前交叉韌帶的一般形態與測量
前交叉韌帶並非以單獨一束，而是以纖維束的集合形式呈扇狀展開，兩端附著於股骨與脛骨廣闊平坦的骨面。屈膝90°時，韌帶長軸與股骨長軸間的夾角為26±4。由於前交叉韌帶在股骨附著面呈矢狀位，而脛骨附著面呈水平位，故韌帶從上端至下端以自身的中軸向外鏇轉約90°。其中部最狹窄，寬度為11.49±1.59mm，厚4.33±0.49mm。膝伸直時，它呈扁帶狀，膝屈曲時則扭轉。在膝關節屈90°位置時，韌帶前內側(A-A)長度為34.12±5.33mm，中部長26.83±4.48mm，後外側(B-B)長21.50±2.68mm。
形態與定位
前交叉韌帶股骨附著端的斷面為半圓形，前界直，凸緣朝向後方。在膝伸位，附著面的長軸近於垂直。脛骨附著端的斷面近似於三角形，其底朝前，尖向後方。
大體解剖
起自股骨外髁內側面後部，向前、向遠端、向內穿關節腔附著於脛骨平台髁間棘前部。平均長度31～38mm，中間部分平均寬度為10～12mm，橫截面近似卵圓形，平均面積女性和男性分別為36mm2和44mm2。韌帶在距脛骨止點10～12mm處逐漸散開，在脛骨止點上形成相當於中點橫截面積3倍以上的附著面。在矢狀面上ACL與股骨夾角30°，與脛骨夾角50°，在冠狀面上與股骨夾角21°。
止點
ACL股骨止點位於股骨外髁內側面後部，呈卵圓形凹面，平均長度18mm和寬度11mm，面積113～170mm2。韌帶遠端扇形張開附著於脛骨平台髁間棘前部，形成前寬後窄三角形或者卵圓形區域，平均矢狀徑17mm和冠狀徑11mm，面積136～150mm2。股骨止點長軸沿股骨長軸走向，脛骨止點長軸沿脛骨平台前後徑走向，形成韌帶繞自身扭轉。在脛骨止點ACL形成“足”樣結構，增加了附著面積，同時避免了伸膝時ACL與髁間窩撞擊。移植的ACL沒有“足”樣結構，脛骨止點選擇靠前可以導致伸膝時移植物碰撞髁間窩，是造成術後伸直受限的原因之一。
前內束(anteromedialbundle，AMB)和後外束(posterolateralbundle，PLB)：ACL並非由均一長度的纖維組成。Girgis等根據ACL止點纖維的不同分布和屈伸過程中韌帶緊張度的差異，將ACL大致分為前內束(anlteromedialbundle，AMB)和後外束(posterolateralbundle，PLB)。AMB分布於股骨止點後上部分和脛骨止點前內部分；PLB分布於股骨止點前下部分和脛骨止點後外部分。膝關節伸直時PLB緊張、寬平；屈曲90°時，AMB緊張伴韌帶扭轉，PLB鬆弛近似水平。從韌帶整體看，AMB大致位於PLB的前方，這就形成伸直時PLB緊張，屈曲時AMB緊張。單束重建不能恢復不同纖維應力變化特性，必然會導致部分纖維應力異常，可以導致重建失敗。鑒此人們開始採用更接近正常功能解剖的雙束重建恢復ACL的正常功能。
AMB平均長度32mm，PLB平均17.8mm。測量分束長度時纖維起止點選擇與整體測量之間有所差異。不同屈曲度、不同張力時AMB、PLB長度也不同。屈曲90°時AMB長度增加3.3～3.6mm，PLB長度減少5～7.1mm。此外，脛骨內鏇也會增加韌帶長度。另一項研究發現，屈曲90°伴內鏇，ACL長度可增加1.7～2.7mm。
ACL走行特殊，具有限制脛骨前移、內鏇、內外翻及過伸的多重作用。限制脛骨前後移動上AMB起主要作用，PLB主要限制脛骨鏇轉。因為ACL纖維並非均等的，所以單束重建不能實現真正的功能重建。認識ACL精細解剖對於改善ACL重建功能十分重要。AMB和PLB在屈曲中作用不同。單束重建不能完全恢復ACL在前後和鏇轉上的多重穩定功能。研究表明，雙束重建對於恢復膝關節鏇轉穩定上效果優於單束。雙束或者多束重建可能是實現功能重建的關鍵。
組織學
ACL位於關節腔內，被滑膜組織包繞。韌帶表面有3層結構，分別為滑膜、腱膜和腱內膜。ACL纖維緊密平行排1725列，水分占65%～70%，I型膠原占乾重70%～80%，與彈性張力有關，Ⅱ型膠原占8%，V型膠原及其他成分占12%。膠原成分及比例不同是造成替代物材料差異的主要原因。ACL主要含纖維母細胞，沿長軸分布於纖維之間。纖維母細胞主要分布在ACL脛骨端1/3前部，可能與伸直位“生理性撞擊”髁間窩有關。韌帶向骨組織移行過渡之間呈“潮線樣(tidemarkline)”結構，組織成分為韌帶、纖維軟骨、鈣化纖維軟骨以及骨組織4層條帶。膠原纖維穿過纖維軟骨移行帶，纖維軟骨形成鈣化。ACL附著點結構牢固，韌帶很少直接從骨表面上斷裂，多數情況韌帶損傷發生在實質部或附著點撕脫性骨折。移植物止點固定的穩定性與潮線結構的恢復有關，替代物與骨組織之間的整合是遠期穩定的保證。
前交叉韌帶的血供和神經支配
ACL為無血管組織，其營養通過滑膜組織及滑液提供。滑膜皺壁富含血管，韌帶近段營養來源膝中動脈，遠端部分來自膝下內外動脈。遠端、近端血管在韌帶表面滑膜中形成血管叢營養韌帶。注射法證實韌帶附著區沒有血管分布，這可能是重建韌帶固定部位癒合緩慢有關。
ACL神經支配來源於脛神經，分支分布於韌帶表面滑膜皺壁，發出軸突到韌帶內部。神經纖維主要分布在ACL滑膜下和附著點部位。韌帶附著點和表面存在大量Golgi樣張力感受器。韌帶內部還存在少量機械性感受器，分布於韌帶近脛骨部分，參與膝關節本體感覺傳入。ACL內游離神經末梢很少，僅分布在韌帶止點附近5mm範圍內。這可能是單純ACL損傷患者很少主訴明顯疼痛的原因。膝關節穩定和功能的維持離不開正常的本體感覺，ACL重建尚不能恢復正常的神經支配，這也是部分ACL重建術後功能不佳的原因之一。
生物力學特性
研究表明，ACL極限抗張力強度(2020±264)N，最大形變(15.9±3.5)mm。ACL剛度為240N/mm，彈性模量為278MPa，極限抗張強度為35MPa[9]。所受應力變化與膝關節屈伸位置、肌肉收縮狀態、負重或者非負重都有關係。ACL材料屬性的研究不能全面反映運動狀態下ACL受力變化。研究表明，ACL應力變化在不同外力大小、屈曲角度下及不同分束之間是不相同的。屈伸運動中，110N和22N脛骨前向外力下，當屈曲15°時ACL應力最大，為(110.6±14.8)N和(25.7±3.7)N；在屈曲90°時應力最小，為(71.1±29.5)N和(12.8±7.3)N。不同分束在屈伸過程中應力變化也不相同。屈伸過程中AMB切線模量、抗張力強度和應變能量密度都較PLB大。
AMB在屈曲角度大時所受應力更大，而PLB在伸直位或者屈曲角度小時受力較大。不同前向外力作用下(110N和22N)，外力110N情況下AMB和PLB產生應力更大，AMB最大應力產生於屈曲60°、PLB在屈曲15°；22N時AMB最大應力在屈曲15°、PLB則在伸直位。PLB對鏇轉穩定起重要作用。認識AMB和PLB應力變化規律不相同，對功能重建ACL有重要意義。
單束重建能較好的恢復ACL前後向穩定，但在鏇轉穩定上改善不大。進一步研究更接近功能解剖的雙束重建，在恢復ACL複雜功能上有重要意義。初步結果顯示，雙束重建提高前後向穩定性，恢復抗鏇轉外力上效果較單束更好，更接近正常ACL功能。
絕大多數ACL生物力學方面的研究都是基於動物體內或者人體屍體標本上進行的。對正常人體生理狀態下ACL受力情況了解很少。了解生理條件下ACL受力變化規律，對術後指導康復鍛鍊、促進功能恢復有重要意義。
日常活動中ACL最大應力均小於極限應力，一般為極限應力0.0%～44%。正常情況下以股四頭肌收縮為主、屈曲度較小情況下(如股四頭肌等長收縮、蹲起、主動伸膝等)ACL受力較大；而以膕繩肌收縮為主、屈曲度較大情況下(如膕繩肌等長收縮、60°和90°時股四頭肌的等長收縮和股四頭肌、膕繩肌協同收縮等)ACL應力則很小。步態循環中早期階段(腳離地過程)ACL所受剪下力較大，在單腳離地時刻產生最大應力303N[11]。後期階段(腳著地過程)由於肌肉收縮、地面反作用以及脛骨-股骨之間相互作用，此時ACL受力較小。了解生理活動下ACL受力變化規律，對術後正確康復，避免ACL危險位置和動作，防止負荷過大有重要意義。
