膝關節置換的原因
1、長期患有關節疾病
2、膝關節的嚴重畸形
3、關節骨質結構破壞和對線不良
膝關節解剖概要與生物力學特點
一、膝關節的構成
(一)骨性結構
膝關節由股骨遠端、脛骨近端和髕骨共同組成，其中髕骨與股骨滑車組成髕股關節，股骨內、外髁與脛骨內，外髁分別組成內、外側脛股關節。在關節分類上，膝關節是滑膜關節(synovialjoint)。
髕骨是人體內最大的籽骨，它與股四頭肌、髕腱共同組成伸肌裝置(extensorapparatus)。蘸骨厚度約2~3cm，其中關節軟骨最厚處可達5mm。髂骨後表面的上3/4為關節面，由縱向的中央嵴、內側峭分為外側關節面、內側關節面和奇面或稱第3面(theoddfacet．thirdfacet)；內、外側關節面又被兩條橫嵴劃分為上、中、下三部分，故總計有七個關節面。髕骨後表面的下1/4位於關節外，是髕腱的附著點。
股骨遠端的前部稱為滑車(trochlea)，其正中有一前後方向的切跡將之分為內、外兩部分，滑車切跡向後延伸為髁間切跡(intercondylarnotch．ICN)，向前上延伸止於滑車上隱窩。股骨遠端的後部為股骨髁(femoralcondylars)，由ICN分為股骨內髁和股骨外髁，分別與內、外滑車相延續，構成凸起的股骨關節面。從側面觀，股骨外髁弧度大於內髁且較內髁更突前，而內髁比外髁更加向後延伸。
參與構成膝關節的脛骨平台並非絕對水平，而是在一定程度上呈由前向後逐漸下降的趨勢，即所謂脛骨平台後傾角。脛骨平台中央有一前一後兩個髁間棘，其周圍為半月板和交叉韌帶的附著處。外側脛骨關節面的前l/3為一逐漸上升的凹面，而後2/3則呈逐漸下降的凹面。內側脛骨關節面則呈一種碗形的凹陷。如此，凸起的股骨關節面和凹陷的脛骨關節面彼此吻合，使膝關節得以在矢狀面上作伸屈活動；然而外側脛骨關節面的特徵性凹陷結構又使得外側脛股關節面並非完全吻合，從而允許膝關節在水平面上有一定的鏇轉活動。並且膝關節的伸屈活動也不是同軸運動而是具有多個瞬時活動中心的運動。因此，在結構上膝關節是一個不完全的絞鏈式關節(incongruentormodifiedhingejoint)：正常的膝關節具有約135°的屈曲和5-10°的過伸活動範圍，在水平軸面上向內、外有約3°的鏇轉活動範圍，此外，尚存在前後和側向的小範圍活動。
(二)半月板解剖
半月板是關節內唯一沒有滑膜覆蓋的組織，其冠狀斷面呈三角形結構，可概括為“三面一緣”：與股骨髁相關的上表面，與脛骨平台相關的下表面，借冠狀韌帶與關節囊、脛骨平台相連的周圍面(又稱半月板壁或半月板邊緣)及關節腔內凹形的游離緣。除冠狀韌帶外，半月板的前后角借纖維組織連線固定於髁間棘周圍。不僅如此，在前部半月板借半月板髕韌帶與髕骨相連，故伸肌裝置可惜此調節半月板在關節前部的活動：在後部半月板分別借纖維組織與半膜肌、膕肌相連，使二者得以調節內、外側半月板在關節後部的活動。
在組織學上半月板是一種纖維軟骨組織，由三組纖維交織構成：水平纖維呈前後走行構成半月板的主體，直纖維與斜纖維連線上下表面，放射狀纖維連線半月板壁與游離緣。
外側半月板為—2/3環形。前角后角大小相當。半月板周圍面與關節囊的緊密結合在後部為肌腱所打斷，井在後關節囊上形成膕肌裂孔(poplitealhiatus)。外側半月板后角的穩定和活動由半月板股骨後韌帶和胴肌提供；半月板股骨後韌帶即板股後韌帶(posteriormeniscalfemoralligament．PMFL)，又稱第三交叉韌帶，從外側半月板后角發出，經後交叉韌帶前面或後面，止於股骨內髁外側面。位於前面者又稱Humphrey韌帶，位於後面者又稱為Wrisberg韌帶。板股韌帶的出現率在不同文獻中報告不一，其解剖變異可導致半月板的過度活動。膕肌則起乾脛骨後面，其向前、外、上方走行，穿膕肌裂孔變成膕肌腱，止於股骨外上髁的下前方。
內側半月板呈半月形，其前角小而薄，后角則厚而重。內側半月板與關節囊的結合緊密無中斷。其后角借纖維組織與半膜肌直頭相連，故有一定的活動度。
(三)交叉韌帶解剖
在膝關節中心，股骨內外髁與脛骨之間的前、後交叉韌帶是維持膝關節穩定的最重要和最堅強的韌帶結構。前交叉韌帶(ACL)在膝關節完全伸直時緊張而於關節屈曲時松馳，其作用在於防止股骨向後脫位、脛骨向前脫位及膝關節的過度伸直和過度鏇轉。後交叉韌帶(PCL)則隨著膝關節的屈曲而逐漸緊張，它有利於防止股骨向前脫位、脛骨向後脫位以及膝關節的過度屈曲。前交叉韌帶起於脛骨平台內側髁間嵴前方、近內側半月板前角附近關節面，向外、上、後走行，止於股骨外髁的內側面。前交叉韌帶由多組纖維束組成，走行過程中有一定程度的扭轉，脛骨附著點處位於前方的纖維在股骨附著點處轉為內側纖維。成人前交叉韌帶的長度約38mm，寬度約11mm，後交叉韌帶的長度與前交叉韌帶相似，寬度約13mm，是膝關節內最強大的韌帶結構。
後交叉韌帶起於脛骨平台髁間區後部近脛骨骺線處，其向內、上、前方延伸，止於股骨內髁外側骨面前部。與前交叉韌帶相似，其走行過程中亦有一定程度的扭轉：位於脛骨附著點後部的纖維在股骨附著點處轉為外側纖維。
(四)側副韌帶解剖
膝關節的內側、外側分別有內側副韌帶和外側副韌帶，又稱脛側副韌帶和腓側副韌帶，內側副韌帶分為淺深兩層，淺層由前部的平行纖維和後部的斜行纖維組成，它上起股骨內上髁，向下向前止於脛骨內側，平行纖維寬約1．5cm，向後與半膜肌直頭交織延伸為內側副韌帶淺層的斜行纖維。內側膝關節囊走行於內側副韌帶淺層深面時增厚成為深層內側副韌帶，並與淺層之間形成滑囊以利於活動。充分伸膝時，內側副韌帶淺層的平行纖維、斜行纖維緊張而利於關節的穩定：屈膝時，淺層的斜行韌帶形成一松馳囊帶而平行纖維緊張並在深層韌帶表面向後推移蓋過深層韌帶從而保持關節的穩定。內側副韌帶的作用還在於能控制脛骨在股骨上的外鏇。
外側副韌帶位於膝關節外側的後1/3，可分為長、短二頭，長頭起自股骨外上髁，短頭起自豌豆骨(fabella)，同上於腓骨莖突。充分伸膝時外側副韌帶繃緊，屈曲時則有松馳的趨勢。在膝關節伸屈活動中，伴隨著脛骨鏇轉而引起的外側副韌帶的松馳主要通過股二頭肌環繞於其周圍的腱纖維保持連續性張力，從而維持關節的穩定性。外側結構的穩定由外側副韌帶、股二頭肌、髂脛束共同維持。
01(五)脂肪墊
脂肪墊，即髕下脂肪墊是一團局限於髕骨下方、髕韌帶後方、脛骨平台前部之間的脂肪組織，其表面被滑膜覆蓋而與關節腔隔離。脂肪墊在髕骨下半邊緣處始向兩側延伸形成翼狀皺襞或翼狀韌帶(alarfold，alarligament)。脂肪墊還由正中部向後延伸至髁間切跡，形成條索狀的髕下皺襞(infrapatellarfold)，有時可達前交叉韌帶的股骨止點附近，矢狀面觀呈斜向後上走行
(六)滑膜、滑膜皺襞與滑膜囊
膝關節滑膜腔是人體最大的滑膜腔，關節內多數的無血管組織依賴關節滑膜分泌的滑液獲得營養。滑膜腔的上方延伸至髕骨上約5cm，形成髕上囊，向下延伸至股四頭肌腱膜後，周圍覆蓋在股骨髁表面，向兩側形成內、外側溝或內、外側隱窩，向遠側延伸與半月板連線，再向下覆蓋脛骨平白緣，直到關節軟骨，在前下方滑膜覆蓋髕下脂肪墊並於兩側向中央延伸至髁間窩，形成翼狀皺襞即所謂黏膜韌帶。前、後交叉韌帶均被滑膜包裹，而且外側半月板外後方的膕肌腱和膕肌裂孔也被滑膜所覆蓋。在正常的膝關節內，可以存在若干發育殘留的滑膜皺襞(Plica)，常見的有髕上內側或外側滑膜皺襞，另一個有重要臨床意義的滑膜皺襞是由髂內上滑膜皺襞向下延伸至髕下脂肪墊滑膜上方的滑膜皺襞，即所謂髕內側皺襞或棚架(Shelf)，此皺襞可占正常膝關節的20%或更多。膝關節周圍還有著大大小小許多滑膜囊，其中主要包括位於髕骨上方、股四頭肌與股骨滑車陷窩之間的髕上囊，位於皮膚與髕骨前面之間的髕前滑囊及皮膚與脛骨結節之間的髂下滑囊。
二、與膝關節置換術相關的解剖特點
(一)下肢對線
準確地理解和建立精確的下肢對線是人工膝關節置換術的最基本也是最重要的概念。脛股角是股骨解剖軸線與脛骨解剖軸線在膝關節中心相交形成的向外側的夾角，此夾角平均為174°。
在正常的生理情況下，當人體站立位時，股骨頭的中心、膝關節的中心及踝關節的中心應處乾同一條直線，此直線即為下肢的力學軸線或稱機械軸(mechanicalaxis)：且此時經膝關節平面的水平軸(transverseaxis)則應與地面相平行。經股骨幹的股骨解剖軸與上述下肢機械軸在膝關節中心相交形成平均約為6°的外翻角，根據股骨頸乾角和股骨頸及股骨幹長度的不同，此角度可能會有變化。正確地認識和理解股骨解剖軸與下肢機械軸及其角度的意義對於在膝關節置換術中重建正常的對線是至關重要的。(圖示)
02在病理情況下，由於膝關節的內/外翻，正常的脛股角將發生變化，而下肢的機械軸將不可能通過膝關節的中心，這正是我們在膝關節置換術的術前計畫和手術中需要通過測量和截骨解決的問題。通過計算和測量準確的截骨才能使下肢力線獲得正確的重建。下肢力線的重建是確保手術成功的關鍵，也是避免術後因應力不均而造成鬆動的重要環節。
關節線(jointline)是膝關節對線的另一重要內容。在冠狀面的關節線升高和降低將影響到髕骨和滑車的相對位置，導致高位或低位髕骨。因此，TKA手術中重建關節線的正常高度也是TKA手術中的重要環節(圖示)。一般來說，關節線的降低比關節線的升高更有害。另一方面，解剖上的脛骨關節線在矢狀面上雖有一定的後傾角度，但如果考慮到半月板的因素，事實上脛骨關節面的後傾幾乎為零。儘管許多膝關節假體強調脛骨的後傾，但已有足夠的證據表面，脛骨後傾並無十分必要。
圖示下肢對線
03(二)膝關節的穩定結構
膝關節的穩定結構除了依賴於膝關節骨，哇結構本身的特殊構造以外，還有賴於前/後交叉韌帶的制約、內/外側副韌帶的平衡、以及伸膝裝置與股四頭肌及膕繩肌的力量均衡。除了高限制型和鉸鏈假體在設計上較少地依賴於膝關節本身的穩定結構以外，其他的非限制性假體和部分限制性假體均對膝關節本身的穩定性有一定的要求。尤其是內/外側副韌帶的平衡和穩定作用對膝關節置換術後維持人工關節的正常功能非常重要。因此，術前對膝關節穩定結構的檢查和關節穩定性的評估對選擇假體和確定手術方案具有重要的意義。(圖示)
04(三)髕股關節的解剖特點
髕骨是伸膝裝置中的重要結構，對增加股四頭肌的力臂和作功具有重要意義。由於股四頭肌的力線與髕腱縱軸線之間存在一個外翻角度即股四頭肌角(Q角)，因而，髕骨存在著向外側移位的傾向。事實上，在許多伴有髕股關節退變的膝關節骨關節炎的病例中，都有不同程度的外側支持帶緊張和髕骨外側傾斜和/或外側位移。在人工膝關節置換的手術中，應該考慮到髕骨脫位的可能，因而全膝置換時重建正確的髕骨-滑車軌跡是非常重要的，必要時採用外側松解等方法。另一方面，在解剖上的髕骨關節面的最高點並非位於髕骨的中心而是偏內側，因此，髕骨置換時應考慮到這一解剖特點。(圖示)由於TKA手術後的失敗有相當部分是髕骨問題，而且髕骨置換與否在全膝關節置換術中仍然是有爭論的課題，但髕股關節作為膝關節的一個重要組成部分，在膝關節置換術中與脛股關節同樣具有重要的意義。
圖示髕骨關節面的位置
05此外，與髖關節不同，由於膝關節周圍尤其是前方缺乏肌肉保護，切口裂開後將可能造成假體外露，加之膝後有重要的血管神經組織等解剖特點，使膝關節置換與髖關節置換術有較大的不同。
三、膝關節的生物力學特點
了解膝關節的生物力學特點對理解人工膝關節假體的設計原理和手術操作原則是至關重要的。由於上述的解剖特點，決定了膝關節在負荷、運動及穩定等生物力學特性上的複雜性。
(一)膝關節的負荷
膝關節的負荷隨人體的運動和步態方式有很大的變化，膝關節站立位的靜態受力(雙足著地)為體重的0．43倍，而行走時可達體重的3．02倍，上樓時則可達到4．25倍。正常膝關節作用力的傳遞藉助於半月板和關節軟骨的蠕變使脛股之間的接觸面增大，從而減少了單位面積的力負荷。在冠狀面上，當一足站立時，人體的重力沿垂直重心線傳遞並經過膝關節的內側(圖示)。這一重力作用使股骨傾向脛骨內側髁。此時，闊筋膜張肌和臀大肌通過髂脛束靠外側力來保持平衡，這些力的和代表膝關節在此面上的總的支持力，其合力則是經過膝關節中心。早期PCA膝關節系統強調重建生理解剖，即考慮脛骨截骨面的2-3°內翻。但對人工關節而言，絕大多數醫生和工程師贊成將脛骨截骨平面與脛骨長軸垂直，以獲得均衡的負荷。力的不平衡和合力方向的改變將造成脛骨內外側髁的受力不均，從而產生膝關節內/外翻。而人工關節置換術後的力學失衡將導致脛骨假體的鬆動。
06(二)膝關節的運動模式
膝關節的運動模式並非一個簡單的屈伸運動，而是一個兼有屈伸、滾動、滑動、側移和軸位鏇轉的複雜的多自由度的運動模式。因此，模仿膝關節的生物學運動的假體設計是極其複雜的，單純的鉸鏈式設計是無法達到或接近正常的膝關節運動的。(圖示)
07在矢狀面，膝關節的伸屈運動並非圍繞著同一個鏇轉中心，而是根據運動的過程產生多個瞬時鏇轉中心。當接觸面的質點速度方向切於關節面時，運動的阻力最小，並可在根據接觸面的垂線上求出瞬時鏇轉中心，如瞬時中心不在此線上，膝關節將出現滑動運動。在正常的膝關節上，任何瞬時中心的速度方向將切於關節接觸面，在膝關節由伸而屈的過程中，連續標出每個運動的瞬時鏇轉中心，則會在股骨髁上形成一個“J”形軌跡。(圖示)
(三)脛股及髕股關節力學特點
正常脛股關節間力的傳遞和應力分布與正常的半月板和關節軟骨的功能密切相關。在膝關節的運動和受力相中，由於半月板隨著關節活動的相對位移，以及具有粘彈特性的正常半月板和關節軟骨組織的應變，使關節間的壓強變化趨於緩和。而這一點正是目前人工膝關節假體所難以模仿的特性。儘管有以Oxford半月板型膝關節假體以及以LCS可活動襯墊假體為代表的摹擬可活動的半月板的膝關節假體，但距離人體的半月板和軟骨結構與功能尚有很大的區別。此外，膝關節在水平面的鏇轉運動是以內側髁為中心，這種鏇轉方式使得膝關節內側間隙易於發生退變，這也是膝關節骨關節炎病變往往以內側間隙為重，甚至出現典型的內側單腔室骨關節炎和膝內翻畸形。現代的假體設計通常將脛骨的截骨面垂直於脛骨並與地面平行，而忽略解剖上存在的3°內翻，其目的正是期望獲得中央鏇轉軸。
髕股關節是參與膝關節伸屈運動的重要結構，在膝關節活動中有著特殊的章義。髂骨除了傳遞股四頭肌的拉力和承受髕韌帶的張力以外，其關節面本身在膝關節屈曲運動時承受的應力和關節面上的應力分布是髕股關節生物力學研究的重點。髕骨的外側傾斜和外側移位是髕股對合異常的主要存在形式，其原因可能包括股骨髁的發育異常、髕骨發育異常及高位髕骨、膝外翻和Q角異常增大、內側支持帶鬆弛、外側支持帶攣縮等多種因素。
髕骨外位實際上是程度不同的髕骨半脫位，在伸直位時，髕骨很容易向外側推動，在屈膝20°時，可發現髕骨中央嵴與滑車凹的最低點不呈對應關係而向外側移位，其移位的程度對評價髕骨半脫位很有意義。因此，在屈膝20°-30°度時對髕股對台關係的評價是關節檢查中對髕股異常對合診斷的關鍵。研究表明，髕股異常對台的直接結果是導致關節面應力或稱髕股接觸壓(patellofemoralcontactforce，PFCF)的分布異常。一方面，關節面局部的應力集中可致關節軟骨的病損，另一方面，關節面的接觸壓降低和失去接觸也會導致軟骨的退變。由於軟骨面的退變導致的軟骨厚度的喪失還可導致正常軟骨面的應力重新分布，導致整個軟骨病損的擴展。據此，可以認為髕股對合異常所致PFCF的分布不均是導致軟骨病變的潛在病因。同樣，髕股對合異常也是導致TKA術後髕骨併發症的主要原因。
髂骨關節面上的應力分布不均是產生髕股關節面軟骨退變的直接原因。在正常的生理情況下，膝關節由伸而屈至90°的運動過程中，髕股接觸壓逐漸加大，而超過90°後又逐漸減小。
由於正常髕股關節的接觸面隨PFCF的增加而增大，因而，作用於髕股關節面的應力得以分散，其壓強的變化不大。在膝關節置換時，髂骨與股骨滑車的在不同位相上的匹配度是假體設計上的重要指標，通過合理的假體設計、髕骨內置和股骨假體的外鏇位安裝可使髕骨假體更容易與滑車相匹配。(圖示)
08(四)膝關節的力學穩定
由於前述膝關節的骨性結構、半月板，關節囊及附屬韌帶結構的共同作用，膝關節可以保持靜態與動態的穩定性。膝關節在完全伸直位，關節將發生扣鎖，而獲得最大的關節穩定性，這是因為膝處於完全伸直位時，股骨在脛骨上向內鏇轉；而於過度屈曲位時，股骨則向外鏇轉，此時將通過關節面的咬合和交叉韌帶的制導作用增加關節的穩定。在人工膝關節假體設計中，人工關節的機械穩定性與關節的自由活動度是一對矛盾。為了獲得更大的自由活動度，往往需要犧牲人工關節本身的穩定性設計。因而，人工關節植入後的穩定更多地依賴於關節的周圍結構的正常尤其是側副韌帶的平衡。應該指出的是，全膝關節置換術後的膝關節無論是否保留了PCI，都是ACL缺如的膝關節，其前方穩定性有賴於伸膝裝置的穩定尤其是股四頭肌的力量。同時，由於失去了交叉韌帶的“扣鎖機制”，其本體穩定感覺將較正常膝關節差。
膝關節置換術的適應證與禁忌證
膝關節置換術根據以人工假體置換不同的病變關節部位可分為單髁置換、全膝關節置換(可包括或不包括髕骨置換)、股骨髁或脛骨髁大塊切除後的帶乾的特製假體置換。單髁置換術多用於重度的單腔室關節病變而另一側關節間隙及髕股關節基本正常的病例。其目的是儘可能地保留正常的關節結構，減少手術創傷，以期獲得更好的功能恢復，並為今後的全關節置換留有餘地。但單髁置換的技術要求較全關節置換術更高，且文獻報告的遠期療效的優劣差距較大。帶乾的膝關節假體主要套用於腫瘤的瘤段切除後的關節功能重建和嚴重骨缺損的膝關節翻修，由於個體差異的因素，此類假體往往需要特殊定製。在膝關節置換外科中，全膝關節置換術是最典型和最基本的手術，其原理同樣適用於其他類型的假體置換手術。因此，該手冊將以全膝關節置換(TKA/TKR)為主要描述對象。
膝關節置換術的目標是解除關節疼痛、改善關節功能、糾正關節畸形和獲得長期穩定。主要適應證包括：
1．退變性膝關節骨關節炎(OA)：老年性膝關節OA占全膝置換術的最大比例。對於站立位x片膝關節間隙已明顯狹窄和/或伴有膝關節內/外翻/屈曲攣縮畸形，其症狀已明顯影響關節活動和生活能力的病例，經保守治療不能改善症狀者，可考慮施行全膝關節置換術。對單腔室OA可考慮進行單髁置換術。經脛骨高位截骨術後仍不能改善症狀的單腔室OA也可施行全膝關節置換術。
2．類風濕性關節炎(RA)和強直性脊柱炎(AS)的膝關節晚期病變：RA或AS常可累及雙側膝，關節。對出現關節畸形的晚期病例，在關節融合之前，可有明顯的關節疼痛症狀。由於患者的平均年齡較OA病人輕，選擇全膝關節置換可以避免關節的強直性融合，明顯地改善關節功能，提高患者的生存質量。但由於RA/AS患者的關節周圍結構的攣縮以及多關節的病變，對此類患者的療效期望值不應過高。
3．其他非感染性關節炎引起的膝關節病損並伴有疼痛和功能障礙。如大骨節病、血友病性關節炎等。
4．創傷性骨關節炎：嚴重涉及關節面的創傷後的骨關節炎，如粉碎性平台骨折後關節面未能修復而嚴重影響功能的病例以及因半月板損傷或切除後導致的繼發性骨關節炎等。
5．大面積的膝關節骨軟骨壞死或其它病變不能通過常規手術方法修復的病例。
6．感染性關節炎後遺的關節破壞，在確認無活動性感染的情況下，可作為TKA的相對適應證。
7．涉及膝關節面的腫瘤切除後無法獲得良好的關節功能重建的病例。此類病例可能需要特殊定製的假體。
總之，全膝關節置換術的適應證是廣泛的，但並不意味著可以濫用這一術式。儘管全膝關節置換術可以獲得較為理想的功能恢復效果，但由於全膝關節假體在機械磨損及多次翻修等方面的問題並未徹底解決，因此，嚴格地掌握手術適應證和考慮接受TKA患者的年齡依然是十分重要的。但由於翻修手術在假體設計和技術上的可行性，年齡不再是選擇全膝關節置換術的絕對指征，但對年輕患者的全膝手術仍應考慮到二次手術的條件。
手術禁忌症
1．膝關節周圍或全身存在活動性感染病灶應為手術的絕對禁忌症。
2．膝關節肌肉癱瘓或神經性關節病變包括肌性膝反張等。
3．全身情況差或伴有未糾正的糖尿病應在正規的內科治療使疾病得到控制後方可考慮手術。
4．其他可預見的導致手術危險和術後功能不良的病理情況。應在糾正這些因素以後才能考慮手術。
5．對無痛且長期功能位融合的病例不應作為人工關節的適應證。
膝關節假體設計、分類和假體選擇
一、膝關節假體設計原則
現代的膝關節假體設計雖然種類繁多，但大多基於同一個原則：即以植入的關節假體提供類似於正常膝關節的伸屈和鏇轉模式，並籍假體本身及膝關節的韌帶及軟組織平衡獲得靜態及動態的穩定性。儘管今天的假體設計尚不可能達到如正常膝關節相同的功能，但上述原則仍是假體設計者和臨床醫生所共同追求的目標。雖然各種設計類型的全膝關節假體的形態不一，但設計原理卻大致相似，借鑑了人工全髖的成功經驗，目前膝關節假體的材料選擇以金屬的股骨髁假體對超高分子聚乙烯的脛骨及髂骨假體為主。各種不同膝關節假體所使用的材料可能會有區別，但仍然以高強度的鈷鉻合金(Co-Cr)和超高分子量的聚乙烯(PE)為主。而在脛骨托的材質使用上也有採用彈性模量更接近骨質的鈦合金。
在脛骨假體的設計上，有全聚乙烯假體和由金屬託和聚乙烯組合的兩種設計，帶有金屬託的假體使載荷通過金屬託均勻地傳導到脛骨，減少了聚乙烯蠕變導致的應力不均，並更多地考慮了翻修手術時的方便且可設計成非骨水泥固定假體，因而更多的醫生願意接受這一設計而成為現代膝關節假體的主流選擇。髕骨假體的設計同樣有全聚乙烯和帶金屬背的兩種設計，但由於帶金屬背的假體勢必要減少聚乙烯的厚度或過多切骨，從而容易導致髕骨假體的磨損、斷裂以及髕骨的骨折，因此，其套用較少。此外，以LCS假體為代表的活動襯墊型膝關節將脛骨假體的聚乙烯墊設計成可在金屬託上滑動的所謂Mobilbearing假體，使得股骨髁可以與脛骨墊得到最大的匹配度從而減少聚乙烯磨損，也更接近正常膝關節的運動模式，有作者稱此類假體可能成為未來膝關節假體的設計方向，但對其療效的評價還有待時日。
二、膝關節假體的分類
根據膝關節假體使用的部位可分為單髁假體或稱單間隔假體、不包括髕股關節置換的雙間隔假體及全關節假體或稱三間隔假體。根據假體設計中提供的機械限制程度可分為非限制性假體、部分限制性假體、高限制性假體和全限制性假體(鉸鏈式假體)，根據假體的固定方式還可將其分為骨水泥固定型假體和非骨水泥固定型假體。
三、膝關節假體的選擇
1．固定方式的選擇：對膝關節假體而言，由於骨水泥固定型假體的較好的長期隨訪結果，使得這一類型的假體被廣泛接受。在膝關節置換手術中，骨水泥的作用己不僅僅是固定假體，而更重要的作用是加強骨床的承載強度，尤其是在脛骨側。近年來發展起來的非骨水泥固定型假體，如各種微孔型或HA塗層假體在近期獲得了較女子的隨訪結果，但由於缺乏遠期隨訪，尚無法與骨水泥型假體相比較。參照全髖關節置換術的經驗，對60歲以上的患者，可使用骨水泥固定，對年齡較輕的患者可選擇非骨水泥固定股骨側假體。但目前絕大多數醫生仍推薦使用骨水泥固定脛骨側假體。
2．單髁假體的選擇；單髁假體屬於非限制性假體。對於單純的內側或外側間隔的病變，理論上可以選擇單髁置換，成功的單髁置換手術可以最大限度地保存關節的組織結構和運動功能，並為二次TKA手術留有餘地。但單髁手術對手術操作技術的要求較高，不準確的手術可能會導致失敗，此外，單間隔的病變往往伴有膝關節的力線改變，有時截骨手術也能達到較好的效果。而施行單髁置換術時如不能糾正膝關節的負重力線和獲得良好的平衡狀態，手術仍可能導致失敗，因而，單髁假體置換在膝關節置換外科中所占的比例較小。
3．不同限制程度的全膝假體的選擇：膝關節假體的機械限制提供了假體的機械穩定性，但同時與關節的活動度形成了一對矛盾。一般來說，較少限制的假體可以獲得更好的關節運動功能，而對關節穩定結構的完整及操作技術有更高的要求。較多限制的假體在設計上提供了假體關節額外的機械穩定性，但因此可能會導致切骨較多和損失部分關節活動度，並且可能由於其限制性導致假體與骨界面的機械鬆動。
*非限制性假體：非限制性全膝假體以保留後交叉韌帶(CR)假體為代表，保留的PCL維持了假體植入後的後方穩定性，因而允許脛骨關節面趨向於大曲率的低限制設計而獲得更大的關節活動度，但同時由於股骨髁部件與脛骨關節面的接觸面變小，易致磨損，PCL的保留還可能使屈曲攣縮畸形難以糾正。因此，新的設計摒棄了脛骨墊的近似平面的設計而增加了股骨與脛骨的匹配度以減少磨損但也獲得了一定的限制度。事實上，全膝關節假體都存在不同程度的機械制約，包括保留後交叉韌帶的假體，只是限制較少而已。此類假體的設計中較多地考慮到關節的活動度而使得假體本身具有較少的機械制約。其置換術後的穩定性更多地依賴於維持膝關節穩定的韌帶結構的完整性和膝關節周圍軟組織的平衡。對於年輕、關節穩定結構完好的患者可選擇此類保留交叉韌帶的假體，可望獲得更大的關節活動度。但保留的PCL在膝關節活動過程中可能與假體產生生物力學紊亂，尤其在有屈曲攣縮畸形和PCL緊張的病例中，這一紊亂更為突出。因此，CR假體在目前臨床套用的比例與80年代相比呈現下降趨勢。
*部分限制性假體：部分限制性膝關節假體以後穩定型(PS)或稱後交叉韌帶替代型(CS)為代表，是指那些界於非限制性和高限制性之間的假體。它是通過脛骨墊中央的凸起和相應的股骨髁間凹槽替代PCL的功能。其優點是適應證廣，對於PCL功能不全或因膝關節屈曲攣縮無法保留PCL的病例無疑是最好的選擇。其缺點是比CR假體更多的切骨量以及過屈時可能導致股骨髁與脛骨假體後緣的撞擊而使關節活動度減小。但最新的設計考慮到早期設計的缺點而進行了一系列改良，使後交叉韌帶替代型假體的臨床套用比例出現增加。
是否保留PCL在理論上仍然存在爭論，在假體的選擇上應根據患者的膝關節條件和術者的手術經驗選擇合適的假體。早期脛骨部件的平面設計由於點狀接觸導致高磨損率，應避免使用。事實上，上述各類假體雖品牌繁多，但設計思想相似，療效的優劣並不僅僅取決於假體選擇，而更多地取決於手術者對手術的精確設計和熟練的操作技術以及術後的正確的康復措施。
*高限制性膝關節假體：此類假體如CCK,TC3等針對膝關節不穩定採用更高大的脛骨凸和更匹配的股骨設計，以獲得側向和後方的穩定性。主要用於側副韌帶功能不全、伴有較大骨缺損或嚴重畸形的初次置換病例以及使用非限制性或部分限制性假體初次置換失敗後的翻修手術。
*全限制性膝關節假體全限制性假體以鉸鏈式膝關節為代表，此類假體的鉸鏈設計提供了足夠的機械穩定性，因而可套用於膝關節腫瘤截除術後以及膝關節穩定性喪失的全膝翻修術。單純鉸鏈膝關節假體的長期隨訪結果顯示有較高的鬆動率，一般已不再套用於初期的全膝置換術。但近年來，各種可鏇轉鉸鏈膝關節假體的設計已能獲得與非限制膝關節接近的伸屈/鏇轉活動度，因而，對膝關節穩定性喪失的病例而言，仍不失為一種較好的選擇。
*此外，各類假體還可與各種墊片與可調式加強物以及髓內固定桿相配合以適應修復骨缺損和重建對線以及翻修術和腫瘤切除後保肢手術的需要。
09膝關節置換的術前準備
一、理論與技術準備
膝關節置換是一項需要理論基礎和技術經驗的專業工作。只有經過充分的理論和技術準備才可能獲得滿意的臨床結果。對初次開展全膝關節置換手術的醫生而言，單純參觀一例TKA手術不可能了解到這一手術的全部內涵。我們建議初學者應該閱讀並理解有關膝關節置換的著作、接受正規的膝關節置換訓練班的培訓、在模型上操作以熟悉工具的使用、並在有經驗的醫生指導下開展膝關節置換手術。
二、術前準備
病例選擇
嚴格掌握適應證與禁忌症。
全身檢查
包括一般的常規術前檢查，特別要注意糖尿病、下肢深靜脈狀況、及有無全身感染情況。
膝關節檢查
一般檢查：通過視(望)、觸、動、量等常規手段對膝關節的外形、腫脹或關節積液、皮溫、肌肉萎縮、觸壓痛、股四頭肌與膕繩肌肌力、關節活動度及肢體對線(膝關節內、外翻)等作出初步評價。
膝關節的測量檢查：測量在對膝關節的評價方面具有非常重要的意義。對從事關節外科的醫生而言，一根軟尺及一把骨科專用角度尺就象內科醫生的聽診器一樣重要。膝關節的測量應包括肢體對線、Q角、關節活動度(RangeofMotion，ROM)、髕上10cm(最好包括經關節線及髕下10cm的)關節周徑、髕骨位置與內外側活動度等多參數的雙膝對照測量，左、右膝關節的測量值的差異往往是有意義的。
韌帶穩定性檢查：Lachman試驗和抽屜試驗是檢查交叉韌帶功能的最重要檢查，利用KT-1000或KT-2000等專用測量工具還可以精確地測出關節的鬆動情況，對於評價交叉韌帶的功能是十分有意義的。側方加壓試驗則是檢查側副韌帶功能的主要手段。通過上述檢查，應能夠作出膝關節穩定性的判斷，提出膝關節不穩的類型，井對韌帶的穗定功能作出合乎邏輯的推理。
膝關節的x線檢查：膝關節的常規x線檢查在對膝關節置換術前評價中具有特別重要的意義。最有意義的標準X片應該是包括站立位的下肢全長的前後位片，也可通過拼接法獲得全長片，以及膝關節的側位及30/45度的髕骨軸位片，這些x片不僅可獲得一般性的診斷資料，而且對肢體對線、關節間隙、髕一股相稱性(髕骨外位、髕骨傾斜等)的測量有著重要意義。
為排除某些不適合施行TKA手術的疾病，關節穿刺以及關節液的常規和細菌學檢查、CT、MRI、同位素骨掃描等都有一定的參考價值。此外，膝關節鏡檢查雖然井非是膝關節置換術前的必要檢查手段關節鏡檢查是評價膝關節病變情況最有價值的方法之一。
實驗室檢查
除常規實驗室檢查外血沉和c反應蛋白檢查對排除感染性關節炎和為術後隨訪提供參照具有重要意義。
術前評價
採用通用的膝關節評分體系對患者術前狀況作出客觀和量化的評價，以了解患者的術前狀況和為術後隨訪提供資料。(附表：紐約特種外科醫院HSS膝關節評分)
膝關節置換基本技術
膝關節置換技術對手術的成功是至關重要的環節。而對操作技術的掌握並不僅僅是手技的熟練，更重要的是對假體設計思想和安裝要求的理解，以及對重建下肢對線與軟組織平衡等必要因素的認識。
一、膝關節置換技術的基本要求
全膝關節置換的手術操作技術對不同的假體而言有不同的要求，不同的操作器械繫統也有不同的操作方法，但在手術暴露、軟組織松解與平衡、糾正畸形等方面的外科處理上則應遵循相同的原則。
成功的全膝關節置換手術的應該做到以下幾個方面：
1．精確的假體對線
根據術前和術中測量，準確地使用配套的導向器械進行精確的對線和切骨，在適當外翻位行股骨遠端切骨，與脛骨長軸垂直在脛骨近端切骨，重建正確的下肢對線，包括建立正確的下肢力線和關節線。將誤差限制在最小的範圍內。
102．良好的軟組織平衡
通過軟組織松解獲得軟組織在伸屈狀態的平衡，糾正膝關節內外翻或屈曲攣縮畸形。對內翻畸形，松解內側限制因素，外翻畸形逐步地松解外側結構。假體置入後的內外側張力保持平衡一致，不存在過度緊張和松弛現象。
3．相等的伸屈位間隙
通過測試及必要時調整切骨獲得伸直位和屈曲位相等的關節間隙和穩定。
4．正確的髕骨軌跡
可通過股骨及脛骨假體準確定位，髕骨表面精確修整，細緻的試件測量，必要時支持帶松解來建立正確的髕骨-股骨滑車運動軌跡，以最大限度地減少髕骨併發症。
5．合適的假體型號
於股骨側位像評估前後位假體型號，所選擇型號偏小，會在屈膝時造成鬆動、在股骨皮質上可能產生凹痕；型號偏大則在屈膝時過緊，加大股四頭肌移動範圍。脛骨假體應獲得最合適的覆蓋率。
6．可靠的骨水泥固定
通過可控制技術，精確安裝假體，避免骨水泥過厚或不均造成假體安裝誤差。保證建立全面的骨-骨水泥-假體交鎖來實現可靠的固定。
二、膝關節置換的技術要點.
入路：最常用的是Insall倡導的膝關節前正中入路，在髕骨上極5-10cm經髕骨前方向脛骨結節內側緣作長約15-20cm的縱行皮膚切口，向內側游離皮瓣，經髕骨的內側緣作關節囊的前內側切口止於脛骨結節內側緣lcm處。此入路使得皮膚切口與關節囊切口移位，從而減少了術後切口裂開導致假體外露的可能性。切開關節囊後，屈膝，向外側將髕骨脫位，必要時將脛骨結節的內側緣連同骨膜向外側稍作剝離，在脛骨近端向內、外側作銳性剝離。切除前交叉韌帶，將脛骨拉向前方，切除半月板，完全顯露膝關節的三個腔室並去除關節緣的明顯骨贅。選用後穩定型假體者，切除後交叉韌帶後，可獲得更好的暴露。對屈曲受限的膝關節或某些翻修病例中，有時需採用股四頭肌V-Y成形或脛骨結節截骨術。
軟組織平衡與畸形矯正：當病變膝關節存在內翻、外翻或屈曲攣縮畸形時，必須儘可能地矯正畸形和通過相應的內側松解、外側松解及後方松解達到軟組織和韌帶的張力平衡。
內翻畸形是膝關節OA中最常見的畸形。術中通過徹底切除脛骨和股骨內髁緣的骨贅，在脛骨側剝離和松解內側副韌帶結構獲得內外側平衡，通過掌握剝離的範圍調整松解的程度。靠緊縮外側副韌帶或切斷內側副韌帶是有害無益的。內翻畸形往往伴有脛骨內側髁的骨缺損，少量的骨缺損在切骨時可獲得平衡，但大量的骨缺損則需要通過植骨或使用楔形墊片糾正，以免過度的切除脛骨。
外翻畸形外翻畸形較內翻少見．但處理方法較內側複雜。主要是松解外側結構，但松解術主要在股骨外髁一側完成。根據外側攣縮的程度可採取松解外側關節囊、松解和切斷髂脛束Gerdy結節和脛骨附著部、松解外側支持帶和外側副韌帶，必要時松解或切斷膕斜肌腱等方法獲得內外側平衡。但應儘可能保留外側副韌帶，以維持外側的穩定性。注意松解過程中應妥善保護腓總神經避免損傷，必要時暴露和游離腓總神經。
屈曲攣縮畸形屈曲攣縮畸形常見乾類風濕晚期和重度的膝關節骨關節炎。輕度的屈曲攣縮畸形可通過對股骨後髁及脛骨後緣的後方關節囊松解糾正，而重度的屈曲攣縮必須進行徹底的後方軟組織松解和較多的股骨遠端截骨加以糾正。包括松解或切除後交叉韌帶、廣泛松解後關節囊、松解腓腸肌腱等步驟。後方松解可以在完成截骨術以後進行，此時可以獲得更好的顯露。
膝反屈畸形嚴格地講，膝反屈是膝關節置換的禁忌症，其常出現在兒麻後遺症的患者，是由於股四頭肌肌力缺陷導致的畸形。必須進行膝關節置換的病例，可以通過相對較厚的脛骨墊使其維持較大的緊張度，從而保持關節的穩定。必要時使用絞鏈式假體。
全膝置換的切骨與安裝技術不同的全膝假體和操作器械繫統均提供其規範的操作程式。
儘管其方法和操作次序各異，但無外乎以下一些步驟：
•建立對線、確定截骨角度
•股骨截骨：前方、遠端、後方、斜面截骨(某些類型還包括滑車、髁間準備)
•脛骨截骨
•髂骨準備
•測試和調整截骨量獲得精確對線和伸直位／屈曲位的相等間隙
•試安裝，選擇合適的脛骨墊厚度，測試緊張度和穩定性
•安裝假體
關於股骨和脛骨的切骨順序可依器械設計原理和術者習慣確定。先行脛骨切骨可以獲得膝關節線的參照，有利於股骨鏇轉角度的確定：而先行股骨切骨則可以為脛骨準備獲得更大的操作空間。為了獲得良好的伸屈平衡，建議在股骨遠端和前後髁以及脛骨切骨完成後進行間隙測試，必要時調整切骨量，最後進行股骨的斜面切骨及髁間準備。
