膝關節假體的基本設計理念及設計特點
1.膝關節假體的基本設計理念
1973年 ，Insall等設計的全髁假體標志著全膝關節置換術進入了一個新紀元。Insall等提出了機械力學原理優先于解剖學角度復制的理念。其主要的設計理念包括：
1、重建下肢機械軸并垂直于關節現而不是3°內翻；
2、將膝關節的負重中心置于關節中央而不是內翻；
3、股骨-脛骨較高的曲率匹配減少接觸壓；
4、后穩定設計；
5、柱-輪結構提供股骨后滾；
通過中央柱和股骨槽的不同匹配度獲得不同的限制級別。
其20年的優良隨訪結果是對其設計理念的最好佐證。（圖1）隨著生物力學、膝關節運動學以及假體工程學研究方法的進步，現代的假體設計已經不再僅僅基于傳統力學和解剖學研究 的基礎，計算機技術的發展使我們可以更深入地模擬各種不同設計的假體置換后的運動學狀態，使設計效率大大提高。因而，許多人工關節的專業公司紛紛推出更合理設計的假體。一方面，臨床醫生有了更多的選擇，但另一方面，面對品種繁雜的膝關節系統，如何選擇也成為困擾臨床醫生的難題。因此，深刻地理解人工膝關節假體的設計理念和了解你所選擇的假體系統的原理，特點和使用中的注意事項是獲得臨床成功的基礎。
圖1：全髁假體及術后18年X線片
2.膝關節假體的設計特點
2.1 股骨髁部件與脛骨聚乙烯部件的對應關系
2.1.1 曲率匹配度
匹配度是衡量關節面對應關系的重要參數，匹配度越高，關節接觸面越大，關節接觸壓越小，理論上摩擦也越小。單高匹配度將帶來高限制性，在膝關節的多維運動中應力將向假體與骨的界面轉移，造成松動機會加大。因此，需要在匹配度和限制性這一對矛盾中尋求一個平衡點，以適當的較高的匹配度來減少摩擦，同時又能給股骨部件在脛骨關節面上一定的自由度包括后滾。匹配度的變化是通過脛骨平臺墊片的曲率變化來調節的。（圖2）
圖2：脛骨平臺墊片的曲率變化
2.1.2 冠狀面的幾何形狀
以往的輪-平面設計會造成點接觸而增大局部磨損，而平面-平面設計在側翻時會造成邊緣撞擊而摒棄。目前絕大多數膝關節系統采用內外側髁兩個獨立的輪-碟形狀，個別的假體在冠狀面上以單一半徑設計以期獲得更高的匹配度和自由度。（圖3）
圖3：冠狀面獨立半徑與單一半徑設計
2.1.3矢狀面的幾何形狀
矢狀面的幾何形狀是假體設計的核心之一。目前股骨部件的假體設計中主流的觀點仍然是基于瞬時運動軸心理論的多半徑設計，即在股骨后髁部分半徑變小，但另一觀點在經雙上髁軸為假想固定旋轉軸的設計思想指導下將股骨髁部件設計成單一半徑，這一設計思想仍有待于臨床結果的驗證。（圖4）
圖4：矢狀面單一半徑與多半徑設計
同時，某些假體設計中通過將股骨后髁加厚并延長以期使假體在高屈曲時避免產生對脛骨關節面的“挖掘”（digging）作用。但應該指出的是，使用高屈曲型假體并不意味著一定可以獲得高屈曲度，只是在通過手術技術和良好的康復前提下，患膝高屈曲至150°時假體系統仍能獲得良好的機械支持。（圖5）
圖5：假體側方后滾使得脛股關節在高屈曲時仍維持高形合度
脛骨聚乙烯關節面的矢狀面上，多為碟形與股骨髁部件匹配。但不同的假體設計的前后唇的高度也決定了假體在前后方向的限制程度，某些假體系統通過增高前后唇獲得前后方向的穩定。（圖6、圖7）
圖6：脛骨平臺墊片前唇加高設計
圖7：矢狀面剖面圖
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