果如果PCLPCL使股骨髁后滚，而此时中凹型的胫骨使股骨髁后滚，而此时中凹型的胫骨使股骨髁后滚，而此时中凹型的胫骨使股骨髁后滚，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，此时就平台限制了股骨髁在其上的后滚运动，此时就平台限制了股骨髁在其上的后滚运动，此时就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会发生后关节面的撞击现象并造成屈膝困难会发生后关节面的撞击现象并造成屈膝困难会发生后关节面的撞击现象并造成屈膝困难 OA OA OA OA病例，软骨退变后，病例，软骨退变后，病例，软骨退变后，病例，软骨退变后，90%90%90%90%的关节韧带均已发生的关节韧带均已发生的关节韧带均已发生的关节韧带均已发生 病理改变，失去完整的功能病理改变，失去完整的功能病理改变，失去完整的功能病理改变，失去完整的功能保留保留PCL，平台假体后平台假体后半部弧度过大会导致屈半部弧度过大会导致屈膝时出现后方撞击膝时出现后方撞击翘翘板现象翘翘板现象PR假体的平衡 PCL的平衡标准：的平衡标准：膝关节在整个屈伸运动中膝关节在整个屈伸运动中膝关节在整个屈伸运动中膝关节在整个屈伸运动中PCLPCL紧张度相等紧张度相等紧张度相等紧张度相等 12mm的切骨不当即会影像的切骨不当即会影像PCL的平衡的平衡 渐进松解渐进松解 反复测试反复测试 松解时防止松解时防止PCL完整性破坏完整性破坏 PCL断裂：改用断裂：改用PCL替代型假体替代型假体 PCL的存在影响后关节囊的松解的存在影响后关节囊的松解PS假体 后关节囊松解方便后关节囊松解方便 切骨可调范围大切骨可调范围大 术后膝关节活动度改善明显术后膝关节活动度改善明显适用于畸形较重的膝关节适用于畸形较重的膝关节 切骨量大切骨量大后稳定型膝假体后稳定型膝假体（Insall）多半径及单半径多半径及单半径膝假体膝关节屈伸比较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)多半径设计多半径设计单半径设计单半径设计Scorpio 单半径单半径膝假体膝假体传统的多半径假体传统的多半径假体Scorpio单半径假体单半径假体内外侧副韧带有浅深两层内外侧副韧带有浅深两层内外侧副韧带止点并非一个点内外侧副韧带止点并非一个点而是一个面而是一个面外侧副韧带附着点相对集中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外侧副韧带分布及屈伸时状态五、五、TKR手术要点手术要点膝关节置换时需要注意的关键问题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基于手术器械的截骨技术骨性对线及关节对位关节对位基于韧带的平衡技术软组织平衡技术基于韧带的平衡技术软组织平衡技术骨性对线的获得骨性对线的获得充分理解下肢力线概念充分理解下肢力线概念充分理解下肢力线概念充分理解下肢力线概念术前详细了解膝关节畸术前详细了解膝关节畸术前详细了解膝关节畸术前详细了解膝关节畸形状态形状态形状态形状态了解手术器械了解手术器械了解手术器械了解手术器械准确的切骨准确的切骨准确的切骨准确的切骨冠状面对线的获得冠状面对线的获得0TKR参照标准参照标准股骨髁假体的旋转定位股骨髁假体的旋转定位CTAPCA外科轴外科轴临床轴临床轴临床轴临床轴不同作者测量的旋转轴线的位置不同作者测量的旋转轴线的位置 CTA PCABerger 男男4.7女女5.2男男3.5 女女 0.3Matsuda 6Akagi 7.4 4.2本组本组 男男7女女64左右左右Berger认为，内上髁沟作为股骨假体的旋认为，内上髁沟作为股骨假体的旋转定位较准确，重复性高转定位较准确，重复性高TKR手术中假体旋转角度的定位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绝大多数股骨假体旋转定位以后髁线为准绝大多数股骨假体旋转定位以后髁线为准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手术中假体旋转角度的定位常规：后髁线外旋常规：后髁线外旋33（外科轴为（外科轴为00旋转）旋转）本组结果建议：外旋本组结果建议：外旋44（注意个体差异，必（注意个体差异，必要时术中或术后测量）要时术中或术后测量）如果以内外上髁临床轴为准，旋转角度宜适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）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（前后轴与内外上髁临床轴基本垂直（11）旋转对线范围不应超过临床轴与外科轴夹角范围旋转对线范围不应超过临床轴与外科轴夹角范围旋转对线范围不应超过临床轴与外科轴夹角范围旋转对线范围不应超过临床轴与外科轴夹角范围（3-73-73-73-7）股骨外髁发育不良后髁线定位不准确股骨外髁发育不良后髁线定位不准确股骨外髁发育不良后髁线定位不准确股骨外髁发育不良后髁线定位不准确 内外上髁轴外旋内外上髁轴外旋内外上髁轴外旋内外上髁轴外旋3-53-5 股骨髁前后轴垂直于内外上髁轴股骨髁前后轴垂直于内外上髁轴股骨髁前后轴垂直于内外上髁轴股骨髁前后轴垂直于内外上髁轴TKR手术可供旋转手术可供旋转定位的轴线：定位的轴线：后髁线后髁线内外上髁轴内外上髁轴前后轴前后轴股骨假体旋转角度股骨假体旋转角度与髌骨轨迹与髌骨轨迹增加外旋角度可明显改善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国外：股骨假体外旋超出生理范围效果更好效果更好减少髌骨周围软组织平衡导致的缺减少髌骨周围软组织平衡导致的缺血等并发症血等并发症髌骨轨迹髌骨轨迹髌骨的测试：髌骨的测试：No Thumb TestNo Thumb Test 膝内翻胫骨外旋膝内翻胫骨外旋膝内翻胫骨外旋膝内翻胫骨外旋 膝外翻胫骨内旋膝外翻胫骨内旋膝外翻胫骨内旋膝外翻胫骨内旋股胫关节的接触应力股胫关节的接触应力股胫关节的接触应力股胫关节的接触应力 髌骨轨迹髌骨轨迹髌骨轨迹髌骨轨迹胫骨平台旋转位置 软组织平衡技术软组织平衡技术膝关节解剖膝关节解剖手术经验手术经验膝关节畸形程度膝关节畸形程度屈曲间隙平衡Soft Tissue Balance in Flexion 伸直位间隙平衡伸直位间隙平衡常规解剖轴面研究存在的问题常规解剖轴面研究存在的问题及及TKR手术的局限性手术的局限性解剖平面与运动学平面并非吻合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由于胫骨旋转其接触面也不对称股骨内外髁长轴有夹角股骨内外髁长轴有夹角TKR手术截骨改变了手术截骨改变了 膝关节的生理状态膝关节的生理状态韧带与轴线的关系（韧带与轴线的关系（foreign literature）：）：外侧副韧带（外侧副韧带（外侧副韧带（外侧副韧带（LCLLCL）前交叉韧带）前交叉韧带）前交叉韧带）前交叉韧带ACLACL内侧副韧带（内侧副韧带（内侧副韧带（内侧副韧带（MCLMCL）后交叉韧带）后交叉韧带）后交叉韧带）后交叉韧带PCLPCLLCLACLPCLMCL解剖平面研究中的膝关节解剖平面研究中的膝关节不对称性不对称性下肢力线不通过膝关节中心固有偏下肢力线不通过膝关节中心固有偏下肢力线不通过膝关节中心固有偏下肢力线不通过膝关节中心固有偏距距距距股骨髁外翻角、膝关节外翻角股骨髁外翻角、膝关节外翻角股骨髁外翻角、膝关节外翻角股骨髁外翻角、膝关节外翻角胫骨平台内翻角、后倾角胫骨平台内翻角、后倾角胫骨平台内翻角、后倾角胫骨平台内翻角、后倾角伸膝装置及伸膝装置及伸膝装置及伸膝装置及QQ角角角角股骨前倾角、颈干角股骨前倾角、颈干角股骨前倾角、颈干角股骨前倾角、颈干角传导负荷，参与活动，保存动量，提供力偶传导负荷，参与活动，保存动量，提供力偶传导负荷，参与活动，保存动量，提供力偶传导负荷，参与活动，保存动量，提供力偶