膝关节假体的运动型设计
膝关节假体设计运动模式
V即垂直跳出高度，H即水平跳出高度。
上下2张图反映的是2种假体设计理念，一种是post-cam，一种是double-dish，在膝关节假体的发展史上double-dish先出现，post-cam设计则在insall大师的手上最终完善，普遍用于后稳型的假体设计。
而double-dish则多被用在交叉韧带保留型假体的设计上。
推测这2张图是来自于膝关节假体设计或相关生物力学研究的文献或书籍中。
这篇文献主要讲的是两种膝关节假体在伸曲过程中的运动模式，一种是滑动、一种是滚动。
这两中假体设计的使用的垫片分别是深盘型和状柱型垫片。
目前我所查到的文献深盘型垫片在膝关节伸曲活动时的运动模式为滚动，而状柱型垫片在膝关节0-60度时是滚动，而大于60度时运动模式为滑动。
膝关节假体选择课件
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各种接触类型关节面单位压强
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活动承重膝关节假体
• 优点
• 具有高吻合性，低接触应力，低磨损，低固定的界 面应力
• 可旋转的内衬可以自动纠正不良的旋转力线，改善 髌股轨迹
• 潜在缺点
的患者，如髌骨切除或髌韧带受损的患者
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后交叉韧带替代型假体
• 潜在缺点
• 高吻合性使应力更多的通过假体传导，增加了假体 －骨界面间的剪切应力，增加机械松动
• 安装假体时去除骨量较多，翻修时困难增加 • 有髌股撞击征和膝关节脱位的报道
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半限制性假体
• 设计目的
• 为了解决膝关节侧副 韧带功能不全
• 特点
• 类似PS假体 • 假体中央由高而大的
突起 • 假体有带柄设计
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半限制性假体
• 优点
• 可以用于膝关节固定外翻畸形、严重屈曲挛缩畸形， 术中无法获得软组织平衡
• 可以作为术中误损内侧副韧带时的补救方法
• 潜在缺点
• 假体－骨界面所受剪切应力大，单纯骨水泥固定易 松动，因此需加用髓内固定，增加接触面积
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后交叉韧带替代型假体
• 设计目的
• 增加稳定性，减 少假体间的接触 应力
• 特点
• 高吻合性 • 一般有凸轮设计
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后交叉韧带替代型假体
• 优点
• 因切除了PCL，容易使伸屈膝间隙相等，比较适合应 用于严重屈曲畸形和外翻畸形的患者
• 可以通过轻微增加屈曲间隙来增加膝关节的屈曲度 • 由于假体前后向稳定性好，可以用于伸膝装置受损
膝关节假体
膝关节假体
常用的强生假体有以下三种，截骨时一般要求外翻5度，外旋3度。
1.PFC该系统由股骨髁假体、胫骨垫片、髌骨和胫骨托与相应的辅助工具等组成。
其中股骨髁假体材料采用铸造钴铬钼合金，胫骨垫片、髌骨材料采用超高分子聚乙烯，胫骨托材料采用钛合金，辅助工具材料为不锈钢。
截骨：股骨远端：8mm，股骨后髁8mm，胫骨8mm，后倾0度或3度。
术后屈曲角度：约125度。
2.PFC-RP（旋转平台）
截骨：股骨远端：9mm，股骨后髁8mm，胫骨10mm，0度后倾。
术后屈曲角度：约125度。
3.PFC-RPF（高屈曲）
截骨：股骨远端：8mm，股骨后髁8mm，胫骨8+4=12mm，0度后倾。
术后屈曲角度：约145度。
可旋转稳定型膝关节假体 RK 产品及操作
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典型病例：翻修
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典型病例：肿瘤
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典型病例：创伤
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膝关节假体的分类和选择
单单髁髁
表表面面
可可旋旋转转
铰铰链链
稳稳定定性性
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★假体有良好的稳定性 ★再现膝关节的正常生理运动 ★三大缓冲系统消除不良应力 ★解剖型设计、最少量截骨 ★手术操作简便可靠 ★优异的临床效果
手 可旋转稳定型膝关节系统 术 操 作 • 先安装股骨假体
• 髓腔内注入骨水泥 前放置排气管
• 在股骨髁的表面涂 上骨水泥
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(
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手 可旋转稳定型膝关节系统 术
操
作
• 置入股骨假体，用打入器 将其压紧直到骨水泥完全
固化
• 及时清除假体周围多余的 骨水泥(注意髁间窝骨水泥 的清理，否则影响假体的
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手术适应症：矫形骨科
• 严重的膝关节退变合并周围韧带损伤 • 严重内外翻畸形、膝关节挛缩 • 类风湿性膝关节炎 • 膝关节假体的翻修手术 • 膝关节感染 • 不再适合表面假体置换的病人
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《一种新型人工膝关节置换假体的设计及力学评估》范文
《一种新型人工膝关节置换假体的设计及力学评估》篇一一、引言随着医疗科技的不断进步，人工膝关节置换术已成为治疗严重膝关节疾病的有效手段。
假体设计的质量直接影响到手术的成功与否及患者的康复效果。
本文将介绍一种新型人工膝关节置换假体的设计思路及力学评估，以期为临床应用提供理论支持。
二、新型人工膝关节置换假体设计1. 设计理念新型人工膝关节置换假体的设计理念在于提高假体的生物相容性、力学稳定性和耐久性。
在保证手术操作简便的同时，最大限度地恢复患者的关节功能。
2. 材料选择假体材料选用高强度、耐磨损、抗腐蚀的生物医用材料，如钛合金、陶瓷和聚乙烯等。
这些材料具有良好的生物相容性，可有效减少术后感染和假体松动等并发症。
3. 结构设计（1）股骨侧设计：新型假体采用个性化定制设计，根据患者股骨的形态和尺寸进行精确匹配，确保假体的稳定性和手术精度。
同时，采用多孔涂层技术，提高骨组织的整合能力。
（2）胫骨侧设计：胫骨侧假体采用模块化设计，便于手术操作和术后调整。
同时，设计合理的关节活动范围，以满足患者的日常活动需求。
（3）轴承系统：采用陶瓷对聚乙烯的轴承系统，降低磨损率，提高假体的使用寿命。
三、力学评估1. 有限元分析利用有限元分析软件对新型人工膝关节置换假体进行力学分析。
通过构建假体与周围骨骼的力学模型，分析假体在不同活动状态下的应力分布和位移情况，评估假体的力学稳定性和耐久性。
2. 生物力学实验通过生物力学实验进一步验证有限元分析的结果。
在实验中，采用人体关节模拟器对假体进行反复加载和卸载，观察假体的磨损情况、稳定性及关节活动范围等指标，为临床应用提供可靠的数据支持。
四、结论本文介绍了一种新型人工膝关节置换假体的设计及力学评估。
该假体采用高强度、耐磨损、抗腐蚀的生物医用材料，通过个性化定制和多模块化设计，提高了假体的生物相容性和力学稳定性。
通过有限元分析和生物力学实验，验证了该假体在不同活动状态下的力学性能和耐久性。
旋转平台型膝关节假体-与固定平台型假体相比,旋转平台型假体的聚乙烯衬垫下方与胫骨平台假体之间能自由
旋转平台型膝关节假体-与固定平台型假体相比，旋转平台型假体的聚乙烯衬垫下方与胫骨平台假体之间能自由旋转旋转平台型膝关节假体-与固定平台型假体相比，旋转平台型假体的聚乙烯衬垫下方与胫骨平台假体之间能自由旋转，上方的球面设计增加了与股骨髁之间的形合度和接触面积，在膝关节屈伸时能分解股骨髁与聚乙烯衬垫间的剪切应力。
这些设计一方面可以降低聚乙烯的磨损、减少磨损产生的碎屑，降低关节置换的翻修率。
学术术语来源——全膝关节置换后早期疗效：3种假体的比较文章亮点：目前，对于全膝关节置换后的疗效评价大多基于“不同疾病、不同年龄组、不同假体设计、膝关节活动度、假体生存率、术后并发症”等临床医学范畴，而忽视了患者的自身感受。
文章的特点在于采用了以患者为中心的简明健康状况量表(SF-36)评价患者的满意度，同时应用膝关节协会评分(KSS)评价临床效果，克服了HSS评分存在的随年龄增长评分自然下降的缺陷。
关键词：植入物；人工假体；全膝关节置换；固定平台；旋转平台；高屈曲假体；早期疗效；满意度；屈曲度主题词：关节成形术，置换，膝；假体植入；疗效比较研究；生活质量摘要背景：全膝关节置换中选择何种假体目前仍存在争议。
目的：探讨传统固定平台、旋转移动平台以及高屈曲衬垫膝关节假体置换后的早期疗效。
方法：回顾分析2006年1月至2009年12月间接受以上3种假体进行初次人工全膝关节置换的重度骨关节炎患者的资料，比较3组患者置换前及置换后3个月、6个月、1年以及1年以后的KSS 评分，SF-36健康调查量表评分以及最大膝关节屈曲度。
结果与结论：所有例患者均获随访。
3组患者全膝关节置换后的KSS评分、SF-36量表评分以及最大膝关节屈曲度较置换前明显改善(P < 0.05)；置换后同一时间点组间及组内比较差异无显著性意义(P > 0.05)。
提示，3种假体对于中晚期膝关节炎患者的早期治疗效果优良，患者满意度佳，可以在一定程度上改善膝关节屈曲度；但未发现3者在早期疗效、患者的主观满意度以及早期关节活动度的改善上存在显著差异。
可旋转稳定型膝关节假体-RK-产品及操作
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︵ 产 品 特 点 ︶
可旋转稳定型膝关节系统
★优异的临床效果 • 其 中 OA 患 者 的 假 体生存率为97％ • 综 合 OA 和 类 风 湿 性关节炎以及创伤 性关节炎的生存率 为95％
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解剖型设计、最少量截骨
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简便可靠的手术操作
• 简便可靠的髓内定位操作 • 假体之间可自行对齐力线 • 巧妙的防止骨水泥溢入装置
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典型病例：矫形
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典型病例：翻修
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典型病例：肿瘤
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典型病例：创伤
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• 假体设计屈曲角度 为165°，并可有 3°的过伸，假体在 过伸状态时可锁定 旋转运动,并可自行 对齐力线。
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三大缓冲系统有效消除不良应力
旋转轴 聚乙烯 缓冲垫
屈伸轴 聚乙烯 缓冲垫
半月板 缓冲垫
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手术讲解模板：旋转铰链式膝关节假体置换术
手术资料：旋转铰链式膝关节假体置换术
手术禁忌： 1.老年病人有心肺、肾、脑等重要脏器严 重疾病不能耐受大手术者。80岁以上的病 人要慎重考虑。
手术资料：旋转铰链式膝关节假体置换术
手术禁忌： 2.髋部有化脓感染者；泌尿系统、胸部、 皮肤等处有感染者。
手术资料：旋转铰链式膝关节假体置换术
手术禁忌： 3.神经肌肉疾患影响到髋部及周围肌肉者。
手术资料：旋转铰链式膝关节假体置换术
术前准备：
术前训练吸烟者禁烟，指导患者练习深呼 吸，练习咳嗽训练；指导患者正确使用便 器，练习床上大小便；指导患者行下肢功 能锻炼的方法，包
手术资料：旋转铰链式膝关节假体置换术
术前准备：
括练习股四头肌等长及等张收缩，足踝的 背伸及跖屈练习，患肢的摆放，术后康复 时如何下地站立，以及步行器的使用等， 便于术后配合。
手术资料：旋转铰链式膝关节假体置换术
并发症： 3.髌股关节并发症
手术资料：旋转铰链式膝关节假体置换术
并发症：
包括髌股关节不稳、髌骨骨折、髌骨假体 断裂或松动、髌骨撞击综合征和伸膝装置 断裂等，常与软组织不平衡与假体位置不 佳有关。因此，选择正确的假体，掌握正 确的手术操作是预防髌股关节并发症最重 要的方法。其中伸膝装置断裂是最严重的 并发症，重建后的关节功能不会太好。
手术资料：旋转铰链式膝关节假体置换术
手术禁忌： 4.髋局部骨质减少（osteopenia）者要查 明其原因，再考虑是否手术。
手术资料：旋转铰链式膝关节假体置换术
手术禁忌： 5.因其他疾病，估体置换术
术前准备：
心理护理,针对患者的这种心理，向患者 详细介绍该手术的优点、目的以及成功的 案例，增强患者的自信心，运用心理学知 识与患者沟通交谈，建立良好的护患关系， 掌握其心理变化，及时给予心理疏导，使 患者身心处于应对手术的最佳状态。
手术讲解模板：旋转铰链型人工膝关节置换术
手术资料：旋转铰链型人工膝关节置换术
术后处理： 1.术后继续使用抗生素5～7d。
手术资料：旋转铰链型人工膝关节置换术
术后处理： 2.当24h内引流量少于50ml，或术后72h可 拔除引流管。当然，也有人主张不放引流 管的，但是最好术后常规使用引流管。
手术资料：旋转铰链型人工膝关节置换术
术后处理：
术后护理： 6.对老年人，近期活动少，有凝血倾向者， 术后可穿抗血栓祙，使用足底静脉泵。
手术资料：旋转铰链型人工膝关节置换术
术后护理： 7.术后当天进行有序的康复锻炼。
谢谢！
手术资料：旋转铰链型人工膝关节置换术
并发症： 诊断，为增加敏感性，可反复多次进行。
手术资料：旋转铰链型人工膝关节置换术
并发症：
一旦确诊，可采取保留假体的关节清创冲 洗术，但只适用少数患者：即后4周以内 出现的感染，或急性血行播散性感染，同 时假体固定牢固，但是在清创时一定要更 换塑料衬垫。否则应该进行关节彻底清创 冲洗，取出假体，使用抗生素骨水泥占位 器置入，最好采用可活动的抗生素骨水泥 占位器。感染控制后，二期行翻
手术资料：旋转铰链型人工膝关节置换术
术后处理： 5.术后继续使用COX2抑制药，可以明显减 少强力镇痛药的使用。
手术资料：旋转铰链型人工膝关节置换术
术后处理： 6.对老年人，近期活动少，有凝血倾向者， 术后可穿抗血栓祙，使用足底静脉泵。
手术资料：旋转铰链型人工膝关节置换术
术后处理： 7.术后当天进行有序的康复锻炼。
手术资料：旋转铰链型人工膝关节置换术
并发症：
和人员的流动、手术人员戴双层手套、减 少手术时间、闭合切口前大量生理盐水冲 洗伤口等。当患者对青霉素过敏时，可使 用万古霉素。
全膝关节置换运动仿真模型的建立和应用价值
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旋转平台假体在全膝关节置换中的应用
旋转平台型膝关节假体应用杨金江北京友谊医院骨科旋转平台型膝关节假体应用于临床已将近20年，取得了很好的临床疗效，相对于固定平台假体设计而言，具有诸多优点，有利于降低旋转平台型膝关节假体的远期翻修率。
一、旋转活动平台假体的优点：(一)降低聚乙烯衬垫的磨损：可能的机理：1、增加胫股关节接触面积：上方的球面设计增加了与股骨髁之间的形合度和接触面积,增加了关节稳定性，降低假体-骨界面的应力,提高假体的长期生存率。
2、变胫股关节多向运动为单向运动：旋转平台型假体的聚乙烯衬垫下方与胫骨平台假体之间能自由旋转, 通过增加旋转平面,将膝关节的复杂的多向运动分解为屈伸运动与轴向旋转运动两个单向运动, [1-2]，进而能降低剪切应力和磨损。
3、自动调整旋转截骨力线：活动平台所产生的旋转活动不但有利于自动调整胫骨侧聚乙烯衬垫与股骨假体的对合力线，以及髌骨Q角和髌骨力线，避免由力线不正导致的区域性磨损加速，而且有利于调整髌股轨迹，使其处于最佳位，避免髌骨半脱位。
旋转平台假体的设计特点（以LINK MK II为例）：(1) 髌骨滑槽更长、更宽、更平滑，更接近正常髌骨滑槽的解剖，为髌骨提供了优化的运动轨迹，使髌骨顺利地通过较深的髁问窝，从而增加膝关节的活动度，使髌骨向远端移行过程中不会出现弹响；(2)有左右之分，假体的外髁高于内髁以减少髌骨外侧脱位的发生；（3）胫骨平台底盘为非对称设计，上方为燕尾槽设计，有利于活动平台的灵活旋转并防止内衬脱出；（4）股骨假体远端和旋转平台冠状面曲率半径分别为22．6mm和23.7mm，两者曲率比值为1.05。
股骨远端和聚乙烯活动平台的矢状面曲率半径分别为36．1mm和137．1mm，两者的曲率比值为1．03。
这些曲率比值表明，Gemini MKII股骨侧假体与聚乙烯旋转活动平台的形合度显著高于固定平台假体，为假体之问提供了全方位的稳定。
即使在无法保留后交叉韧带的情况下也可维持关节的稳定性。
(推荐医学)膝关节假体设计及Gemini系列产品)
1981 Homedica公司引入了PCA假体 （Porous Coated Anatomic）
• 骨水泥髋关节10年临床随访较 差的结果
• “Cement Disease”的提出 • 生物固定型假体的摆动及不稳
• 以压配式假体（Press Fit）开 始了变革
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Microlock
• 微锁定理念受下列因素制约：
全髁式假体（Total Condylar） 1975 12
早期假体：限制型假体为主
• 主要根据股骨髁及胫骨平台的形状
特征进行设计
• 对膝关节几何学的把握限于平面二
维概念
• 较少考虑运动状态下的膝关节生物
力学模式
13
1976两个研究机构
• HSS 摒弃了后交叉韧带保留式假体而转向不保留PCL假 体的研发
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活动平台构件
髌股关节并发症的主要原因是髌骨在股骨髁间滑槽中运动轨迹的 改变，活动平台假体中旋转平台的旋转可以调整髌骨的运动轨迹 始终处于良好位置
髌股关节友好：固定平台<活动平台
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解剖型胫骨假体
追求覆盖
追求力线
对称型胫骨假体
对线不佳
覆盖不全
胫骨平台为非对称形，如果采用对称设计的胫骨假体，为了追求覆盖 ，容易导致假体安放在内旋位置
膝关节假体设计及Gemini系列产品
1
膝关节假体设计历史
19世纪早期：机械性模仿及间隔作用
1800-1840 关节切除成形 切除关节内病变的软骨
2
19世纪
1840s-1890s 关节间隙成形 关节间隙内放置生物膜或非生物膜：包括木质结构、自体 组织或动物组织
Verneuil用软组织充当间隔物重建关节面，所用材料包括 猪膀胱，尼龙，阔筋膜及髌前滑囊等
膝关节设计开发
肿瘤膝关节假体设计流程设计输入肿瘤膝关节假体初期设计考虑要素：A.解剖结构1.6°外展角度2.6°屈曲角度3.胫骨平台采用和胫骨轴线成90°和矢状面0°设计B.设计结构1.曲率匹配采用J字型曲率设计符合正常人股骨J字型轨迹2.参考资料正常膝关节假体具有135屈曲和5°-10°过伸使得膝关节可以有正常运动轨迹，考虑到肿瘤患者截骨和肌肉切除范围大屈曲角度设计为110°C.正常运动范围D.设计运动范围1.假体设计时考虑防过伸设计，肿瘤假体因为软组织切除范围广泛，后方结构无法防止假体过伸后的稳定性，导致膝后方神经血管撕裂，所以在假体需要考虑有过伸稳定装置E.手术操作及工具设计1.冠状面采用单一半径设计2.胫骨垫片设计为在20°旋转范围内不会超出胫骨假体避免影响正常行走3.胫骨平台延长杆直径尺寸9、11、13，长度尺寸设计为80mm4.旋转过程中曲率贴合面和Stryke比较面积比率为93%,在站立时的稳定性比较接近5.胫骨假体旋转轴防脱位长度为40mm6.高分子衬垫和胫骨平台之间的旋转面有5mm高度可以磨损7.平台加上垫片高度三个规格19、16、138.没有考虑髌骨的设计肿瘤膝关节假体设计尺寸和主要参考资料设计假体主要参考Stryker膝关节假体，具体假体参数比较A/P （S)A/P M/L （S)M/L 高分子A/P M/L肿瘤股骨髁46 45 53 52肿瘤胫骨平台43 43 53 5253 54 60 61 38 52非肿瘤股骨髁XSS 57 58 65 66 43 62M 62 63 70 71 43 6241 42 62 67 38 52非肿瘤胫骨平台XSS 45 45 67 69 43 62M 48 50 72 74 43 62肿瘤膝关节假体前期设计评审：假体设计前期尺寸确认完毕，在功能性上需要满足肿瘤假体和非肿瘤假体之间互换性同时需要增加髋膝转换接口，设计验证了缓冲垫的旋转轴的配合尺寸，胫骨垫片增加髌骨滑车口同时上方增加旋转件向上运动时防脱位设计，在垫片后方增加斜切口设计增加股骨髁旋转时的角度肿瘤膝关节假体后期设计考虑要素：设计相匹配的试模假体、手术工具和工具盒，手术工具按照标准手术步骤，设计出能够自行加工生产的手术工具肿瘤型胫骨假体同时能安装肿瘤股骨髁假体和非肿瘤股骨髁假体，非肿瘤型胫骨假体同时能安装肿瘤股骨髁假体和非肿瘤股骨髁假体，如图所示铰链轴和配套衬垫矢状面都采用相同尺寸区别在于肿瘤型股骨髁假体使用一种铰链轴，非肿瘤股骨髁假体三种型号同时使用同种型号一种铰链轴肿瘤膝关节假体后期设计评审：整套假体设计基本上满足了限制性膝关节假体设计原则和限制性膝关节假体设计特点，同时对照对应行业标准验证相应假体设计达到要求规定设计输出肿瘤膝关节假体设计输出考虑要素：图纸、工艺、检验标准肿瘤股骨髁假体：依据行业标准规定了假体摩擦面的表面光洁度，依据企业标准和自身加工能力规定了各项尺寸和行位公差加工工艺确选择铸件浇注后道加工方法，浇口设计为在髁面双浇口如图所示。