6 概述
20世紀40年代前，主要是進行間置式膝關節成形術。20世紀50年代Walldius和Shiers進行了同時置換股骨與脛骨關節面的鉸鏈式人工膝關節置換術。由於早期第1代的鉸鏈式人工膝關節不能模擬正常膝關節的複雜運動，在膝關節運動過程中產生的旋轉力都通過柄傳導到了假體與骨界面，同時兩個金屬假體直接接觸磨損，導致鬆動率與感染率很高，後來研製出旋轉軸更靠後的GUEPAR鉸鏈式假體，其鬆動與感染仍常見。第2代鉸鏈膝關節考慮到了膝關節的運動和力學特性，有了旋轉平臺的設計，可以將原來傳導到柄部的剪力在旋轉平臺部分進行分散，短期效果滿意，但是因爲假體大小的選擇少，並且沒有注意到髕股關節問題，失敗率也很高。第3代鉸鏈膝關節不但有旋轉平臺的設計，改善了髕股關節的設計，而其型號更全，還有了組配式設計，即可以選用不同長短、大小的柄，可以有不同的加強塊，中期效果較好，但主要適用於內外側韌帶同時有問題、嚴重膝關節畸形的初次置換和有嚴重骨缺損的翻修病例。另外還有一種介於表面膝關節假體與旋轉鉸鏈膝關節之間的假體，這種假體是在後交叉韌帶替代型假體的基礎上設計出的，其將脛骨襯墊凸起加高，股骨髁間盒子加深，使其不但可以控制後方不穩定，而且可以控制側方不穩，即髁限制性假體。主要用於單側側副韌帶功能不全的患者，也可以用於翻修病例，如Depuy公司的TC3假體和Zimmer公司的LCCK假體。
表面膝關節的發展從20世紀70年代開始。1971年，Cunston採納Charnley低摩擦髖關節假體思路設計出多軸心膝關節假體，模擬複雜的膝關節活動。1973年，Mayo醫院的Coventry開展了幾何型膝關節假體置換。Freeman與Swanson設計了“槽內滾動”式LCLH假體。雙髁假體出現於20世紀70年代中期，爲一種解剖型假體，與早期多中心假體相似。70年代早期，開始了單間室假體置換。1973年Insall等設計了全髁假體，該假體設計上更重視機械力學問題，取得了很好的臨牀效果，以後的表面膝關節假體基本上是在此基礎上改進的。各個廠家有基本上趨於採用一套手術器械可以進行各種限制性不同假體的置換，即分級系統的概念。它根據關節病變範圍、畸形、韌帶鬆弛及骨缺損的程度不同，在手術室可以採用同一系統的假體而選擇不同的配置。
6.1 1.膝關節的生物力學（Biomechanics of Knee）
膝關節運動並不是簡單的屈伸運動，在一個步態週期內，同時發生伸屈、旋轉、收展等三軸維的系統複雜運動。伸屈軸心並不恆定，瞬間軸心軌跡呈J形，在伸屈同時還有股骨髁與脛骨平臺之間的旋轉與收展以及滾動。
平地行走時，膝關節的負重約爲體重的3倍，上下樓梯時約爲體重的4倍。膝關節的負荷主要集中在部分脛骨平臺，而非均勻分佈，內側平臺負荷大於外側平臺。半月板能增加股骨與脛骨的適合程度，傳遞負荷壓力，將其切除後，關節接觸面的壓應力將因集中而明顯增加。行走時膝關節面除承受壓應力外，還承受張應力、剪切力。
正常膝關節中，脛骨關節面相對於力線有3°的內翻，股骨關節面相對於力線有9°的外翻。爲了力學上準確重建，操作簡單，脛骨假體冠狀面上垂直力學軸線放置，矢狀軸上根據假體的設計採用一定的後傾角，採用後交叉韌帶保留型假體可以適當增加後傾倒7°～9°，而採用後交叉韌帶替代型假體可以不需要較大的後傾，否則會導致前後不穩定。股骨假體常採用6°～7°外翻，外旋3°放置，但是如果患者外側後髁磨損較重，則不能單純依靠後髁來確定外旋3°，應該參考股骨髁上連線來確定外旋的角度。
髕股關節是膝關節的重要組成部分，正常情況下，膝關節由伸到屈曲90°的過程中，髕股關節接觸壓逐漸增大，超過90°又逐漸變小。髕股關節接觸面積正常隨接觸壓增大而增大，壓強變化不明顯。
6.2 2.膝關節假體的分類（Classification of Total Knee Implant）
膝關節假體分類方法較多，按置換部位可分爲單間室（如單髁置換和髕股關節置換）、雙間室及三間室假體置換。按假體的固定方式可分爲骨水泥固定假體與非骨水泥固定假體，目前大多數採用骨水泥固定假體。按脛骨襯墊是否活動可分爲固定襯墊型假體和活動襯墊型假體，活動襯墊膝關節假體又可分爲襯墊前後活動、襯墊旋轉活動及既有前後活動又有旋轉活動設計的假體。按假體的限制性設計可分爲非限制假體（如單髁假體及後交叉韌帶保留型假體）、部分限制性假體（如後交叉韌帶替代型）、高限制性假體（如髁限制型假體及旋轉鉸鏈膝關節假體）、全限制性假體（如純鉸鏈膝關節假體）。
7 適應症
7.1 1.三間室膝關節置換
（1）嚴重關節炎引起的疼痛，經非手術治療無效，影響工作與生活。當患中等程度關節炎，疼痛不重，但畸形較重，對膝關節置換的效果將產生不利影響時，也是膝關節置換的適應證。
（2）由於髕骨友好型假體的產生爲不置換髕骨創造了條件，及對髕股關節認識的提高，現在進行髕骨置換的數量在不斷減少，因此雙間室置換的比例在不斷增加。
7.2 2.單間室膝關節置換
8 禁忌症
8.1 1.三間室膝關節置換
（1）絕對禁忌證：①膝關節化膿性感染或不久前曾患化膿性感染，身體其他部位有感染病竈；②伸膝裝置斷裂或嚴重功能不全；③肌無力引起的膝反屈。
（2）相對禁忌證：①患肢伴有嚴重的動脈硬化；②術區有牛皮癬等皮膚病；③神經性關節病、肥胖、慢性尿路感染、膝關節周圍化膿性骨髓炎病史等；④不伴疼痛的膝關節功能位融合是相對禁忌證，但是如果患者年輕，生活或工作有屈曲膝關節的強烈要求時可以考慮進行關節置換。
8.2 2.單間室膝關節置換
9 術前準備
2.術前1d靜滴廣譜抗生素，手術當天，將抗生素帶進手術室，術前半小時使用，若爲雙側置換，則在第2側開始前再使用1次。
3.術前應該常規使用COX2抑制藥，預防術後疼痛，效果明顯。
4.術前拍攝站立位膝關節正側位像，仔細查體，根據病變範圍及骨缺損與韌帶鬆弛情況選擇合適的假體，並對切骨量、假體的大小進行估計。
5.用模板覆蓋X線片去探明股骨解剖軸與機械軸線的夾角（圖3.16.2.1-1）。手術的關鍵是要保證股骨遠端切骨面與股骨幹機械軸垂直，與脛骨切骨面平行。
11 手術步驟
11.1 1.近端脛骨切骨，採用髓外測量法
用脛骨拉鉤將脛骨拉向前、髕骨拉向外側以暴露脛骨面，做脛骨切骨。把髓外切骨導引器的對線系統安全固定後，根據需要進行各種厚度的切骨。開始時，把切骨板放於中間位，以便以後可向上向下調節。把髓外脛骨切骨導引器的腳置於脛骨近端，方向對正膝關節中心（圖3.16.2.1-2A）。滑動調整導引器腳，以便讓導引器的體部平行前方脛骨幹（圖3.16.2.1-2B），以保證脛骨切骨後有7°後傾。調整切骨板，直至理想的切骨平面出現（圖3.16.2.1-2C）。用脛骨切骨厚度測量器來幫助測定切割板的位置（圖3.16.2.1-2D）。
導引器2mm標籤端放入切割槽，其導引器臂必須觸及有缺損側的最深部位，在這個位置上進行切割，將切取導引器尖端下2mm的骨質。把10mm標籤端放入切割槽，其臂部應觸及最高的軟骨面，它所切除的骨厚度相等於以後要植入的最薄的脛骨假體的厚度，以上兩個切骨面常常不是相合的，必鬚根據病人的年齡、骨的質量，假體預計固定的方法進行選擇。在把切骨板釘住脛骨之前，把脛骨切骨量尺通過切骨槽去測定後部脛骨的切骨位置（圖3.16.2.1-3A）。
用2根銀彈簧釘或2根1/8英寸固定釘，把切骨板釘在脛骨上，使它處於安全正確的位置。可沿導引器的頂部或通過切割槽切割，兩者都是後傾7°，只是切割的厚薄有區別。用27mm的擺動鋸片去切割脛骨面（圖3.16.2.1-3B），切割完成後，去除導引器。如切割過薄，可降低切骨板到需要的水平並固定，其升降部的標記級差爲2mm。
11.2 2.股骨部手術技術
採用四合一法。
（1）測量股骨/建立外旋方向：在遠端股骨的髕骨溝中心，鑽一個孔（圖3.16.2.1-4A）。此孔在前後位及側位方向都平行股骨幹。孔約位於後交叉韌帶附着點前方1cm處。逐步用搖鑽把孔擴大到12mm，以減少在插入髓腔導引器時的髓內壓力，再把髓內物吸出。
把髓內導引器按術前X線片測量，調節到應有的外翻角度，並算好左右方向（圖3.16.2.1-4B），然後把方位固定。把標準型切割指示塊連接到導引器上，擰緊螺絲。把髓內導引器插入股骨。以內外向上髁軸線作導向，旋轉導引器柄，使之方向與軸線相符，這個方向使遠端切割方位與最後的假體旋轉相符。當導引器方位放好後，打緊，覈對原設定的外翻方向未變，確定導引器至少和一個遠端髁相接觸。
（2）切割股骨遠端：取遠置導向附件與股骨遠端切割導引器連接，將聯合裝置的觸腳遠離骨面，擰緊附件的螺絲（圖3.16.2.1-5A）。此時，把這個聯合裝置插入髓內導引器的相應溝中，使聯合裝置的腳觸及股骨前方皮質，再擰其上的螺絲，使觸腳真正接觸前方皮質，但不要擰得太緊（圖3.16.2.1-5B）。在遠端切割導向器表面上有0到±4mm，差距爲2mm的多個孔，如要多切或少切遠端骨片，可在需要數字的孔中向骨質打孔，用釘固定（圖3.16.2.1-5C）。把遠置導向附件上螺絲擰鬆，用擊拍取去器裝置去除髓內導引器及遠置導向附件（圖3.16.2.1-5D），僅留下切割導向器，如需調整，再把導向器表面0處移到所需地方的打孔處，就能切出術者所需厚薄的骨片。在切骨溝中放0.5英寸厚的鋸片，切割股骨遠端（圖3.16.2.1-5E），切割的面必須反覆覈對是否完全的平坦。
（3）測量股骨及外旋度：把前後徑及外旋度測量器放在光滑切割後的股骨遠端面上，分清左右方向的器械，並與股骨遠端面緊貼，把前方觸腳放在股骨前方皮質上，注意不要放在最高點或最低點上，然後把雙後方託腳緊託於後髁上。前後徑及外旋度測量器有3種外旋度的選擇，即3°、5°和7°。對內翻膝，用3°外旋即可（圖3.16.2.1-6A）。測量器放好後，在前觸腳上讀到代表尺寸的符號（圖3.16.2.1-6B），它從A到H，如大小指示在二者之間者，應取小一號，以避免選大以後，造成屈曲位時韌帶過緊。把2個無帽釘打入在測量器上代表所選的角度的孔中，去除測量器，留下無帽釘，用以確定下一步安放股骨修整器的前後位置及外旋方位。此時可把2根無帽釘從修整板前方內外2個橫槽內，這2個釘把修整板維持在最優的外旋位和前後徑的位置（圖3.16.2.1-6C）。
（4）修整股骨：去除導向器，留下2根無帽釘，取選擇好尺寸的股骨修整板，把板上部的內外兩個橫槽套在釘上，然後把前腳抵住股骨前方皮質，並沿2根釘內外滑動修整板來調節內外側距離，使此板處於截骨內外側的中間位。此板內下、外下方的2根蝕刻線的溝度就是將來假體的刻度。
通過中間溝用往復鋸切出滑車溝的基底部（圖3.16.2.1-7A），切時注意與股骨的對線。在修整板表面內外兩個小孔內打入2根短頭維持釘，然後在板兩個側孔內打入2根銀彈簧釘，此釘在完全打入後，可自動與旋入柄脫落。
用127mm擺鋸沿修整板的蝕刻線修整股骨（圖3.16.2.1-7B），其次序如下：後髁－後側斜面－前髁－前側斜面－滑車溝的基底－鑽出短柱孔。在板的前緣用擺鋸沿兩個蝕刻線切出滑車溝的內外2條邊界（圖3.16.2.1-7C）。在板前方兩個短柱孔中，用鑽頭鑽出孔來（圖3.16.2.1-7D）。
全部完成後，可取出銀彈簧釘，其方法是把旋頭套住釘的頭部六角凹陷向下壓，用反轉方向逐步把釘倒退取出（圖3.16.2.1-8A）。用擊拍取去除器去除修整板，用往復鋸完成滑車溝的切割。再把髁間窩斜面切割導向器緊貼骨截面。把兩個前腳掛在股骨遠端前方，用釘固定，沿導向器切出窩的兩側，用鋸片切去骨塊，形成新的髁間窩（圖3.16.2.1-8B）。
（5）做好屈曲/伸直間隙：使膝屈曲，用椎板分開器和後髁拉勾做牽引（圖3.16.2.1-9A），來增加視野，用3/4英寸弧彎骨刀切去股骨解後方的骨贅（圖3.16.2.1-9B）。曲膝90°，插入合適模板進行軟組織平衡及緊張度的測試。再在模板下插入導向棒，測試膝關節中心是否與踝關節中心（圖3.16.2.1-9C）在一線。再伸直膝關節，同法進行測試，並利用導向棒測試股骨頭中心、膝關節中點及踝關節中點是否在一直線（圖3.16.2.1-9D）。在測試過程中，如伸直間隙比屈曲間隙緊張，可重切股骨遠端來增加伸直間隙寬度，如伸直間隙比屈曲間隙鬆弛，有兩個處理方法：①取小號假體；②增厚股骨遠端的骨水泥，但增厚極度爲2mm。如要再增厚，則要用金屬加厚塊。如在伸直/屈曲時都緊，並與10mm模板不配合，可重切遠端脛骨。
注意：要做到伸直及屈曲間隙要完全相符和對稱後，纔可做進一步的股骨後部切骨來裝配高屈曲度後穩定型膝。
（6）股骨後髁重切：使用股骨後方拉鉤保護膝後方的動脈，參照上一步股骨修正器的尺寸，選出同尺寸的後髁重切導向器。把導向器緊貼在切骨面上（圖3.16.2.1-10A），並對準股骨滑車溝，如股骨遠端切面已鑽好短柱孔，此時可在此孔中鑽入重切導向器的組合短柱，來維持穩定。重複檢查導向器，將其擺正，不要產生屈曲或斜掛在骨上等現象。用127mm擺鋸通過導向器上的切骨槽重切股骨後髁（圖3.16.2.1-10B），這樣大約再切去2mm後髁，此導向器也可用來再修正股骨上的中間窩和短柱孔。如用A及B號假體，此時必須重鑽短柱（圖3.16.2.1-10C）。
覈實後關節囊是否已足夠剝離，它的剝離高度應在導向器後腳上1cm（圖3.16.2.1-10D），如肯定關節囊已剝離足夠，骨贅已完全切除，高屈曲度型膝的股骨髁修整至此完成。
注意：韌帶平衡的目的是創立一個相等和對稱的伸直與屈曲關節間隙，對於高屈曲度人工膝，要求在極端屈曲角度時，仍能獲得關節穩定。所以韌帶的平衡更爲重要。
11.3 3.萬用鋸法置換髕骨
（1）準備髕骨：銳利地切除髕前滑囊組織，暴露髕骨前面，把髕骨前部放在骸骨鉗中進行切割。切去髕骨周圍滑膜及骨贅，但不可損傷肌腱附着處，用量尺測量髕骨厚度（圖3.16.2.1-11），參照假體厚度，計算應切除多少厚度的髕骨。
（2）切割髕骨：用萬用髕骨導引器與髕韌帶並列，把髕骨放在導引器中，用導引器的領部來定出高低水平，然後擰緊螺絲，在切割額以上切去的骨量，每一個方向都應是一樣的。要確認當這個10mm指示切割棒在轉動時可觸及髕骨前面，如它轉動時可觸及髕骨前面，則說明留下的骨厚度至少有10mm（圖3.16.2.1-12）。最後把髕骨切割面切平整。
（3）髕骨鑽孔：把鑽孔導引器放在髕骨中央，而其柄則應位於髕骨內側，並垂直髕韌帶，緊握鑽頭，在3個孔中鑽孔（圖3.16.2.1-13）。
11.4 4.脛骨修飾及假體安放操作方法
（1）模型脛骨假體復位：選擇帶小樁或帶柄能理想覆蓋脛面的脛骨模型假體，它的顏色標記和股骨假體顏色標記必須絕對一致，如不相符，則調整脛骨假體尺寸。然後再放入股骨和髕骨模型假體，雙側模型關節到位後，可做膝伸曲動作，測試關節活動幅度和穩定性，進行軟組織平衡手術，使脛骨與股骨最匹配。關係調整好後，用亞甲藍或電刀作出記號（圖3.16.2.1-14A、B），再用分離器去除模型假體。
在模型假體復位前，其安放位置可用解剖學標記來測定。可選擇好帶小樁或柄的脛骨假體模型測試板中合適的一種類型和其尺寸能完全覆蓋脛骨面者（圖3.16.2.1-14C），把脛骨板的顏色與選定的股骨假體上的標記相比，至少要有其中一種顏色絕對相同，如顏色不相同，要調整測試板的尺寸。緊壓組合柄上的開關，把柄上的鳩尾吻合口與板上吻合口相接，擰緊螺絲，安全固定。
一般講，柄要與脛骨前面對線，略調整使柄對準脛骨結節或稍內方一點（圖3.16.2.1-14D），對線棒可幫助重新測定有否內外翻。然後用2根短的固定釘把測試板固定好。
（2）修整脛骨面：根據早先定出的標記，把帶柄型測試板釘好，把合適尺寸的骨水泥型的帶柄型脛骨假體鑽孔導引器放在測試板上鑽孔（圖3.16.2.1-15A），一直到鑽頭上的刻度（圖3.16.2.1-15B）與鑽頭袖的頂部並列。去除導引器及鑽頭，把合適尺寸的尖錐連結在錐形打擊器柄上（圖3.16.2.1-15B）。把打擊器放在測試板上，打擊之，直到杆刻溝與打擊柄並列，打擊器的尖錐上裝有阻止裝置，所以不會打過頭（圖3.16.2.1-15C）。
去除打擊器組合的測試板，再插入模型假體測試一下，把打擊器和模型假體完全對好，打擊帶柄型脛骨模型（圖3.16.2.1-15D）放好模型墊片，用螺絲擰緊。再一次測試股骨及脛骨模型假體及其匹配程度，每個器械盒都有顏色標記，如三者顏色一致，假體是匹配的。
（3）假體放入：覈對模型型號，去除所有模型假體，裝入選好的骨水泥型肌骨、脛骨及髕骨假體，安放次序可根據術者的習慣。
在安放脛骨塑料襯墊時可使用下列方法之一：①放好關節面，採用關節面安放器用向下向後的力去安放，以幫助關節面順利放在盤上；②把關節面放在假體盤上，推出安放器槓桿，與鴻尾吻合安好（圖3.16.2.1-16A），用示指扳動閉合槓桿，把盤前匹配槽與插入器溝咬住，這樣插入器與盤就咬合住了。用手擠壓手柄來推放關節面（圖3.16.2.1-16B）。完成後，打開槓杆，去除工具。關節面只能安放1次。
12 術後處理
1.術後繼續使用抗生素5～7d。
2.當24h內引流量少於50ml，或術後72h可拔除引流管。當然，也有人主張不放引流管的，但是最好術後常規使用引流管。
3.術前1d晚上開始皮下使用低分子肝素鈉或低分子肝素鈣，預防深靜脈血栓的發生，使用10d，年輕者或有出血傾向者可提前停用。現在已經出現口服的抗凝藥，安全有效。可以減少患者皮下使用的痛苦。
4.術後使用3～5d預防應激性潰瘍的藥物，預防應激性潰瘍的發生，尤其是對一次手術進行雙側膝關節置換的患者。
5.術後繼續使用COX2抑制藥，可以明顯減少強力鎮痛藥的使用。
13 併發症
13.1 1.血栓栓塞
深靜脈血栓是全膝人工關節置換術後最嚴重的併發症之一，可導致肺梗死，危及生命。臨牀診斷可進行靜脈造影或多普勒超聲檢查，靜脈造影的準確率更高。深靜脈血栓的預防可使用低分子肝素鈉等抗凝藥，以及使用抗血栓祙和足底靜脈泵等機械療法。
13.2 2.感染
感染是人工關節置換最可怕的併發症之一，也是全膝關節置換術早期失敗的最主要原因。引起感染的細菌主要是表皮葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、鏈球菌、微球菌等。對感染的預防更重要：在手術室備皮、減少術前住院時間、治療潛在的身體其他部位的感染、預防使用抗生素、使用層流手術室、減少手術室內人員的數量和人員的流動、手術人員戴雙層手套、減少手術時間、閉合切口前大量生理鹽水沖洗傷口等。當患者對青黴素過敏時，可使用萬古黴素。
感染的主要症狀是疼痛。當術後持續疼痛，或者疼痛緩解後，膝關節運動功能良好，而再次出現疼痛，應懷疑感染。診斷關節置換後感染比較可靠的指標是C反應蛋白，其峯值出現在術後24～48h，以後逐漸下降，3周後恢復正常。X線片上出現骨與骨水泥交界面骨吸收，囊性變。穿刺抽吸塗片、細菌培養有助於診斷，爲增加敏感性，可反覆多次進行。
一旦確診，可採取保留假體的關節清創沖洗術，但只適用少數患者：即後4周以內出現的感染，或急性血行播散性感染，同時假體固定牢固，但是在清創時一定要更換塑料襯墊。否則應該進行關節徹底清創沖洗，取出假體，使用抗生素骨水泥佔位器置入，最好採用可活動的抗生素骨水泥佔位器。感染控制後，二期行翻修手術，取出抗生素骨水泥佔位器，徹底清創，然後選擇合適的假體進行翻修。兩次手術的間隔時間一般應長於6周，停用2周以上抗生素，血沉、C反應蛋白恢復正常，關節穿刺培養陰性時可以考慮再次手術，手術時要取病理確認感染已經控制纔可以進行翻修。對於難以控制的感染也可以考慮採用切除性關節成形術或關節融合術。
13.3 3.髕股關節併發症
包括髕股關節不穩、髕骨骨折、髕骨假體斷裂或鬆動、髕骨撞擊綜合徵和伸膝裝置斷裂等，常與軟組織不平衡與假體位置不佳有關。因此，選擇正確的假體，掌握正確的手術操作是預防髕股關節併發症最重要的方法。其中伸膝裝置斷裂是最嚴重的併發症，重建後的關節功能不會太好。
13.4 4.血管神經併發症
全膝關節置換術後動脈損傷是一種少見而嚴重的併發症。術前應詳細檢查患肢循環情況，發現問題請專科會診。腓總神經損傷較爲常見，主要與矯正固定的外翻和屈曲畸形有關。腓總神經損傷症狀常出現在術後24h內。一旦發現，立即鬆解膝部包紮與固定，屈膝15°，以鬆弛腓總神經。有足下垂時，應使用支具固定。手術探查鬆解腓總神經效果不肯定。