最新人工膝关节发展简史

人工膝关节仿生结构设计和生物力学关键技术及应用引言人工膝关节置换术是一种常见的临床治疗方式，主要应用于严重的关节炎、骨折或其他损伤所致的膝关节严重损害的患者。

随着科技的不断进步和人们对生活质量要求的提高，人工膝关节仿生结构设计以及生物力学关键技术的研究得到了越来越多的关注。

本文将从仿生结构设计和生物力学关键技术两个方面，探讨人工膝关节的最新进展和应用。

一、仿生结构设计1.1 人工膝关节的解剖和生理特点正常的膝关节由髌骨、股骨和胫骨组成，关节软骨和韧带起着重要的作用。

人工膝关节应该模拟出这些结构，并且在运动过程中要尽量减少关节表面的磨损和损伤。

仿生结构设计的关键在于模拟人体天然的关节结构和功能。

1.2 材料选择人工膝关节的材料选择至关重要，传统上常用的材料包括金属、聚乙烯和陶瓷。

近年来，生物可降解材料和纳米材料也开始逐渐应用于人工膝关节制备中，以期提高材料的生物相容性和耐磨性。

1.3 三维打印技术三维打印技术在人工膝关节仿生结构设计中起着越来越重要的作用，它可以根据患者的特殊情况，量身定制膝关节，精确度高，适应性强，减少了手术过程中的不确定性。

1.4 表面处理技术人工膝关节的表面处理对其耐磨性和功能都有很大的影响，现代的表面处理技术如纳米涂层、表面纳米结构等，可以有效地提高人工膝关节的使用寿命和力学性能。

二、生物力学关键技术2.1 运动分析技术人工膝关节置换术后，患者需要进行康复训练，运动分析技术可以帮助医生更好地监测患者的运动状态，调整康复方案，提高治疗效果。

2.2 人工关节材料的疲劳寿命测试疲劳寿命测试是评价人工膝关节材料耐久性的重要手段，通过疲劳寿命测试，可以及早发现材料的疲劳破损点，确保人工膝关节的长期可靠性。

2.3 载荷仿真技术人工膝关节在使用过程中要承受来自体重、运动等多方面的载荷，通过载荷仿真技术，可以更好地了解人工膝关节的受力情况，从而指导设计和临床治疗。

2.4 功能评估技术人工膝关节的功能评估技术可以帮助医生及时掌握患者膝关节的功能状态，评估人工膝关节的效果，指导临床治疗方案的调整。

人工关节材料发展综述1引言当前我国正处于人口老龄化时期，各种原因引起的骨性关节炎，股骨头坏死以及老年髓部骨折等关节疾患日益增多，严重影响了老年人的生活质量，产生了极大的经济和社会负担；同时由于疾病、事故、工伤、战争以及比赛对抗程度的明显增强等各种因素，均增加了意外伤害的概率导致大量的人体骨骼病变和损伤，造成许多人残疾而失去基本的生活能力，给病人、家庭及社会带来了极大的影响和沉重的负担[1-3]。

1963年英国曼彻斯特人John Charnley首先报道了全髋关节置换手术治疗类风湿性髋关节骨性关节炎。

他利用不锈钢制作股骨头，以聚四氟乙烯（PTFE）制作髋臼，用聚甲基丙烯酸甲酯（骨水泥）固定，形成Charnley型低摩擦全髋关节假体，奠定了现代人工关节置换技术的基础[1]。

自此以后，人工关节置换技术发展迅速，日益成为治疗关节伤痛、重建关节功能的重要手段。

人工关节置换术经过近百年的发展，目前已广泛开展，能有效地根除关节病痛，恢复关节功能以及提高患者生活质量，现已被认为是最成功的外科手术之一[4]。

人工关节是模拟人体关节制成的植入性假体，以代替病变或损伤的关节病恢复其功能[4]。

人工关节包括髋、膝、肩、肘、腕、指间、跺等关节，其中以髋、膝关节置换为主。

人工关节置换是对因创伤或疾病造成破坏的关节应用人工关节材料替代病变部位而进行的修复，解除关节疼痛、畸形和功能障碍，重建一个功能接近人体正常的关节[12-13]。

目前，每年世界上大概有100万患者实施人工关节假体置换手术[20]。

据不完全统计全球每年仅全髋关节置换就达80万例，人工髋关节置换术是治疗髋关节疾病终末期病变最重要和最有效的手术之一，也是开展得非常广泛的一项技术，美国现有总人口中的0.83%接受过人工髋关节置换术[81]。

我国根据民政部门的报告，目前仅肢体不自由患者就达1500万人，其中残疾约780万人，全国骨缺损和骨损患者近300万人，且随着我国社会老龄化的到来，这一数字还有上升的趋势[2]。

单髁关节置换的发展史可以追溯到1952年，当时使用金属胫骨假体开始了单髁关节置换手术。

然而，真正的单髁关节设计直到20世纪70年代才出现，但当时的失败率较高。

随着时间的推移，人们对膝关节运动医学的认识不断提高，假体和置换技术也在不断改进。

1970年，Gunston、Engelbrecht及Marmor等学者成为单髁置换使用及发展的先驱。

1973年，Marmor报道了对单室关节炎使用单髁关节置换术（Unicompartmental Knee Arthroplasty, UKA）。

1975年，日本学者渡部对Marmor型单髁人工假体进行了改进。

1986年，Thornhill 再次报道了UKA，对UKA有了进一步的论说，并被相当一部分学者所接受。

近年来，单髁关节置换的假体和置换技术得到了进一步的发展和改进，现在的假体6至10年的生存率达到了98%。

以上内容仅供参考，建议查阅单髁关节置换的相关文献或咨询专业医生以获取更准确的信息。

全膝关节假体历史现状未来全膝关节假体历史现状未来现代人工膝关节置换术成功的三人工膝关节置换术成功的关键因素个关键因素植入材料假体设计手术技术假体设计假体设计发展的循环临床植入发现问题膝关节置换兴起的重要外部条件1960——PMMA 固定开始流行 1963——UHMWPE 开始应用1971——FDA 批准PMMA 应用膝关节置换的重要问题¾成功用于人工髋关节的假体材料是否能够满足膝关节高负荷及关节形态和运动学复杂的要求？¾如果材料方面没有问题，人工膝关节该采用何种几何形态、固定方式和手术技术？Polycentric 膝关节假体Frank Gunston ，加拿大 1960’s 后期引入 1970’s 后期报告结果 ACL/PCL 保留 PMMA 固定Polycentric 膝关节假体Geomedic 膝关节假体Geomedic 膝关节假体现代膝关节假体的发展Polycentric 膝关节Geometric 膝关节现代全膝关节表面置换功能重建解剖重建功能重建现代膝关节假体的发展用工程学的方法解决复杂的膝关节运动学问题 切除交叉韧带解剖重建保留全部或大多数膝关节软组织限制性结构 固定性关节面，以避免与限制性软组织的冲突活动关节面Freeman ‐Swanson 膝z 铸造CoCr 合金z UHMWPE z 全聚乙烯胫骨z 单一型号z 无手术技术z 无手术器械z 1970年3月伦敦植入第一例Freeman‐Swanson膝1966-1968，英国伦敦London Splint Company（后被Howmedica收购） “condylar total knee”y引入三个重要概念：1，切除ACL/PCL2，股骨髁单一半径设计3，胫骨假体安放在平坦的松质骨截面上Freeman的膝置换技术采用MacIntosh的概念——假体应充填关节间隙，以矫正畸形和重建韧带张力 平面直角截骨——简化手术操作股骨与胫骨髓内定位伸膝空间与屈膝空间需平行与一致，引入了间隙测量器初起时需行髌骨切除，后放弃开始时的股骨髁假体无髌骨滑车沟ICLH膝Freeman‐Swanson膝I mperial C ollege L ondon H ospital kneep g p¾1974年¾增加了长而平的髌骨滑槽¾由瑞士Protek公司和美国Howmedica公司推出Freeman和InsallFreeman和Insall1950：Corpus Christie College, Cambridge, UK 1953：London HospitalFreeman Insall英国，伦敦医院美国，HSS HSS膝关节研发小组1966:Harlan Amstutz,Biomechanics and Biomaterials Laboratory at HSS1969:Peter Walker(Leeds)加入(UCLA)1970:Amstutz(UCLA),Walker领头1970年12月:Peter WalkerJohn InsallChitranjan RanawatAlan InglisHSS膝关节研发小组Peter WalkerJohn InsallChitranjan RanawatHSS膝关节第一款HSS髁型膝关节假体:Duocondylar 1970年12月推出:Cintor Division of CodmanHowmedica1971年12月:植入第一例术者:Ranawat一助:Insall二助:Joseph Hoffman在场:WalkerDuocondylar膝关节z模拟解剖,对称型,骨水泥固定z ACL/PCL/保留z无髌骨滑槽z股骨内外髁平行,相连z胫骨平台假体是分离的两块Duocondylar膝关节从Duocondylar获得的结论z需考虑髌股关节z植入单一形号的假体要符合不同的个体解剖是困难的,特别是在有明确畸形时z保留胫骨髁间嵴和ACL/PCL干扰了对膝关节畸形的矫正z两块分离的胫骨平台骨水泥固定起来不如整体性的假体容易Duocondylar膝的发展Duocondylar膝关节解剖重建膝功能重建膝Duopatella膝Total Condylar膝Duopatellar膝Total Condylar膝研发者:Insall,Walker,Ranawat影响者:FreemanTotal Condylar膝胫股假体更加形合对称性股骨髁设计额状面曲率更加符合正常解剖 股骨滑车槽ACL/PCL切除髌骨假体单块聚乙烯胫骨带短柱Total Condylar膝1973年9月,TC膝已设计定型无任何专利保护Cintor Division of CodmanHowmedica两家同时推出1974年2月,HSS第一例植入,InsallTotal Condylar膝Insall：¾研发手术器械¾采用Freeman的概念和技术：直角截骨，伸屈间术：直角截骨，伸、屈间隙平行和一致¾强调软组织松解和矫正力线的重要性；提出了内侧松解和外侧松解技术¾常规置换髌骨Total Condylar膝Total Condylar被认为是第一个获得长期优良临床效果的人工膝关节系统Insall和Burstein Burstein的加入1975年，Walker离开HSS，加入Cintor Divisionof Codman，1976年成为Howmedica的研发主管月Case Western Reserve University1976年5月，来自Case Western Reserve University的Albert Burstein加入HSS，成为生物力学部主任Burstein带来了一个工程师团队，并很快与Insall建立了良好的合作关系。

人工关节多年来人们就采用各种关节成形术治疗关节强直、关节畸形和各种破坏性骨关节疾病，力图将这些有病的关节矫正和恢复功能，使之成为稳定的、不疼的并有一定的功能的，为此许多学者做出了巨大的努力。

迄今已研制出膝、髋、肘、肩、指、趾关节假体用于临床。

1890年，Gluck首先应用象牙制造下颌关节；1938年，Wiles用不锈钢作髋臼与股骨头；而后Moor开展了人工股骨头置换术； 1940年 Wder兄弟用合成树脂制造人工关节；1951年开始全髋人工关节置换术。

1952年Habowsh用固定牙的丙烯酸脂固定人工髋关节，由此合成树脂开始用于人工关节的结合。

1958年Charnhey根据重体环境滑润TDRTEFDHFYUHH理论，用聚四氟乙烯髋臼和金属股骨头制成低摩擦的人工关节，接着在1962年，Charnley把高密度聚乙烯髋臼和直径为22毫米的股骨头组成全髋人工关节，并用骨水泥（甲基丙烯酸脂）固定，获得较满意的效果。

自此，人工关节置换术进入实际应用的新阶段。

人工关节是人们为挽救已失去功能的关节而设计的一种人工器官，它在人工器官中属于疗效最好的一种。

一般来说，其使用年限可达20年以上。

随着科技进步，人工关节手术已经是一种十分成功和有把握的手术：它可以即刻消除关节疼痛、恢复关节的正常活动功能，使长期受关节病痛折磨的人们再次获得新生，手术后可以象正常人那样，行走、爬楼、外出旅行、外出工作、购物和体育锻炼等。

第一节人工关节材料生物材料是用以和生命系统结合,以诊断、治疗或替换机体中的组织、器官或增进其功能的材料。

它涉及材料、医学、物理、生物化学及现代高技术等诸多学科领域。

不仅关系到保护人类的健康,而且成了各国经济发展新的增长点。

人工关节材料作为重要的生物材料组成部份,近百年来,特别是近20年来得到了长足的发展。

人工关节是模拟人体关节制成的植入性假体,以代替病变或损伤的关节并恢复其功能。

作为一种植入器官, 人工关节材料在生物相容性、生物摩擦学性能、抗腐蚀及耐疲劳性能、制备工艺和服役寿命等方面有着非常严格的要求，此外, 还要求人工关节所使用的材料易于合成和制造、加工, 便于大量生产和质量检测, 价格低廉, 易于推广应用等。

人工膝关节分类
1. 你知道吗，人工膝关节原来有这么多种类呀！比如说单髁膝关节，这就像是给膝盖来了个精准定制，适合那些只是局部损坏的情况哦。

就像一栋房子，只是一个房间有点小问题，那就重点修补那一块嘛，是不是很容易理解呀！
2. 还有全膝关节哦，哇塞，这个可就像是给膝盖来了个整体大换装！当整个膝盖状况都不太好的时候，嘿，全膝关节就闪亮登场啦。

就像一辆破旧的汽车，干脆直接换个全新的发动机，让它重新活力满满！
3. 活动平台膝关节也很厉害的哟！它就像是个灵活的小助手，能让膝盖活动得更自然呢。

好比一个优秀的舞者，能够在舞台上自由灵动地舞动，多棒呀！
4. 固定平台膝关节也有它的用武之地呀！它那稳定的特性，就像是一位可靠的老友，始终给你坚实的支持。

就像一座坚固的灯塔，无论风雨如何都稳稳地矗立在那儿。

5. 个性化定制膝关节呢，那真的是根据每个人的独特需求来的呀！这简直就是为你量身打造的专属宝贝呀。

就如同为你单独剪裁的一套高级西装，完全贴合你的身材和气质呢。

6. 还有一种特殊材料制成的膝关节呢，它的性能超厉害的！就好像是给膝盖穿上了一层超级铠甲，给予最强的保护。

想想看，是不是很让人安心呀！
我觉得呀，每种人工膝关节都有它独特的优势和适用情况，真的太神奇啦！我们应该根据自己的具体需要来选择最合适的那一款。