最新人工膝关节发展简史
人工膝关节仿生结构设计和生物力学关键技术及应用
人工膝关节仿生结构设计和生物力学关键技术及应用引言人工膝关节置换术是一种常见的临床治疗方式，主要应用于严重的关节炎、骨折或其他损伤所致的膝关节严重损害的患者。
随着科技的不断进步和人们对生活质量要求的提高，人工膝关节仿生结构设计以及生物力学关键技术的研究得到了越来越多的关注。
本文将从仿生结构设计和生物力学关键技术两个方面，探讨人工膝关节的最新进展和应用。
一、仿生结构设计1.1 人工膝关节的解剖和生理特点正常的膝关节由髌骨、股骨和胫骨组成，关节软骨和韧带起着重要的作用。
人工膝关节应该模拟出这些结构，并且在运动过程中要尽量减少关节表面的磨损和损伤。
仿生结构设计的关键在于模拟人体天然的关节结构和功能。
1.2 材料选择人工膝关节的材料选择至关重要，传统上常用的材料包括金属、聚乙烯和陶瓷。
近年来，生物可降解材料和纳米材料也开始逐渐应用于人工膝关节制备中，以期提高材料的生物相容性和耐磨性。
1.3 三维打印技术三维打印技术在人工膝关节仿生结构设计中起着越来越重要的作用，它可以根据患者的特殊情况，量身定制膝关节，精确度高，适应性强，减少了手术过程中的不确定性。
1.4 表面处理技术人工膝关节的表面处理对其耐磨性和功能都有很大的影响，现代的表面处理技术如纳米涂层、表面纳米结构等，可以有效地提高人工膝关节的使用寿命和力学性能。
二、生物力学关键技术2.1 运动分析技术人工膝关节置换术后，患者需要进行康复训练，运动分析技术可以帮助医生更好地监测患者的运动状态，调整康复方案，提高治疗效果。
2.2 人工关节材料的疲劳寿命测试疲劳寿命测试是评价人工膝关节材料耐久性的重要手段，通过疲劳寿命测试，可以及早发现材料的疲劳破损点，确保人工膝关节的长期可靠性。
2.3 载荷仿真技术人工膝关节在使用过程中要承受来自体重、运动等多方面的载荷，通过载荷仿真技术，可以更好地了解人工膝关节的受力情况，从而指导设计和临床治疗。
2.4 功能评估技术人工膝关节的功能评估技术可以帮助医生及时掌握患者膝关节的功能状态，评估人工膝关节的效果，指导临床治疗方案的调整。
人工膝关节发展历史简介
• 1979年 • Kinematic假体
• 1980
• IBPS由强生和Zimmer两家公司联合推 出推广。对矫形外科医生来说他是一种 非常大的技术革新。
• IBPS
• 它提供具有专利的中央突和凸轮设计防 止胫骨的后方脱位。
• 这种设计在前后面和内外面上符合胫股 髁的几何形态
• 5种股骨和胫骨尺寸
• 钴合合金超高分子聚已烯组合仍是膝关节材料的“金标 准”。
膝关节假体的种类
• 按置换范围：单髁、双髁、三间隔。 • 按固定方式：骨水泥型、非水泥型。 • 按限制程度：限制（铰链）、半限制（ps）、非 限制型cr。 • 按平台活动：固定型、旋转半月板型。
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• 2001 • MBT翻修胫骨托
人工膝关节置换术现状
• 今天，TKR手术已经成为临床常用手术。10年以上的临 床优良率在90%以上。北美达30万例/年。我国亿人 口潜在病例达3千万，市场非常巨大。我国的TKR起步晚， 80年代开始模仿TCP型假体（京航），但是材料和设计 细节上和国际品牌还有一定的差距。
1860
• 膝关节表面置换这一概念在19世纪得到实践 。1860年，Verneuil(公 认的第一位发表关于膝关节外科文章的学者)提出用软组织包裹去重建 关节面。
• 它使用了诸如猪膀胱和阔筋膜等材料进行试验，结果都令人失望。
• 在同一时期，有一名叫Fergusson的外科医生，切除整个膝关节的关节 面，使软骨下骨之间形成关节，结果发现，骨质去除越多，患者膝关节 活动越佳但稳定性较差，当骨质去除较少时，关节之间常常会自行融合， 这些手术主要用于因患关节结核和感染而破坏关节的患者，这些治疗的 结果都很差，所以只有少数严重病例患者才使用这种治疗。
人工关节材料发展综述
人工关节材料发展综述1引言当前我国正处于人口老龄化时期，各种原因引起的骨性关节炎，股骨头坏死以及老年髓部骨折等关节疾患日益增多，严重影响了老年人的生活质量，产生了极大的经济和社会负担；同时由于疾病、事故、工伤、战争以及比赛对抗程度的明显增强等各种因素，均增加了意外伤害的概率导致大量的人体骨骼病变和损伤，造成许多人残疾而失去基本的生活能力，给病人、家庭及社会带来了极大的影响和沉重的负担[1-3]。
1963年英国曼彻斯特人John Charnley首先报道了全髋关节置换手术治疗类风湿性髋关节骨性关节炎。
他利用不锈钢制作股骨头，以聚四氟乙烯（PTFE）制作髋臼，用聚甲基丙烯酸甲酯（骨水泥）固定，形成Charnley型低摩擦全髋关节假体，奠定了现代人工关节置换技术的基础[1]。
自此以后，人工关节置换技术发展迅速，日益成为治疗关节伤痛、重建关节功能的重要手段。
人工关节置换术经过近百年的发展，目前已广泛开展，能有效地根除关节病痛，恢复关节功能以及提高患者生活质量，现已被认为是最成功的外科手术之一[4]。
人工关节是模拟人体关节制成的植入性假体，以代替病变或损伤的关节病恢复其功能[4]。
人工关节包括髋、膝、肩、肘、腕、指间、跺等关节，其中以髋、膝关节置换为主。
人工关节置换是对因创伤或疾病造成破坏的关节应用人工关节材料替代病变部位而进行的修复，解除关节疼痛、畸形和功能障碍，重建一个功能接近人体正常的关节[12-13]。
目前，每年世界上大概有100万患者实施人工关节假体置换手术[20]。
据不完全统计全球每年仅全髋关节置换就达80万例，人工髋关节置换术是治疗髋关节疾病终末期病变最重要和最有效的手术之一，也是开展得非常广泛的一项技术，美国现有总人口中的0.83%接受过人工髋关节置换术[81]。
我国根据民政部门的报告，目前仅肢体不自由患者就达1500万人，其中残疾约780万人，全国骨缺损和骨损患者近300万人，且随着我国社会老龄化的到来，这一数字还有上升的趋势[2]。
单髁关节置换的发展史
单髁关节置换的发展史可以追溯到1952年，当时使用金属胫骨假体开始了单髁关节置换手术。
然而，真正的单髁关节设计直到20世纪70年代才出现，但当时的失败率较高。
随着时间的推移，人们对膝关节运动医学的认识不断提高，假体和置换技术也在不断改进。
1970年，Gunston、Engelbrecht及Marmor等学者成为单髁置换使用及发展的先驱。
1973年，Marmor报道了对单室关节炎使用单髁关节置换术（Unicompartmental Knee Arthroplasty, UKA）。
1975年，日本学者渡部对Marmor型单髁人工假体进行了改进。
1986年，Thornhill 再次报道了UKA，对UKA有了进一步的论说，并被相当一部分学者所接受。
近年来，单髁关节置换的假体和置换技术得到了进一步的发展和改进，现在的假体6至10年的生存率达到了98%。
以上内容仅供参考，建议查阅单髁关节置换的相关文献或咨询专业医生以获取更准确的信息。
人工膝关节发展简史
缺点：可能
2 引起感染， 需要定期更 换
优点：恢复
3 膝关节功能， 提高运动能 力
缺点：可能
4 引起关节僵 硬，需要长 期康复训练
人工膝关节的未来发展趋势
材料创新：使用更轻、更耐用的材 料，提高关节寿命
设计优化：采用更符合人体工程学 的设计，提高关节舒适性
智能关节：引入传感器和微处理器， 实现关节状态实时监测和调整
20世纪初， 人工膝关节 的早期实验 和研究开始
1950年代， 人工膝关节 的临床应用 开始
1960年代， 人工膝关节 的设计和材 料不断改进， 提高了使用 寿命和性能
01
02
03
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早期人工膝关节的应用
01
19世纪末，人 工膝关节开始 应用于临床
02
20世纪初，人 工膝关节逐渐 普及，成为治 疗膝关节疾病 的主要手段
1990年代：个性化膝关 节置换术逐渐普及
2000年代：计算机辅助 设计和3D打印技术应用 于膝关节置换术
人工膝关节材料的改进
01
04
新型材料：如碳纤维、石 墨烯等，具有更高的强度 和耐磨性，但成本较高
03
复合材料：金属与高分子 材料的复合，提高耐磨性 和生物相容性
02
改进材料：高分子材料， 如聚乙烯、聚氨酯等，具 有更好的生物相容性
人工膝关节的普及程度
01
人工膝关节在 全球范围内的
普及程度
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人工膝关节在 不同国家和地 区的普及程度
03
人工膝关节在 不同年龄段的
普及程度
04
人工膝关节在 不同性别的普
及程度
05
人工膝关节在 不同收入水平
的普及程度
铰链式膝关节置换
5、在人工骨干的近端或远端配置的 带孔的金属皮质骨外套长约定4cm（起加 强固定作用）。
病例1
例1， 患者女性，58岁，右侧严重膝 外翻畸形13年，入院后行旋转铰链膝（ LINK公司）置换术，术后13天拆线步行 出院。
出院后注意事项
出院后注意事项 1.保持适量步行运动 2.避免扭动膝部关节 3.如发现伤口红肿、流脓或疼痛增加，
请道医院检查。 4.如身体过胖，必需减肥，可减少膝关
节的劳损。
出院后注意事项
5.定时到医院复诊。 6.以后如身体患上其他疾病或遇到创伤
，必须告诉医生您曾接受全膝关节置换 术。医生会给您服预防性抗生素，以减 低膝关节受到病菌感染的机会 。
术前
术前
术后
术中
术中
术中
假体
假体
手术方法
1、采用瘤段切除+定制型铰链式全膝关 节置换，假体均采用骨水泥固定。
2、依据肿瘤性质及大小确定截骨距离， 并广泛切除肿瘤。
3、胫骨、股骨假体间有高分子聚乙烯垫 片。
4、保留髌骨，髌骨位置与股骨侧髌骨关 节面相对和，复位后无弹跳。
手术方法
并发症
腓总神经在矫正畸形时也可发生，发 生率约为5%。多为矫正畸形时牵拉所致， 多数可经非手术疗法恢复。
相关报道
Shaw 等报告初次置换时髌骨不稳的发生 率高达 21 %。
认为可能与假体设计不理想有关 ，因为 大多数假体滑车沟较浅且短，与髌骨的适 合性差，假体前方凸缘相对较平 ，加上 屈伸活动时非限制性的胫骨股骨的旋转， 都可能导致髌骨不稳。
康复锻炼
康复训练
最新人工关节发展简史_1
1950年 Moore在美国设计了自锁 式钴铬钼合金的股骨头假体。
1951年 Leventhal用钛股骨头， 进行尝试宣布骨可以长入钛合金假体。
1952年-1957年间Willse等人用冷 固化丙烯酸酯骨水泥进行动物试验获得 了大量数据，为人工关节的骨水泥技术 做出了贡献 。
三、现代人工髋关 节的发展阶段
（1958年~1970年）
1950年 Charnley进行了关节摩擦和润滑 机制研究的设想，做了动物试验，他认为生物 关节面，类似海绵具有弹性，内含滑液，使关 节保持低摩擦系数。那么采用润滑液润滑假体 关节面以获得低摩擦效应是不能的，应当寻求 低摩擦系数的生物材料来制作假体以达目的， 从而确立了人工关节低摩擦理论 。
60年代 人工髋关节置换术最严重的 并发症是感染，Charnley人工髋关节置 换术的感染率为7%，1966年Charnley 首先使用了空气层流净化手术间，个人 空气隔离系统，预防性抗生素，使术后 感染率大大降低。由于Charnley对人工 关节作出的重大贡献，被公认为现代人 工关节之父 。
四、骨水泥型与非 骨水泥型共同发展阶段
人工关节发展简史_1
什么是人工关节（又称人工假体）：
人工关节是以各种不同生物材料 制成的模拟人体解剖关节。如模拟肢 体骨干某一部分或椎体、人工股骨干 假体、人工肱骨干假体、人工椎体等。
1895年 Jones设计了金铂关节成形术。
1910年 德国Dethert用橡胶假体施行了 全髋关节置换术。
膝关节假体
全膝关节假体历史现状未来全膝关节假体历史现状未来现代人工膝关节置换术成功的三人工膝关节置换术成功的关键因素个关键因素植入材料假体设计手术技术假体设计假体设计发展的循环临床植入发现问题膝关节置换兴起的重要外部条件1960——PMMA 固定开始流行 1963——UHMWPE 开始应用1971——FDA 批准PMMA 应用膝关节置换的重要问题¾成功用于人工髋关节的假体材料是否能够满足膝关节高负荷及关节形态和运动学复杂的要求？¾如果材料方面没有问题，人工膝关节该采用何种几何形态、固定方式和手术技术？Polycentric 膝关节假体Frank Gunston ，加拿大 1960’s 后期引入 1970’s 后期报告结果 ACL/PCL 保留 PMMA 固定Polycentric 膝关节假体Geomedic 膝关节假体Geomedic 膝关节假体现代膝关节假体的发展Polycentric 膝关节Geometric 膝关节现代全膝关节表面置换功能重建解剖重建功能重建现代膝关节假体的发展用工程学的方法解决复杂的膝关节运动学问题 切除交叉韧带解剖重建保留全部或大多数膝关节软组织限制性结构 固定性关节面，以避免与限制性软组织的冲突活动关节面Freeman ‐Swanson 膝z 铸造CoCr 合金z UHMWPE z 全聚乙烯胫骨z 单一型号z 无手术技术z 无手术器械z 1970年3月伦敦植入第一例Freeman‐Swanson膝1966-1968，英国伦敦London Splint Company（后被Howmedica收购） “condylar total knee”y引入三个重要概念：1，切除ACL/PCL2，股骨髁单一半径设计3，胫骨假体安放在平坦的松质骨截面上Freeman的膝置换技术采用MacIntosh的概念——假体应充填关节间隙，以矫正畸形和重建韧带张力 平面直角截骨——简化手术操作股骨与胫骨髓内定位伸膝空间与屈膝空间需平行与一致，引入了间隙测量器初起时需行髌骨切除，后放弃开始时的股骨髁假体无髌骨滑车沟ICLH膝Freeman‐Swanson膝I mperial C ollege L ondon H ospital kneep g p¾1974年¾增加了长而平的髌骨滑槽¾由瑞士Protek公司和美国Howmedica公司推出Freeman和InsallFreeman和Insall1950：Corpus Christie College, Cambridge, UK 1953：London HospitalFreeman Insall英国，伦敦医院美国，HSS HSS膝关节研发小组1966:Harlan Amstutz,Biomechanics and Biomaterials Laboratory at HSS1969:Peter Walker(Leeds)加入(UCLA)1970:Amstutz(UCLA),Walker领头1970年12月:Peter WalkerJohn InsallChitranjan RanawatAlan InglisHSS膝关节研发小组Peter WalkerJohn InsallChitranjan RanawatHSS膝关节第一款HSS髁型膝关节假体:Duocondylar 1970年12月推出:Cintor Division of CodmanHowmedica1971年12月:植入第一例术者:Ranawat一助:Insall二助:Joseph Hoffman在场:WalkerDuocondylar膝关节z模拟解剖,对称型,骨水泥固定z ACL/PCL/保留z无髌骨滑槽z股骨内外髁平行,相连z胫骨平台假体是分离的两块Duocondylar膝关节从Duocondylar获得的结论z需考虑髌股关节z植入单一形号的假体要符合不同的个体解剖是困难的,特别是在有明确畸形时z保留胫骨髁间嵴和ACL/PCL干扰了对膝关节畸形的矫正z两块分离的胫骨平台骨水泥固定起来不如整体性的假体容易Duocondylar膝的发展Duocondylar膝关节解剖重建膝功能重建膝Duopatella膝Total Condylar膝Duopatellar膝Total Condylar膝研发者:Insall,Walker,Ranawat影响者:FreemanTotal Condylar膝胫股假体更加形合对称性股骨髁设计额状面曲率更加符合正常解剖 股骨滑车槽ACL/PCL切除髌骨假体单块聚乙烯胫骨带短柱Total Condylar膝1973年9月,TC膝已设计定型无任何专利保护Cintor Division of CodmanHowmedica两家同时推出1974年2月,HSS第一例植入,InsallTotal Condylar膝Insall：¾研发手术器械¾采用Freeman的概念和技术：直角截骨，伸屈间术：直角截骨，伸、屈间隙平行和一致¾强调软组织松解和矫正力线的重要性；提出了内侧松解和外侧松解技术¾常规置换髌骨Total Condylar膝Total Condylar被认为是第一个获得长期优良临床效果的人工膝关节系统Insall和Burstein Burstein的加入1975年，Walker离开HSS，加入Cintor Divisionof Codman，1976年成为Howmedica的研发主管月Case Western Reserve University1976年5月，来自Case Western Reserve University的Albert Burstein加入HSS，成为生物力学部主任Burstein带来了一个工程师团队，并很快与Insall建立了良好的合作关系。
人工关节外科的发展趋势
人工膝关节外科发展趋势
四、髌骨置换的问题 髌股关节置换虽然能缓解膝前疼痛、改善登
楼能力，但术后也存在着假体松动、磨损,髌 骨床骨折等问题，并已成为膝关节翻修术的 主要原因。 髌骨是否需常规置换、如何正确安装假体及 规范手术操作等问题已倍受人们关注。
人工膝关节外科发展趋势
四、髌骨置换的问题 对于髌骨退变和破坏较轻的病例，目前仍有
人工膝关节外科发展趋势
二、假体的设计和选择： 目前膝关节假体种类繁多，假体按位置换范
围可分为单髁型、全髁型；按固定方式分骨 水泥型、非骨水泥型；按限制程度又分限制 型、非限制型。
人工膝关节外科发展趋势
二、假体的设计和选择： (一)固定方式 主要有骨水泥，非骨水泥固定型两种。 实践证明，只要使用方法得当，绝大多数骨水泥固
人工髋关节的发展趋势
生物型股骨柄假体的形状设计：最初为直柄, 最近10年设计出的锥形柄在压配机制上更加 紧密牢固,10年随访松动率不到3 %。
股骨柄的近端固定概念：是股骨假体设计的 最新进展,这种设计有助于减少假体应力遮挡 造成的负面效应。
人工髋关节的发展趋势
髋臼假体也分为骨水泥型和生物型两种：大部分报 道表明骨水泥型假体的远期松动率明显高于生物型 髋臼,因此目前生物型髋臼是首选,10年假体生存率 达98 %以上。
人工膝关节外科发展趋势
二、假体的设计和选择： (二)限制程度 限制型假体的近期临床效果较好。由于术后膝关节
只限于单一平面活动，极易引起假体－骨水泥－骨 组织界面间应力异常集中，故中远期假体松动、感 染等发生率很高。 随着手术技术的改进，人们越来越多地趋向于使用 非限制型假体，特别是行初次假体置换术的患者。 临床常用的有两种：后方稳定型（PS）, 保留后十 字韧带型（CR）。 在膝关节置换术中是否需保留膝关节后十字韧带， 目前仍有争议。
人工膝关节
4
各部位的生理功能
前后十字韧带
提供膝关节运动稳定性
髌骨
半月板
产生平滑运动 承载负荷吸收冲击
前十字韧带
髌骨(股四头肌)
产生平滑运动
前后肌肉群的拉动
弯曲及伸直
後十字韧带பைடு நூலகம்
半月板韧带
5
股骨
半月板 胫骨
5
人体膝关节受损
运动伤害 十字韧带受伤 半月板撕裂、断裂
经过几十年的发展，目前人工全膝关节置换术已经被认为是 治疗终末期或严重的膝关节炎最有效、最成功的手术之一。目 前，在全球每年数十万例的患者接受人工全膝关节置换手术。
同时，随着科技的进步，人工膝关节的使用寿命也越来越长 。国内外一些著名的治疗中心提供的统计数据表明，绝大多数 患者在接受人工全膝关节置换手术后恢复和感觉皆良好。
①按置换范围：包括单髁置换、膝关节表面置换和 铰链式
全膝关节置换； ②按限制程度又分限制性、非限制性和半限制性；
③按固定方式：骨水泥固定和非骨水泥固定。
单髁假体
用于单纯的内侧或外侧间隔的病变。 手术创伤小，可较好地保留正常的骨量、交叉韧带和正常侧的半月板
。成功的单髁置换手术可以最大限度地保存关节的组织结构和运动功 能。同时手术时间短、康复快、费用低及严重并发症少，术后关节功 能恢复更接近生理状态。 但单髁手术对手术操作技术的要
求较高特别是“截骨”环节上， 任何角度与数量细微的偏差都将 使得人工单髁关节无法安装。因 而，单髁假体置换在膝关节置换 外科中所占的比例较小。
全膝关节假体
模仿人体膝关节 的结构及活动方式 ，人工全膝关节包 括股骨假体，胫骨 假 体和髌骨假体， 由 金属制成的股 骨髁、胫骨托及超 高分子量聚乙稀制 成的胫骨垫和髌骨 假体几部分组成。
人工关节发展简史_1-精选文档
1919年 Beel在美国用经铬处理的猪膀胱施 行关节成形术。
1891年 Gluck在德国用象牙股骨头与髋臼首 次进行了全髋关节置换术用镀镍螺钉固定假体， 他还使用了骨胶作为粘合剂来固定假体，这也为 骨水泥型全髋关节置换应用技术起到了启蒙作用。
1895年 Jones设计了金铂关节成形术。 1910年 德国Dethert用橡胶假体施行了 全髋关节置换术。
Hale Waihona Puke 1923年 Smith Petersen设计了玻璃杯关 节成形术，被认为是髋关节置换术的 鼻祖 ， 以后用了许多不同材料做的杯效果均不佳。
1934年 Rehn用不锈钢杯置入髋关节脱位 患者的髋臼。
二、人工髋关节的 初步形成阶段 （1938年~1957年）
1938年 Smith Petersen 发现牙科医生 使用的钴铬钼合金材料生物惰性较强，在人体 内生物相容性较好，将其做成钟状开口的金属 杯，全股骨头在杯内活动做了 1000 例，长期 疗效不佳，金属杯与股骨头摩擦增加，股骨头 坏死疼痛。 1940年 Haboush首次在实验室用水做 润滑剂钴铬钼合金头和丙烯酸酯髋臼假体进行 磨损实验研究。 1940年 美国Valls在美国进行了短弯柄 型股骨头假体的半关节置换术。
人工关节发展简史
什么是人工关节（又称人工假体）：
人工关节是以各种不同生物材料 制成的模拟人体解剖关节。如模拟肢 体骨干某一部分或椎体、人工股骨干 假体、人工肱骨干假体、人工椎体等。
什么是人工关节置换术：
去除关节的病损组织，在尽可能 的解剖、生理状态下将人工关节植入 人体关节缺损部位，以恢复原有关节 的解剖和功能。目前它已成为关节成 形术中最重要的一门技术，这门技术 即称为人工关节置换术。
四、骨水泥型与非 骨水泥型共同发展阶段
人工关节
人工关节多年来人们就采用各种关节成形术治疗关节强直、关节畸形和各种破坏性骨关节疾病，力图将这些有病的关节矫正和恢复功能，使之成为稳定的、不疼的并有一定的功能的，为此许多学者做出了巨大的努力。
迄今已研制出膝、髋、肘、肩、指、趾关节假体用于临床。
1890年，Gluck首先应用象牙制造下颌关节；1938年，Wiles用不锈钢作髋臼与股骨头；而后Moor开展了人工股骨头置换术； 1940年 Wder兄弟用合成树脂制造人工关节；1951年开始全髋人工关节置换术。
1952年Habowsh用固定牙的丙烯酸脂固定人工髋关节，由此合成树脂开始用于人工关节的结合。
1958年Charnhey根据重体环境滑润TDRTEFDHFYUHH理论，用聚四氟乙烯髋臼和金属股骨头制成低摩擦的人工关节，接着在1962年，Charnley把高密度聚乙烯髋臼和直径为22毫米的股骨头组成全髋人工关节，并用骨水泥（甲基丙烯酸脂）固定，获得较满意的效果。
自此，人工关节置换术进入实际应用的新阶段。
人工关节是人们为挽救已失去功能的关节而设计的一种人工器官，它在人工器官中属于疗效最好的一种。
一般来说，其使用年限可达20年以上。
随着科技进步，人工关节手术已经是一种十分成功和有把握的手术：它可以即刻消除关节疼痛、恢复关节的正常活动功能，使长期受关节病痛折磨的人们再次获得新生，手术后可以象正常人那样，行走、爬楼、外出旅行、外出工作、购物和体育锻炼等。
第一节人工关节材料生物材料是用以和生命系统结合,以诊断、治疗或替换机体中的组织、器官或增进其功能的材料。
它涉及材料、医学、物理、生物化学及现代高技术等诸多学科领域。
不仅关系到保护人类的健康,而且成了各国经济发展新的增长点。
人工关节材料作为重要的生物材料组成部份,近百年来,特别是近20年来得到了长足的发展。
人工关节是模拟人体关节制成的植入性假体,以代替病变或损伤的关节并恢复其功能。
作为一种植入器官, 人工关节材料在生物相容性、生物摩擦学性能、抗腐蚀及耐疲劳性能、制备工艺和服役寿命等方面有着非常严格的要求，此外, 还要求人工关节所使用的材料易于合成和制造、加工, 便于大量生产和质量检测, 价格低廉, 易于推广应用等。
人工膝关节假体的发展史(新)
人工膝关节外科技术之所以得到迅猛发展，也正是60年代以
Charnley为代表的许多医学工作者在人工髋关节假体研究的基础上 发展起来的。
LINK ® 全膝关节系统
人工膝关节假体的发展史
为了便于分析，人为的将膝关节的历史分为 以下几个方面：
一、早期探索阶段 二、形成阶段
三、现代发展阶段
四、人工膝关节置换术现状
1、完全限制型（铰链式）假体
随后Shiers也设计了类似假体；
机械结构更为简单；
材料改为不锈钢；
1960年进一步发展为钴铬钼合金
LINK ® 全膝关节系统
人工膝关节假体的发展史
形成阶段（1950～1970） 1、完全限制型（铰链式）假体
优点：良好的内在稳定性； 对关节软组织功能完整性要 求低； 较长的髓内固定柄使得铰链 关节对线十分方便 ； 缺点： 假体松动率高； 临床效果差，术后感染率高； 假体易松动下沉、断裂骨折等
1977年设计，主要用于翻修术； 股骨髁有5°外翻角； 股骨髁和胫骨平台假体均附加了髓内固定长柄。
LINK ® 全膝关节系统
人工膝关节假体的发展史
2、非限制性假体
后方稳定型假体：
TCPⅡ基础上发展起来的；
凸轮机制设计；
活动方位大，120°；
假体松动率低。
LINK ® 全膝关节系统
人工膝关节假体的发展史
人工膝关节假体的发展史
2、非限制性假体
1973年，英国Freeman提出假体设计原则；1、便于今后返修；
2、减少松动，增加承力部分的假体与骨组织的接触面积；3、采 用金属-聚乙烯低摩擦界面，降低假体磨损；4、减少髓内长柄和 骨水泥的使用，避免死腔，预防和降低感染；5、标准的假体植 入技术；6、假体设计要有5°超伸和至少90°的屈膝活动范围； 7、能提供一定范围的旋转；
人工膝关节分类
人工膝关节分类
1. 你知道吗，人工膝关节原来有这么多种类呀！比如说单髁膝关节，这就像是给膝盖来了个精准定制，适合那些只是局部损坏的情况哦。
就像一栋房子，只是一个房间有点小问题，那就重点修补那一块嘛，是不是很容易理解呀！
2. 还有全膝关节哦，哇塞，这个可就像是给膝盖来了个整体大换装！当整个膝盖状况都不太好的时候，嘿，全膝关节就闪亮登场啦。
就像一辆破旧的汽车，干脆直接换个全新的发动机，让它重新活力满满！
3. 活动平台膝关节也很厉害的哟！它就像是个灵活的小助手，能让膝盖活动得更自然呢。
好比一个优秀的舞者，能够在舞台上自由灵动地舞动，多棒呀！
4. 固定平台膝关节也有它的用武之地呀！它那稳定的特性，就像是一位可靠的老友，始终给你坚实的支持。
就像一座坚固的灯塔，无论风雨如何都稳稳地矗立在那儿。
5. 个性化定制膝关节呢，那真的是根据每个人的独特需求来的呀！这简直就是为你量身打造的专属宝贝呀。
就如同为你单独剪裁的一套高级西装，完全贴合你的身材和气质呢。
6. 还有一种特殊材料制成的膝关节呢，它的性能超厉害的！就好像是给膝盖穿上了一层超级铠甲，给予最强的保护。
想想看，是不是很让人安心呀！
我觉得呀，每种人工膝关节都有它独特的优势和适用情况，真的太神奇啦！我们应该根据自己的具体需要来选择最合适的那一款。
014-第三代膝关节
人工膝关节发展史
第三代人工膝关节的特点： 一、提供了充分的膝关节功能 正常膝关节的运动主要包括屈伸和旋转运动， 内外翻运动较少。股骨内、外髁的角度和弧度 皆不相称，曲率亦不等，因此膝关节的屈伸运 动时，既有滚动，也有旋转。而活动半月板的 第三代人工膝关节能够提供屈伸运动同时实现 了膝关节的自由旋转，有些假体（T.A.C.K.） 由于股骨假体的解剖型设计还提供了滑动和滚 动。
人工膝关节发展史
第三代人工膝关节： 70年代末和80年代初，人们已逐渐认识到了假体 的固定和聚乙烯的磨损是假体远期失败的主要原因， 增加假体之间的接触面积==降低假体之间的应力==降 低聚乙烯的磨损==降低假体的松动率。Oxford等设计 了活动半月板的人工膝关节，使假体之间的接触面积 和形合度大大增加，同时活动的半月板降低了假体之 间的应力。以后，又有了许多改进类型。
人工膝关节发展史第三代人工膝关节的特点3提高了假体之间的稳定关节面的接触增加增加了假体之间的形合度提供了假体之间多方位的稳定三第三代人工膝关节有更为广泛的适用人群因为它能提供更为接近正常的膝关节运动假体所受的不良应力大大减少松动率大大降低假体寿命大大延长
可活动半月板的人工膝关节
——第三代人工膝关节
人工膝关节的发展史
人工膝关节发展史
第二代人工膝关节的特点： 假体之间的限制程度低，提供了膝关节 一个相对自由的活动空间 假体之间的低限制大大降低了假体本身 所受到的剪切力
为什么要选用第三代人工膝关节
“任何固定半月板的 设计不可能解决低接 触应力与自由旋转之 间的矛盾”。 第二代膝关节假体的 球面-平面的设计使 聚乙烯垫片上产生巨 大的接触应力，当关 节前后或侧方滑动时 应力会导致磨损
人工膝关节发展史
第三代人工膝关节的特点 二、假体之间的接触面积大大增加 固定半月板假体关节面的接触面积为200mm2 ，而活 动半月板假体关节面的接触面积为1000mm2 甚至更多。 1、接触面积的增加==接触应力减少，第二代人工膝关 节接触应力为25Mpa，而第三代人工膝关节关节面的 接触应力为5Mpa； 2、聚乙烯磨损减少 第三代人工膝关节的活动半月板 与胫骨假体的接触是平滑、高抛光面，相对第二代产 品来说假体之间的摩擦系数大大减少，接触面积却大 大增加所以磨损大为减少；
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1973年，Insall等人设
计了全髁型膝关节假体，通
过临床应用，效果十分明显 10年以上优良率在90%以 上。他的原型设计至今仍在 应用，并成为衡量其他类型 膝关节假体临床效果的金标 准（Golden Standard）。
其设计特点：
1、股骨髁部采用钴基合金，且两髁之 间留有滑槽，供髌骨滑动并防止其脱位。
人工膝关节发展简史
一、早期探索阶段
（1860年-195成功的研制 了多中心膝假体,首次将膝关节功能解 剖和生物力学原理应用于假体设计,也 是第一个采用金属--高分子聚乙烯材 料组合的人工膝关节,用骨水泥固定具 有 划 时 代 的 意 义 , 所 以 Gunston 被 公 认为现代人工膝关节假体的创始人 。
2、胫骨平台为超高分子聚乙烯与股骨 髁部部件匹配良好，灵活而稳定。
3、不保留交叉韧带。即所谓表面置换 假体中的后稳定型。此类型假体目前成 为临床人工膝关节表面置换的最为广泛 者 。 如 美 国 的 Zeimer 公 司 出 品 的 Nexgen高屈曲度人工表面膝关节假体 最具代表性，它可以屈曲155º。
4、减少髓内长柄和骨水泥的应 用,避免死腔,严防和降低感染。
5、标准的假体置入技术。 6、假体设计要求有5º超伸和 90º的活动范围。 7、提供一定范围的旋转。 8、限制膝关节各个方向的过度 活动，应依靠周围的软组织，特别 是内外侧副韧带。
以上这8个观 点，成为现代 膝关节假体设
计的理论基础。
此后出现了许多类型的非限制膝关节假体 ，如几何型假体、解剖型假体、单髁型假 体、全髁型假体、旋转滑动型假体、低接 触应力膝关节假体、组合式假体等等。在 临床上广泛应用，都取得了很好效果，但 它要求关节周围软组织条件要好，特别是 内外侧副韧带、交叉韧带这些膝关节的稳 定装置要好，但事实是临床很多病人，畸 形、屈曲畸形严重，后关节囊挛缩更为明 显，如果交叉韧带、特别是后交叉韧带， 如果不彻底切除，松解、手术肯定失败。
1973 英 国 Freeman 在 总 结 前人工作基础上，提出了人工膝 关节假体的几个设计原则。
1、便于翻修。 2、为减少松动，假体应设计 成非限制型或半限制型，以减少 扭转，侧方应力集中，传递到假 体和骨组织接触的交接面。最大 限度的增加承力部分的假体与骨 组织接触面积。 3、采用金属-聚乙烯低摩擦界 面，降低假体磨损，增加接触面 积，减少单位面积上的负荷。
在国际上为了纪念Insall的功劳，
成立了Insall Club，在中国也成立
了中国Insall Club，定期召开学术会 议，专门研讨。人工膝关节表面置换 术的发展、提高。在美国目前每年有 20--30万人进行膝关节表面置换，大 有超过髋关节置换的趋势。
在我们中国13亿人口中，每年进行髋 关节置换者大约仅4万名，膝关节置换 仅4000名，说明中国在人工关节置换 术这一专业方面存在巨大的商机，我们 骨科医生大有用武之地。而必须提到的 一点是，近年来人工膝关节置换术获得 的成功还有一个很重要的因素，那就是 根据生物力学的原理设计的先进安装工 具，每个类型都有自己的专用工具，保 证假体术后能获得最佳的效果（解剖、 功能、纠正畸形、消除疼痛）。