(4)膝关节生物力学

胫骨解剖轴
胫骨的解剖轴在胫骨干的中央，它 与胫骨关节面垂线之间有3度的内翻角 。从侧面观，胫骨关节表面有一5-7度 的后倾。
胫骨平台后倾
TKA中重要的画线
TKA中重要的画线
关节的形合度
与髋关节不同，膝关节两相对骨面 形合度较差。因此，软组织结构在维 持关节稳定中起到了至关重要的作用
术者了解正常的下肢对线、作用于 膝关节上的外力和膝关节运动的限制 结构等都是必须的
关关节节软的骨形合的度作用
胫关骨节内的外形合侧度平台差异的意义
关节的形合度
在生理性膝关节，半月板增加了股 骨髁与胫骨平台之间的形合。
形合程度的增加也就增加了分担负 荷的关节面表面积，从而减少了特定 某一点的负荷。因此，半月板切除后 ，关节软骨某些部位上承受的负荷会 增加高达400%。
关节的形合度
外侧股骨髁位移
胫骨平台的解剖
内侧平台 凹陷 前端有隆起 向后变平坦
外侧平台 凸起 对股骨髁前后向活动无限制
伸膝旋转锁定机制
在膝关节完全伸直位
股骨髁内旋5度 机械轴正对膝关节中心 膝关节稳定无需股四头肌参与 完全伸膝位有效的站立 股骨前髁内侧防止髌骨脱位
伸膝旋转锁定机制
外旋锁定机制的机理
膝关节活动范围
膝关节的活动范围自过伸0-20度至屈曲 125-165度。
功能性膝关节的活动范围约是0-115度。
正常步态时需要的膝关节活动范围是070度。
膝关节活动范围
活动 步行
上楼梯 下楼梯 从站立位坐下
穿鞋 提起重物
大约需要的屈曲角度 0-67 0-83 0-90 0-93 0-106 0-117
形合度增加与活动度减小之间的矛盾被称 为是“运动学冲突”
活动平台膝关节系统
解决运动学冲突的方法之一是采用活动平台 假体。
此类假体的胫骨垫与股骨髁高度形合，但在 胫骨垫与胫骨托之间存在第二个关节面，允许 胫骨垫作旋转或前/后向移动。
虽然这一设计在理论上颇具吸引力，但至今 的临床结果并未证明优于固定平台假体。
这一机制是由股骨内侧髁的形状和大小、 膝关节周围肌肉和软组织结构共同调节的。
膝伸关膝节旋的转锁横定轴机制
膝伸关膝节旋的转锁伸定屈机和制旋转
屈曲+外旋 伸展+内旋
膝伸关屈节与活旋转动总结
股骨运动 胫骨运动
滚动 旋转 滚动 旋转
膝屈曲 后滚 外旋 前滚 内旋 膝伸展 前滚 内旋 后滚 外旋
内侧股骨髁位移
在外翻畸形时，下肢机械轴通过膝关节中心的外侧 ，使外侧间室的负荷增加，并使内侧结构扩张甚或丧 失功能。
膝膝内内翻/外与翻膝外翻
股骨解剖轴
解剖轴：是股骨、胫骨髓腔线与 胫股关节线相交形成的角度。
股骨解剖轴呈5-9度外翻，在个子 较小的患者，这一角度将会较大。
股股骨骨髁解与剖轴下与肢机力械线轴的关系
膝关节活动
膝关Hale Waihona Puke Baidu并非是一个单纯的铰链关节。膝 关节的活动极其复杂，包括了屈曲/伸展、 内旋/外旋、内收/外展
因无法照顾到这一复杂的活动，是加速 高限制性全膝关节假体失败的主要原因。 特别是在高限制性的早期“铰链膝”，后 者仅有伸屈一个方向上的活动
膝膝关关节节的活动运动
三根轴 六个方向
膝关节活动
ACL和PCL是这一系统中的韧带连接 部分，而其在胫骨与股骨止点之间的骨 质是这一系统中的另外两边。
整个膝关节的瞬间旋转中心位于ACL 与PCL的交叉处
A四C边L/框PC架L
膝股关骨节髁的的后滚滚动和滑动
没股有骨滑髁动的后时滚的膝关节运动——分离
CR膝中股骨髁的后滚
在PCL保留的TKA中，PCL仍 能调节股骨髁的后滚，但因为ACL 的缺如和整个闭合四边框架系统的 断裂，这一后滚于生理性的并不相 同
ACL止于股骨髁外侧 伸膝时ACL将外侧股骨髁拉向前方 ACL缺损的膝没有外旋锁定
膝关节活动时的受力
大多数TKA采用髓内或髓外定位 来判断解剖轴。截骨导向能对股骨 和胫骨截骨的旋转和对线作精确的 调整，目的是用解剖轴来重建机械 轴。
下机肢械力轴线与解剖轴
解剖轴 机械轴
机械轴
机械轴：股骨头中心——胫 骨平台中心——踝关节中心
正常的机械轴能使60%的负 荷通过内侧间室、40%的负荷 通过外侧间室。
膝关节屈曲
膝关节的屈曲和伸展都包含了滚动和 滑动。
随着屈曲的增加，股骨髁上的瞬间旋 转中心向后移动。这一瞬间旋转中心的 后移即为股骨髁后滚，其作用是防止股 骨与胫骨的撞击，以增加膝关节屈曲。 同时它也增加了伸膝装置的力臂，从而 提高了股四头肌的作用力。
股骨髁的后滚
在生理性膝关节，股骨髁的后滚是由 四边框架系统来调整的。
PS膝中股骨髁的后滚
在后稳定型TKA中，PCL已予切 除，股骨髁的后滚依靠POST-CAM 结构调整。因此，其后滚更可预测， 虽然与生理性的仍有差异。当然 post-cam结构是增加了磨损的来源 ，也增加了系统的限制性。
伸膝旋转锁定机制
在膝关节接近完全伸直时，胫骨相对于股 骨发生外旋（也即股骨相对于胫骨发生内旋 ），内侧胫骨平台在隆凸的内侧股骨髁上作 滑行，直到膝关节完全伸直时获得锁定。
膝关节
膝关节生物力学的原则
在膝关节运动过程中，骨骼的位置和朝向（ 运动学）是各种力量（动力学）获得平衡的结 果
关节形状（解剖学）决定了大部分接触应力 的作用方向
因此：解剖学影响动力学 动力学决定运动学
机械轴与解剖轴
任何膝关节置换的目的是通过截 骨、软组织平衡和良好的假体安放 恢复下肢的机械轴。
发育、关节炎、创伤等能改 变机械轴，从而改变负荷在两 侧间室的分布比例，引起进行 性退变。
膝内/外翻
在正常膝关节，下肢机械轴通过膝关节中心或中心 略偏内侧
在膝内翻畸形时，下肢机械轴通过膝关节中心的内 侧，使内侧间室负荷增加。这一负荷增加会导致一个 畸形进行性恶化的循环。当畸形变得非常严重时，或 者负重时会觉得膝关节在向外侧凸出。
在正常膝关节的0-120度屈曲中： 内侧半月板的飘移可达5 mm， 外侧半月板的飘移则达11 mm。
关节的形合度
TKA的关节形合度
在TKA后，股骨髁与胫骨垫的形合度远高 于生理性膝，因此关节接触面大，接触应力 小、磨损也可能小。
但这一高形合度降低了关节的自由活动， 从而可能减小关节的活动范围，增加聚乙烯 内和假体-股骨界面上的应力集中。