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人工膝关节置换术手册
(
强生公司
)
全膝关节置换
第一节
膝关节解剖概要与生物力学特点
一、膝关节的构成
(
一
)
骨性结构
膝关节由股骨远端、
胫骨近端和髌骨共同组成，
其中髌骨与
股骨滑车
组成髌股关节，股骨内、外髁与胫骨内，外髁分别组成内、外侧胫
股
关节。在关节分类上，膝关节是滑膜关节
(synovial joint)
。
髌骨是人体
内最大的籽骨，它与股四头肌、髌腱共同组成伸肌装置
(extensor
apparatus)
。蘸骨厚度约
2~3cm
，其中关节软骨最厚处可达
5mm
。髂骨后
表面的上
3/4
为关节面，由纵向的中央嵴、内侧峭分为<
/p>
外侧关节面、内侧关
节面和奇面或称第
3
面
(th
eoddfacet
．
thirdfacet)
；
内、外侧关节面又被两
条
横嵴划分为上、中、下三部分，故共计有七
个关节面。髌骨后表面的下
1/4
位于关节外，是髌腱的附着点。
股骨远端的前部称为滑车
(troc
hlea)
，
其正中有一前后方向的切迹将之
< br>
分为内、外两部分，滑车切迹向后延伸为髁
间切迹
(intercondylar
notch
．
ICN)
，向前上延伸
止于滑车上隐窝。股骨远
端的后部为股骨
髁
(femoral
condylars)
，由
ICN
分为股骨内髁和股骨外
髁，分别与内、
外滑车相延续，构成凸起的股骨关节面。从侧面观，股骨外
髁弧
度大
于内髁且较内髁更突前，而内髁比外髁更加向后延伸。
参与构成膝关节的胫骨平台并非绝对水平，
而是在一定程度上呈由前
向后逐
渐下降的趋势，
即所谓胫骨平台后倾角。
胫骨平台中央有一前
一后两个髁
间棘，
其周围为半月板和交叉韧带的附着处。
外侧胫骨关
节面的前
l/3
为
一逐渐上升的凹面，而后
2/3
则呈逐渐下降的凹面。内
侧胫骨关节面则呈一
种碗形的凹陷。
如此，凸起的股骨关节面和凹陷
的胫骨关节面彼此吻合，
使膝关节得以在矢状面上作伸屈活动；
然而
外侧胫骨关节面的特征性凹陷结
构又使得外侧胫股关节面并非完全
吻
合，从而允许膝关节在水平面上有一定
的旋转活动。
并且膝关节的
伸屈活动也不是同轴运
动而是具有多个瞬时活动
中心的运动。因此，
在结构上膝关节是一个不完全的绞链式关节
（
incongruent or modified
hinge joint
）
：正常的膝关节具有约
135
°的屈
曲和
5-10
°的过伸活动范
围，在水平轴面上向内、外有约
3<
/p>
°的旋转活动范
围，此外，尚存在前
后和侧向的小范围活动。
（
二
）
半月板解剖
半月板是关节内唯一没有滑膜覆盖的组织，其冠状断面呈
三角形结<
/p>
构，可概括为
“三面一缘
”：与股骨髁相关的上表
面，与胫骨平
台相关
的下表面，借冠状韧带与关节囊、胫骨平台相连的周围面
（
又称半
月
板壁或半月板边缘
）
及关节腔内凹形的游离缘。除冠状韧带外，半月
板的
前
后角借纤维组织连接固定于髁间棘周围。
不仅如此，
在前部半
月板借半月
板髌韧带与髌骨相连，
故伸肌装置可惜此调节半月板在关
节
前部的活动：在
后部半月板分别借纤维组织与半膜肌、腘肌相连，
使二者得以调节内、外侧
半月板在关节后部的活动。
在组织学上半月板是一种纤维软骨组织，
纤
维呈前后走行构成半月板的主体，直纤维与
斜纤维连接上
下表面，
放射状纤维连接半月板壁与游离缘。
由三组纤维交织构成：
水平
外侧半月板为
—
2/3
环形。前角后角大小相当。半月板周围面与关节
<
/p>
囊的紧
密结合在后部为肌腱所打断，井在后关节囊上形成腘肌裂孔
(popliteal
hiatu
s)
。外侧半月板后角的稳定和活动由半月板股骨后韧带
和胴肌提供；半
月板股骨后韧带即板股后韧带
(posterior meniscal femoral
ligament
．
PMFL)
，又称第三交叉韧带，从外侧半月板后角发
< br>出，经后交叉
韧带前面或后面，止于股骨内髁外侧面。位于前面者又
称
Humphrey
韧
带，
位于后面者又称为
Wrisberg
韧带。板股韧带的出
现率在不同文献
中报
告不一，其解剖变异可导致半月板的过度活动。
腘肌则起干胫骨后面，其向
前、外、上方走行，穿腘肌裂孔变成腘肌
腱，止于股骨外上髁的下前方。
内
侧半月板呈半月形，其前角小而薄，后角则厚而重。内侧半月板与<
/p>
关节囊的
结合紧密无中断。
其后角借纤维组织与半膜肌直头相连，
故
有一定的活动
度。
(
三
)
交叉韧带解剖
在膝关节中心，
股骨内外髁与胫骨之间的前、
后交叉韧带是维持膝关
节稳
定的最重要和最坚强的韧带结构。前交叉韧带
(ACL)
在膝关节完
全伸直时紧
张而于关节屈曲时松驰，其作用在于防止股骨向后脱位、
胫骨向前脱位及膝
关节的过度伸直和过度旋
转。后交叉韧带
(PCL)
则
随着膝关节的屈曲而逐渐
紧张，
它有利于防止股骨向前脱位、
胫骨向
后脱位以及膝关节的过度屈曲
前方、
近内侧半月板前角附近关
节面，向外、上、后走行，止于
股骨<
/p>
外髁的内侧面。
前交叉韧
带由多组纤维束组成，
走行过
前交叉韧带起于胫骨平台内侧髁间嵴
程中有一定程
度的扭转，胫骨
附着点处位于前方的纤维在股骨附着点处转为内侧纤
维。成人前交叉韧带的
长度约
38mm
，宽度约
11mm
，后交叉韧带的长
度与前交叉韧带相似，
宽
度约
13
mm
，是膝关节内最强大的韧带结构。
后交叉韧带起于胫骨平台髁间
区后部近胫骨骺线处，其向内、上、前
< br>
方延伸，止于股骨内髁外侧骨面前
部。与前交叉韧带相
似，其走行过
程中亦有一定程度的扭转：
位于胫骨
附着
点后部的纤维在股骨附着点
处转为外侧纤维。
（
四
）
侧副韧带解剖
膝关节的内侧、
外侧分别有内侧副韧带和外侧副韧带，
又称胫侧副韧
带和腓侧副韧带，
内侧副韧带分为浅深两层，
浅层由前部的
平行纤维
和后部的斜行纤维组成，
它上起股骨内上髁，
向下向前止于胫骨
内侧，
平行纤维宽约
1
．
5cm
，向后与半膜肌直头交织延伸为内侧副韧带浅
层的斜行纤维。内侧膝关节囊走行于内侧副韧带浅层深面时增厚成为
深层内
侧副韧带，并与浅层之间形成滑囊以利于活动。充分伸膝时，
内侧副韧带浅
层的平行纤维、
斜行纤维紧张而利于关节的稳定：
屈膝
时，浅层的斜行韧
带形成一松驰囊带而平行纤维紧张并在深层韧带表
面向后推移盖过深层韧带
从而保持关节的稳定。
内侧副韧带的作用还
在于能控制胫骨在股骨上的外
旋。
外侧副韧带位于膝关节外侧的后
1/3
，可分为长、短二头，长头起自
股骨外上髁，短头起自豌豆骨
(fa
bella)
，同上于腓骨茎突。充分伸膝
< br>时外侧
副韧带绷紧，屈曲时则有松驰的趋势。在膝关节伸屈活动中，
伴随着胫骨旋
转而引起的外侧副韧带的松驰主要通
过股二头肌环绕
于其周围的腱纤维保持
连续性张力，
从而维持关节的稳定性。
外侧结
构的稳定由外侧副韧带、股<
/p>
二头肌、髂胫束共同维持。
(
五
)
脂肪垫
脂肪垫，即髌下脂肪垫是一团
局限于髌骨下方、髌韧带后方、胫
骨平
台前部之间的脂肪组织，
其表面被滑膜覆盖而与关节腔隔离。
脂肪垫
在髌骨下半边缘处始向两侧延伸形成翼状皱襞或翼状韧带
(alar fold
，
alar
ligament)
。脂肪
垫还由正中部向后延伸至髁间切迹，形成条索状
的髌下皱襞
(infrapatellar fold)
，有时可达前交叉韧带的股骨止点附近，
矢状面观呈斜向
后上走行
(
六
)
滑膜、滑膜皱襞与滑膜囊
膝关节滑膜腔是人体最大的滑膜腔，
关节内多
数的无血管组织依赖关
节滑膜分泌的滑液获得营养。滑膜腔的上方延伸至髌
骨上约
5cm
，形
成髌上囊，向下延伸至股四头肌腱膜后，周围覆盖在股骨髁
表面，向<
/p>
两侧形成内、外侧沟或内、外侧隐窝，向远侧延伸与半月板连接
，
再
向下覆盖胫骨平白缘，
直到关节软骨，
在前下方滑膜覆盖髌下脂肪垫
并于<
/p>
两侧向中央延伸至髁间窝，形成翼状皱襞即所谓粘膜韧带。前、
后交叉韧带
均被滑膜包裹，
而且外侧半月板外后方的腘肌腱和腘肌裂
孔也被滑膜所覆
盖。
在正常的膝关节内，
可以存在若干发育残留的滑
膜皱襞
(Plica)
，常见
的有髌上内侧或外侧滑膜皱襞，另一个有重要临
床意义的滑膜皱襞是由髂内
上滑膜皱襞向下延伸至髌下脂肪
垫滑膜
上方的滑膜皱襞，即所谓髌内侧皱襞
< br>或棚架
(Shelf)
，此皱襞可占正常
膝关节的
20%
或更多。膝关节周围还有着
大大小小许多滑膜囊，其中
主要包括位于髌骨上方、
股四头肌与
股骨滑车陷
窝之间的髌上囊，
位
于皮肤与髌骨前面之间的髌前滑囊
及皮肤与胫骨结节之
间的髂下滑
囊。
二、与膝关节置换术相关的解剖特点
(
一
)
下肢对线
准确地理解和建立精确的下
肢对线是人工膝关节置换术的最基
本也
是最重要的概念。
胫股角是股骨解剖轴线与胫骨解剖轴线在膝关节中
心相交形成的向外侧的夹角，此夹角平均为
174
°。
在正常的生理情况下，
当人体站立位时，股骨头的中心、膝关节的中
心及踝关节的中心应处干同一
条直线，
此直线即为下肢的力学轴线或
称机械轴
(mechanical
axis)
：且此
时经膝关节平面的水平轴
(transverse
axis)
则应与地面相平行。
经股
骨干的
股骨解剖轴与上述下肢机械轴在
膝关节中心相交形成平均约为
6
°的外翻角，
根据股骨颈干角和股骨颈
及股骨干长度的不同，
此角度可能会有变化。
正
确地认识和理解股骨
解剖轴与下肢机械轴及其角度的意义对于在膝关节置换术中重建正
常的对线
是至关重要的。
（
图示
）
在病理情况下，由于膝关节的内
/
外翻，正常的胫股角将发生变化，
而下肢
的机械轴将不可能通过膝关节的中心，
< br>
这正是我们在膝关节置
换术
的术前计
划和手术中需要通过测量和截骨解决的问题。
通过计算
和测量准确的截骨才
能使下肢力线获得正确的重建。
下肢力线的重建
是确保手术成功的关键，
也是避免术后因应力不均而造成松动的重要
环节。
关节线
（
joint
line
）
是膝关节对线的另一重要内容。在冠状面的关节线
升
高和降低将影响到髌骨和滑车的相对位置，导致高位或低位髌骨。
因此，
TKA
手术中重建关节线的正常高度也是
TKA
手术中的重要环
节
（
图
示
）
。一般来说，关节线的降低比关节线的升高更有害
。另一方
面，解剖上
的胫骨关节线在
矢状面上虽有一定的后倾角度，
但如果考
虑到半月板的因素，
事实上胫骨关节面的后倾几乎为零。
尽管许多膝
关节
假体强调胫骨的后倾，
但已有足够的证据表面，
胫骨后倾并无十
分必要。
图示
下肢对线
（
二
）
膝关节的稳定结构
膝关节的稳定结构除了依赖于膝关节骨，哇结构本
身的特殊构造以
外，还有赖于前
/
后交叉韧带的制约、内
/
外侧副韧带的平
衡、以及伸
膝装置与股四头肌及腘绳肌的力量均衡。
除了高限制型和铰链假
体在
设计上较少地依赖于膝关节本身的稳定结构以外，
其他的非限制性假
体和部分限制性假体均对膝关节本身的稳定性有一定的要求。
尤其是
内
/
外
侧副韧带的平衡和稳定作用对膝关节置换术后维持人工关节的
正常功能非常
重要。
因此，术前对膝关节稳定结构的检查和关节稳定
性的评估对选择假体
和确定手术方案具有重要的意义。
（
图示
）
（
三
）
髌股关节的解剖特点
髌骨是伸膝装置中的重要结构，
对增加股四头肌的力臂和作功具有重
要意
义。由于股四头肌的力线与髌腱纵轴线之间存在一个外翻角度即
股四头肌角
（
Q
角
<
/p>
）
，因而，髌骨存在着向外侧移位的倾向。事实上，
在许多伴有髌
股关节退变的膝关节骨关节炎的病例
中，
都有不同程度
的外侧支持带紧张和
髌骨外侧倾斜和
/
或外侧位移。在人工膝关节置
换的手术中，
应该考虑到髌
骨脱位的可能，
因而全膝置换时重建正确
的髌骨
-
滑
车轨迹是非常重要的，
必要时采用外侧松解等方法。另一
方面，在解剖上的髌骨关节面的最高点并
非位于髌骨的中心而是偏内
侧，因此，髌骨置换时应考虑到这一解剖特点。
（
图示
）
由于
TKA
手
术后的失败有相当部分是髌骨问题，
而且髌骨置换
与否在全膝关节置
换术中仍然是有争论的课题，
但髌股关节作为膝关节的一
个重要组成
部分，在膝关节置换术中与胫股关节同样具有重要的意义。
图示
髌骨关节面的位置
此外，与髋关节不同，由于膝关节周围尤其是前方缺乏肌肉保护，切
口裂开
后将可能造成假体外露，
加之膝后有重要的血管神经组织等解
剖特点，使膝
关节置换与髋关节置换术有较大的不同。
三、膝关节的生物力学特点
了解膝<
/p>
关节的生物力学特点对理解人工膝关节假体的设计原理和手
术操作原则是至
关重要的。
由于上述的解剖特点，
决定了膝关节在负
荷、运动及稳定等
生
物力学特性上的复杂性。
（
一
）
膝关节的负荷
膝关节的负荷随人体的运动和步态方式有很大的变化，
膝关节站立位
的静态受力
（
双足着地
）
为体重的
0
．
43
倍，而行走时可达
体重的
3
．
02
倍，上楼时则可达到
4
．
25<
/p>
倍。正常膝关节作用力的传递借
助于半月
板和关节软骨的蠕变使胫股之间的接触面增大，
从而减少了单位面
积
的力负荷。在冠状面上，当一足站立时，人体的重力沿垂直重心线传
递并
经过膝关节的内侧
（
图示
）
。这一重力作用使股骨倾向胫骨内侧
髁。此
时，阔筋膜张肌和臀大肌通过髂胫束靠外侧力来保持平衡
，这
些力的和代表
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