膝关节假体选择医学PPT课件
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• 需要严格伸屈膝间隙相等 • 韧带平衡要求高
31
目前进展
高屈曲活动平台型膝关节假体（Depuy Sigma RP-F ）
32
设计意图
最大的屈曲需要旋转平台（固定平台不 能提供）
在整个活动范围内必须保持承重面的高 吻合性
33
设计特点
增大的股骨后髁具有较小的半径以减少聚乙烯接 触应力，可提供155度活动范围
8
平坦对平坦设计有较大的接触面积，但在内外翻 时易产生边缘效应，加速磨损
9
材料
金属
– 钴铬钼合金 （光滑、耐磨，与聚 乙烯接触部件）
–钛 （便于骨长入，与骨 接触部件）
超高分子聚乙烯 (HMWPE)
10
假体固定
骨水泥固定
– “金标准”
生物型固定
– 带柄、翼状或 长柄设计
– 螺钉 – 表面微孔
增加吻合性 降低接触应力
活动设计 降低界面应力 & 自动纠正旋转 力线
29
各种接触类型关节面单位压强
30
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
– 有脱位和半脱位的风险 – 手术难度高
– 铰链式活动，不符合膝关节运动特点 – 假体失败率高
• Rand等人报道4年随访研究中，假体失败率为43％ • Young等人报道铰链式假体使用寿命一般不超过10年
适应征
– 用于严重骨缺损、严重膝关节不稳定、低活动量、 预期寿命在5年以内的患者
– 可以作为膝关节挽救性手术
14
目前进展
旋转铰链型
20
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
的患者，如髌骨切除或髌韧带wk.baidu.com损的患者
21
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
3
概念
限制性（Constraint)
– 通过假体形状限制关节活动的能力，通常是 限制关节的旋转和平移运动
运动力学（Kinematics）
– 研究关节运动的几何轨迹 – 股骨相对胫骨既有滚动又有前后滑动
4
概念
接触应力 （Contact stress）
– 是一个植入物与另一 植入物接触时产生的 应力
– 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
22
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
23
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
增厚的后髁需要额外的后侧股骨截骨2 – 4 mm 第三接触面以减少接触应力
假体特点
– 低吻合性，低限制性
17
后交叉韧带保留型假体
优点
– 保留了后叉韧带，膝关节屈曲时可使股骨向后滚动， 可以增加膝关节屈曲程度
– 运动产生的应力可以被膝周围韧带吸收，使假体与 骨之间所受的剪切应力降低
– 韧带组织保留好，使膝关节具有好的本体感觉功能 – 有比较正常的步态和爬楼功能 – 术中容易保持关节线（一般允许在3mm以内） – 增加后稳定性，防止脱位
– 增加接触面积可以减 少接触应力
5
高接触应力
低接触应力
6
吻合性、限制性、接触应力、运动 之间关系
吻合性 假体限制 运动 界面应 力 松动危险性
吻合性 假体限制 运动 界面应力 松动危险性
7
胫股关节表面几何形态
碟形的人工关节表面 (curved on curved) 平坦的人工关节表面 (flat on flat) 碟形对平坦的人工关 节表面 (curved on flat)
第三代－活动承重膝关节假体
设计目的
– 解决吻合性、限制性 和接触应力之间的矛 盾
特点
– 面接触 – 三维活动
分类
– 活动承重半月板设计 – 旋转平台设计
27
在内衬和胫骨平台间需要一些活动来转移 由于高度吻合性等等原因产生的界面应力
软组织（应力分散）
28
A-通过弧形表面在伸屈膝和内外翻时产生活动 B- 允许存在水平旋转和前后方向的活动
18
后交叉韧带保留型假体
潜在缺点
– 后叉韧带功能需比较正常，不适合运用于膝关节严 重畸形的病人
– 增加了胫股关节之间的接触应力，增加了内衬的磨 损，容易引起因磨损颗粒导致的骨溶解
19
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
– 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
24
目前进展
高屈曲度膝关节——155度
– 加厚并延长股骨后髁关节面 – 加深并延长髌骨滑漕 – 平台前方作修整适应高屈 – 特殊的凸轮机制设计
25
26
全膝关节假体设计与选择
1
理想的假体设计
适当的功能
– 运动学 – 活动度 – 限制性
假体牢固的固定 假体长期的耐磨性
2
概念
吻合性（Conformity）
– 指假体的匹配程度， 胫骨假体表面半径(R2) 与股骨假体表面弯曲 半径(R1)间的比率 (R2/R1)，适用于冠状 面和矢状面的几何形 态
– 股骨和胫骨假体间存 在旋转
– 降低假体－骨水泥－ 骨界面接触应力
– 防止假体过早松动
15
第二代－半限制型和非限制型假体
特点
– 以点、线、部分 面接触为主，能 产生足够的活动 度和低限制
– 固定关节面 – 磨损度较高
16
后交叉韧带保留型假体
设计目的
– 为了降低假体和骨之 间固定界面的剪切应 力，降低假体松动
11
人工膝关节发展三个阶段
第一代：单纯铰链型假体（全限制型） 第二代：髁型假体（非限制、半限制）
– 点接触、线接触或部分面接触型
第三代：带半月板功能的解剖型假体
– 面接触型
12
第一代－完全限制型假体
特点
– 铰链式、单一半径 – 固定铰链型
13
缺点
– 高限制性，假体－骨水泥－骨界面接触应力高，易 导致松动，翻修困难
31
目前进展
高屈曲活动平台型膝关节假体（Depuy Sigma RP-F ）
32
设计意图
最大的屈曲需要旋转平台（固定平台不 能提供）
在整个活动范围内必须保持承重面的高 吻合性
33
设计特点
增大的股骨后髁具有较小的半径以减少聚乙烯接 触应力，可提供155度活动范围
8
平坦对平坦设计有较大的接触面积，但在内外翻 时易产生边缘效应，加速磨损
9
材料
金属
– 钴铬钼合金 （光滑、耐磨，与聚 乙烯接触部件）
–钛 （便于骨长入，与骨 接触部件）
超高分子聚乙烯 (HMWPE)
10
假体固定
骨水泥固定
– “金标准”
生物型固定
– 带柄、翼状或 长柄设计
– 螺钉 – 表面微孔
增加吻合性 降低接触应力
活动设计 降低界面应力 & 自动纠正旋转 力线
29
各种接触类型关节面单位压强
30
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
– 有脱位和半脱位的风险 – 手术难度高
– 铰链式活动，不符合膝关节运动特点 – 假体失败率高
• Rand等人报道4年随访研究中，假体失败率为43％ • Young等人报道铰链式假体使用寿命一般不超过10年
适应征
– 用于严重骨缺损、严重膝关节不稳定、低活动量、 预期寿命在5年以内的患者
– 可以作为膝关节挽救性手术
14
目前进展
旋转铰链型
20
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
的患者，如髌骨切除或髌韧带wk.baidu.com损的患者
21
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
3
概念
限制性（Constraint)
– 通过假体形状限制关节活动的能力，通常是 限制关节的旋转和平移运动
运动力学（Kinematics）
– 研究关节运动的几何轨迹 – 股骨相对胫骨既有滚动又有前后滑动
4
概念
接触应力 （Contact stress）
– 是一个植入物与另一 植入物接触时产生的 应力
– 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
22
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
23
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
增厚的后髁需要额外的后侧股骨截骨2 – 4 mm 第三接触面以减少接触应力
假体特点
– 低吻合性，低限制性
17
后交叉韧带保留型假体
优点
– 保留了后叉韧带，膝关节屈曲时可使股骨向后滚动， 可以增加膝关节屈曲程度
– 运动产生的应力可以被膝周围韧带吸收，使假体与 骨之间所受的剪切应力降低
– 韧带组织保留好，使膝关节具有好的本体感觉功能 – 有比较正常的步态和爬楼功能 – 术中容易保持关节线（一般允许在3mm以内） – 增加后稳定性，防止脱位
– 增加接触面积可以减 少接触应力
5
高接触应力
低接触应力
6
吻合性、限制性、接触应力、运动 之间关系
吻合性 假体限制 运动 界面应 力 松动危险性
吻合性 假体限制 运动 界面应力 松动危险性
7
胫股关节表面几何形态
碟形的人工关节表面 (curved on curved) 平坦的人工关节表面 (flat on flat) 碟形对平坦的人工关 节表面 (curved on flat)
第三代－活动承重膝关节假体
设计目的
– 解决吻合性、限制性 和接触应力之间的矛 盾
特点
– 面接触 – 三维活动
分类
– 活动承重半月板设计 – 旋转平台设计
27
在内衬和胫骨平台间需要一些活动来转移 由于高度吻合性等等原因产生的界面应力
软组织（应力分散）
28
A-通过弧形表面在伸屈膝和内外翻时产生活动 B- 允许存在水平旋转和前后方向的活动
18
后交叉韧带保留型假体
潜在缺点
– 后叉韧带功能需比较正常，不适合运用于膝关节严 重畸形的病人
– 增加了胫股关节之间的接触应力，增加了内衬的磨 损，容易引起因磨损颗粒导致的骨溶解
19
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
– 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
24
目前进展
高屈曲度膝关节——155度
– 加厚并延长股骨后髁关节面 – 加深并延长髌骨滑漕 – 平台前方作修整适应高屈 – 特殊的凸轮机制设计
25
26
全膝关节假体设计与选择
1
理想的假体设计
适当的功能
– 运动学 – 活动度 – 限制性
假体牢固的固定 假体长期的耐磨性
2
概念
吻合性（Conformity）
– 指假体的匹配程度， 胫骨假体表面半径(R2) 与股骨假体表面弯曲 半径(R1)间的比率 (R2/R1)，适用于冠状 面和矢状面的几何形 态
– 股骨和胫骨假体间存 在旋转
– 降低假体－骨水泥－ 骨界面接触应力
– 防止假体过早松动
15
第二代－半限制型和非限制型假体
特点
– 以点、线、部分 面接触为主，能 产生足够的活动 度和低限制
– 固定关节面 – 磨损度较高
16
后交叉韧带保留型假体
设计目的
– 为了降低假体和骨之 间固定界面的剪切应 力，降低假体松动
11
人工膝关节发展三个阶段
第一代：单纯铰链型假体（全限制型） 第二代：髁型假体（非限制、半限制）
– 点接触、线接触或部分面接触型
第三代：带半月板功能的解剖型假体
– 面接触型
12
第一代－完全限制型假体
特点
– 铰链式、单一半径 – 固定铰链型
13
缺点
– 高限制性，假体－骨水泥－骨界面接触应力高，易 导致松动，翻修困难