膝关节解剖和生物力学课件

膝关节解剖和生物力学膝关节解剖和生物力学解剖,生物力学,假体设计2解剖骨的大小与形状；重要的软组织结构、神经、血管。生物力学运动学(膝关节运动)；动力学(膝关节力量和力矩)；损伤和疾病导致的运动模式的改变。假体设计材料的选择润滑性表面抛光制造技术植入方法生存率TKA手术解剖,生物力学,假体设计2解剖生物力学假体设计TKA股骨股骨内外侧髁凸面，

不对称内侧>外侧3股骨股骨内外侧髁3胫骨胫骨平台平台内侧髁:凹面平台外侧髁:平面或凸面内侧>外侧平台内侧髁软骨较厚14胫骨胫骨平台14半月板胫骨平台内外侧上纤维软骨盘相互连接并周围关节囊相连外侧活动度较大5半月板胫骨平台内外侧上纤维软骨盘5半月板功能稳定增加股骨和平台的一致性传到负荷“避震器”移动性减少摩擦适度的移动避免损伤6半月板功能稳定6韧带髌腱和股四头肌腱传送股四头肌力量内外侧副韧带内-外侧稳定十字韧带前-后

稳定内-外

稳定旋转周围肌肉7韧带髌腱和股四头肌腱7膝关节内侧结构外层下肢深筋膜中层

内侧副韧带浅层半膜肌、股薄肌深层关节囊、内侧副韧带深层8膝关节内侧结构外层8膝关节外侧结构外层

髂胫束、二头肌、深筋膜中层

前侧－外侧支持带后侧－髌股支持带深层

外侧副韧带、腓肠豆腓骨韧带arcuate韧带、腘肌腱

9膝关节外侧结构外层9膝关节内外侧稳定结构外侧稳定结构外侧侧副韧带外侧关节囊前后交叉韧带腘肌腱髂胫束内侧稳定结构内侧侧副韧带内侧关节囊前后交叉韧带半膜肌鹅足膝关节内外侧稳定结构外侧稳定结构内侧稳定结构内侧副韧带——维持内侧稳定的最主要因素前部－屈曲位稳定后部－伸直位稳定内侧稳定结构内侧副韧带——维持内侧稳定的最主要因素内侧稳定结构鹅足、半膜肌腱、关节囊屈曲位平行于关节面鹅足半膜肌腱伸直位稳定内侧稳定结构鹅足、半膜肌腱、关节囊屈曲位平行于关节面鹅足半膜肌腱伸直位稳屈、伸双重稳定作用

腘肌腱－屈曲稳定为主外侧副韧带－伸直稳定为主伸直位稳定

髂胫束后外侧关节囊外侧稳定结构屈、伸双重稳定作用伸直位稳定外侧稳定结构膝关节稳定装置

InFlexionThaninExtensionE.Grood,F.Noyes,D.Butler,W.SuntayJ.BoneandJointSurg.,63A,1257-1269,Oct.1981膝关节稳定装置InFlexionE.Grood,F.PCLCapsulen=135mmJointOpening限制力%100500MCLACLAnt&MidPost57.414.87.717.525.2屈膝5度外翻应力主要MCL关节囊25%PCLCapsulen=13限制力%100MCL限制力%100500MCLACLAnt&MidPostPCLCapsulen=135mmJointOpening78.213.44.03.67.6屈膝25度外翻应力主要MCL次要ACL+PCL限制力%100MCLACLA限制力%100500LCLACLAnt&MidPostITBPCLCapsulePopn=135mmJointOpening54.822.24.113.25.017.3主要：LCL54.8%次要:ACL+PCL

Post.Capsule 13.2%

ITB 5.0% 屈膝5度内翻应力限制力%100LCLACL限制力%100500LCLACLAnt&MidPostITBPCLCapsulePopn=135mmJointOpening69.212.33.75.19.98.8主要:LCL次要:

ITB+PopliteusifyouexciseACL+PCL….

屈膝25度内翻应力限制力%100LCLACL

伸直内外翻稳定主要:侧副韧带次要:ACL+PCL后关节囊腘绳肌腱腓肠肌+髂胫束、腘肌伸直内外翻稳定主要:侧副韧带屈膝90度时

内外侧副韧带

&邻近关节囊ACL+PCL(切除)屈膝90度时内外侧副韧带&邻近关节囊髌股关节的功能减少伸膝装置和股骨的摩擦增加股四头的力臂121髌股关节的功能减少伸膝装置和股骨的摩擦121膝关节的运动三个旋转失状面:曲/伸额面:外展/内收

水平面:内旋/外旋屈伸活动伴随内外旋运动三个水平移动前/后挤压/分离内移/外移22膝关节的运动三个旋转22活动范围0°to140°屈曲身体体型同侧髋关节位置非常小内外翻运动45°外旋

to30°内旋运动方式膝>髋关节很难完全复制人体正常膝关节运动生存率膝<髋23活动范围0°to140°屈曲23股骨后滚运动屈曲运动－股骨髁相对平台向后移动外侧髁

较内侧髁移动大撞击24股骨后滚运动屈曲运动－股骨髁相对平台向后移动24TKA的关键解剖TKA的关键解剖皮肤血液供应穿支来源于深筋膜吻合网位于深筋膜前表皮下血管交通支少皮肤血液供应穿支来源于深筋膜皮肤血液供应深筋膜层皮肤血液供应深筋膜层膝前皮肤的内侧供应Haertsch,PA,Br.J.PlastSurg.34:1981膝前皮肤的内侧供应Haertsch,PA,Br.J.膝前淋巴循环93%流向内侧；髌旁内侧切口严重影响膝前淋巴回流。膝前淋巴循环93%流向内侧；直接血管损伤0.12%灾难性并发证“危险弧”11点－3点（左）直接血管损伤0.12%骨－血管距离

骨－血管距离位置均数范围伸膝位5.92.6－14.5屈膝位7.21.8－12.3屈伸位变化1.4-5.8-6.5骨－血管距离

骨－血管距离位置均数范围伸膝位5.92.6－1动脉血栓0.03%(9022,Mayoclinic)－0.5%(1182,De

Laurentis)25%止血带的应用？动脉血栓0.03%(9022,Mayoclinic)－0神经损伤腓总神经>胫神经0.58%外翻or屈曲>20度外侧拉钩、外侧松解（网状松解）神经损伤腓总神经>胫神经TKATreatmentforjointdiseaseOsteoarthritisDegenerativejointdiseasethatcausesdeteriorationofcartilagebetweenbones34TKATreatmentforjointdisease??????假体组成股骨假体胫骨假体胫骨衬垫活动衬垫（平台）:聚乙烯衬垫和胫骨托之间存在活动固定衬垫（平台）:聚乙烯扣锁在胫骨托髌股假体36假体组成股骨假体36TKA假体设计Movement(kinematics)运动学假体设计要有一定活动度股骨后滚机制

和锁扣机制Kinetics(jointcontactforces)动力学TKAdesign(计算机模型,材料的选择,尺寸）TKAstandards(各种体位的假体应力测定)TKAtesting(仿真模拟）37TKA假体设计Movement(kinematics)运髋、膝人工关节磨损THA较大的界面接触表面磨损机制（非疲劳性磨损）:磨损伴

粘附（表面）颗粒较小的磨损TKA单位内压力大于髋拉应力和压应力交互存在疲劳性磨损:分层较大的磨损颗粒38髋、膝人工关节磨损THA较大的界面接触TKA单位内压力大于髋TKA设计中的几何外形的权衡高度一致性假体

较大接触面积

较低界面压力减少滑移聚乙烯衬垫和胫骨托之间剪切应力增加假体松动非高度一致性假体较小接触面积

较大界面压力聚乙烯衬垫磨损骨溶解假体松动

39TKA设计中的几何外形的权衡高度一致性假体39解决办法活动平台的

TKA高度一致性,容许滑移(低界面应力)问题没有长期临床研究支持聚乙烯衬垫脱位和分离软组织撞击问题细小颗粒手术操作难度大40解决办法活动平台的TKA40CRorPSCR(PCLintact)较低的一致性正常的后滚机制本体感觉要求较高韧带平衡技术PS(posteriorstabilized)非常可靠的稳定系统(predictablekinematics)解除PCL张力增高、断裂的可能

相对高限潜在轮－柱（cam）磨损脱位可能、股骨部分骨丢失41CRorPSCR(PCLintact)41Constraint42Cruciate-retainingCruciate-substitutingVarus-valgusConstrainedHingedLeasttoMostConstrained总体上越是低限假体越能提供较好的结果Constraint42Cruciate-retainingOtherdesignsHighflexionkneesRevisionkneesHemi-arthroplastiesGenderspecific43OtherdesignsHighflexionknee膝关节解剖和生物力学膝关节解剖和生物力学解剖,生物力学,假体设计45解剖骨的大小与形状；重要的软组织结构、神经、血管。生物力学运动学(膝关节运动)；动力学(膝关节力量和力矩)；损伤和疾病导致的运动模式的改变。假体设计材料的选择润滑性表面抛光制造技术植入方法生存率TKA手术解剖,生物力学,假体设计2解剖生物力学假体设计TKA股骨股骨内外侧髁凸面，

不对称内侧>外侧46股骨股骨内外侧髁3胫骨胫骨平台平台内侧髁:凹面平台外侧髁:平面或凸面内侧>外侧平台内侧髁软骨较厚147胫骨胫骨平台14半月板胫骨平台内外侧上纤维软骨盘相互连接并周围关节囊相连外侧活动度较大48半月板胫骨平台内外侧上纤维软骨盘5半月板功能稳定增加股骨和平台的一致性传到负荷“避震器”移动性减少摩擦适度的移动避免损伤49半月板功能稳定6韧带髌腱和股四头肌腱传送股四头肌力量内外侧副韧带内-外侧稳定十字韧带前-后

稳定内-外

稳定旋转周围肌肉50韧带髌腱和股四头肌腱7膝关节内侧结构外层下肢深筋膜中层

内侧副韧带浅层半膜肌、股薄肌深层关节囊、内侧副韧带深层51膝关节内侧结构外层8膝关节外侧结构外层

髂胫束、二头肌、深筋膜中层

前侧－外侧支持带后侧－髌股支持带深层

外侧副韧带、腓肠豆腓骨韧带arcuate韧带、腘肌腱

52膝关节外侧结构外层9膝关节内外侧稳定结构外侧稳定结构外侧侧副韧带外侧关节囊前后交叉韧带腘肌腱髂胫束内侧稳定结构内侧侧副韧带内侧关节囊前后交叉韧带半膜肌鹅足膝关节内外侧稳定结构外侧稳定结构内侧稳定结构内侧副韧带——维持内侧稳定的最主要因素前部－屈曲位稳定后部－伸直位稳定内侧稳定结构内侧副韧带——维持内侧稳定的最主要因素内侧稳定结构鹅足、半膜肌腱、关节囊屈曲位平行于关节面鹅足半膜肌腱伸直位稳定内侧稳定结构鹅足、半膜肌腱、关节囊屈曲位平行于关节面鹅足半膜肌腱伸直位稳屈、伸双重稳定作用

腘肌腱－屈曲稳定为主外侧副韧带－伸直稳定为主伸直位稳定

髂胫束后外侧关节囊外侧稳定结构屈、伸双重稳定作用伸直位稳定外侧稳定结构膝关节稳定装置

InFlexionThaninExtensionE.Grood,F.Noyes,D.Butler,W.SuntayJ.BoneandJointSurg.,63A,1257-1269,Oct.1981膝关节稳定装置InFlexionE.Grood,F.PCLCapsulen=135mmJointOpening限制力%100500MCLACLAnt&MidPost57.414.87.717.525.2屈膝5度外翻应力主要MCL关节囊25%PCLCapsulen=13限制力%100MCL限制力%100500MCLACLAnt&MidPostPCLCapsulen=135mmJointOpening78.213.44.03.67.6屈膝25度外翻应力主要MCL次要ACL+PCL限制力%100MCLACLA限制力%100500LCLACLAnt&MidPostITBPCLCapsulePopn=135mmJointOpening54.822.24.113.25.017.3主要：LCL54.8%次要:ACL+PCL

Post.Capsule 13.2%

ITB 5.0% 屈膝5度内翻应力限制力%100LCLACL限制力%100500LCLACLAnt&MidPostITBPCLCapsulePopn=135mmJointOpening69.212.33.75.19.98.8主要:LCL次要:

ITB+PopliteusifyouexciseACL+PCL….

屈膝25度内翻应力限制力%100LCLACL

伸直内外翻稳定主要:侧副韧带次要:ACL+PCL后关节囊腘绳肌腱腓肠肌+髂胫束、腘肌伸直内外翻稳定主要:侧副韧带屈膝90度时

内外侧副韧带

&邻近关节囊ACL+PCL(切除)屈膝90度时内外侧副韧带&邻近关节囊髌股关节的功能减少伸膝装置和股骨的摩擦增加股四头的力臂164髌股关节的功能减少伸膝装置和股骨的摩擦121膝关节的运动三个旋转失状面:曲/伸额面:外展/内收

水平面:内旋/外旋屈伸活动伴随内外旋运动三个水平移动前/后挤压/分离内移/外移65膝关节的运动三个旋转22活动范围0°to140°屈曲身体体型同侧髋关节位置非常小内外翻运动45°外旋

to30°内旋运动方式膝>髋关节很难完全复制人体正常膝关节运动生存率膝<髋66活动范围0°to140°屈曲23股骨后滚运动屈曲运动－股骨髁相对平台向后移动外侧髁

较内侧髁移动大撞击67股骨后滚运动屈曲运动－股骨髁相对平台向后移动24TKA的关键解剖TKA的关键解剖皮肤血液供应穿支来源于深筋膜吻合网位于深筋膜前表皮下血管交通支少皮肤血液供应穿支来源于深筋膜皮肤血液供应深筋膜层皮肤血液供应深筋膜层膝前皮肤的内侧供应Haertsch,PA,Br.J.PlastSurg.34:1981膝前皮肤的内侧供应Haertsch,PA,Br.J.膝前淋巴循环93%流向内侧；髌旁内侧切口严重影响膝前淋巴回流。膝前淋巴循环93%流向内侧；直接血管损伤0.12%灾难性并发证“危险弧”11点－3点（左）直接血管损伤0.12%骨－血管距离

骨－血管距离位置均数范围伸膝位5.92.6－14.5屈膝位7.21.8－12.3屈伸位变化1.4-5.8-6.5骨－血管距离

骨－血管距离位置均数范围伸膝位5.92.6－1动脉血栓0.03%(9022,Mayoclinic)－0.5%(1182,De

Laurentis)25%止血带的应用？动脉血栓0.03%(9022,Mayoclinic)－0神经损伤腓总神经>胫神经0.58%外翻or屈曲>20度外侧拉钩、外侧松解（网状松解）神经损伤腓总神经>胫神经TKATreatmentforjointdiseaseOsteoarthritisDegenerativejointdiseasethatcausesdeteriorationofcartilagebetweenbones77TKATreatmentforjointdisease??????假体组成股骨假体胫骨假体胫骨衬垫活动衬垫（平台）:聚乙烯衬垫和胫骨托之间存在活动固定衬垫（平台）:聚乙烯扣锁在胫骨托髌股假体79假体组成股骨假体36TKA假体设计Movement(kinematics)运动学假体设计要有一定活动度股骨后滚机制

和锁扣机制Kinetics(jointcontactforces)动力学TKAdesign(计算机模型,材料的选择,尺寸）TKAstandards(各种体位的假体应力测定)TKAtesting(仿真模拟）80TKA假体设计Movement