膝关节假体选择课件
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• 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
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）
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
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
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
• 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
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
第三代－活动承重膝关节假体
• 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
ຫໍສະໝຸດ Baidu
目前进展
• 旋转铰链型
LCS
Sigma RPF
设计特点
• 深度屈曲时50mm2额外的接触面积 • 髁间盒浅且窄，改善髌股轨迹
全膝关节假体设计与选择
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
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
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
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
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
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)
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
• 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受损的患者
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
• 增加接触面积可以减 少接触应力
高接触应力
低接触应力
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
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)
目前进展
• 高屈曲活动平台型膝关节假体（Depuy Sigma RPF）
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
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
• 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
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
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
第一代－完全限制型假体
特点
• 铰链式、单一半径 • 固定铰链型
• 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
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
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
后交叉韧带替代型假体
• 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
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
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
各种接触类型关节面单位压强
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
• 需要严格伸屈膝间隙相等 • 韧带平衡要求高
• 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
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）
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
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
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
• 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
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
第三代－活动承重膝关节假体
• 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
ຫໍສະໝຸດ Baidu
目前进展
• 旋转铰链型
LCS
Sigma RPF
设计特点
• 深度屈曲时50mm2额外的接触面积 • 髁间盒浅且窄，改善髌股轨迹
全膝关节假体设计与选择
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
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
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
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
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
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)
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
• 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受损的患者
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
• 增加接触面积可以减 少接触应力
高接触应力
低接触应力
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
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)
目前进展
• 高屈曲活动平台型膝关节假体（Depuy Sigma RPF）
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
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
• 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
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
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
第一代－完全限制型假体
特点
• 铰链式、单一半径 • 固定铰链型
• 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
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
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
后交叉韧带替代型假体
• 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
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
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
各种接触类型关节面单位压强
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
• 需要严格伸屈膝间隙相等 • 韧带平衡要求高