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1、膝关节假体设计及Gemini系列产品 19世纪早期 机械性模仿及间隔作用 1800 1840关节切除成形切除关节内病变的软骨 膝关节假体设计历史 19世纪 1840s 1890s关节间隙成形关节间隙内放置生物膜或非生物膜 包括木质结构 自体组织或动物组织Verneuil用软组织充当间隔物重建关节面 所用材料包括猪膀胱 尼龙 阔筋膜及髌前滑囊等1860年Ferguson做膝关节软骨切除 形成新关节 1895年 关节间隙成形使用非生物材料如金属箔和金属板等作为间隔物材料包括金 银 玻璃 铝 镁和白金等 柏林1891植入了第一例膝关节假体象牙制造的铰链式膝关节骨水泥固定 Themistosicles
2、Gl ck MD 遗憾的是 他选择了膝关节结核进行置换 最终因感染而失败 Gl ck的其它创新 第一次使用骨水泥固定假体提倡假体的生物固定发明了第一个骨折固定针1940年 Campell提出股骨金属铸模 发展为膝关节金属间隔物这时的理念只是作为替代填充 没有考虑到形态特征 更谈不上功能 1950 1970年代 60年代开始 膝关节假体开始具有一定解剖形态 并且将材料范围缩小 但以上几种假体只是分别置换股骨侧或者胫骨侧 松动的发生率较高 PeterWalker Ph D在HSS创建了工程学系开始研发系列化膝关节系统涵盖从简单的单髁置换到软组织结构替代的一系列针对膝关节疾病的植入物 70年代以后1
3、971HSS HospitalforSpecialSurgery NewYork TheLeedsKnee1967 1974 BBSeedhom PhD AnatomicApproach 1972Geomedic双髁假体 双髁 Bi Condylar 假体首次出现 1972Freeman Swanson双髁假体 带有髌骨翼但无髌骨假体 单髁假体1973 单室或两室置换保留所有韧带结构 双髁置换保留所有韧带结构无髌骨 DuoCondylar1973 三室置换保留后交叉韧带提供髌骨假体 世界首个非铰链式三室置换的膝关节 简单的铰链式翻修假体三室置换切除PCL提供髌骨假体第一个后稳定膝关节 Stab
4、ilo髁式假体1974 全髁式假体 TotalCondylar 1975 三室置换切除交叉韧带提供髌骨假体但稳定性较Duo Patella假体差 主要根据股骨髁及胫骨平台的形状特征进行设计对膝关节几何学的把握限于平面二维概念较少考虑运动状态下的膝关节生物力学模式 早期假体 限制型假体为主 1976两个研究机构 HSS摒弃了后交叉韧带保留式假体而转向不保留PCL假体的研发Boston 哈佛 采纳了DuoPatella假体的设计理念 致力于保留PCL假体的研发从此 围绕PCL保留与否的设计开始出现争论并一直延续到现在 1976 两个明确的膝关节设计理念和手术技术开始出现NewYork PCL切除型
5、假体Boston PCL保留型假体 双髁型假体 保留PCL 双髌型假体 几何型膝假体 美国Coventry 解剖型膝假体 后稳定型假体的出现 之前膝关节全髁置换假体为后交叉韧带保留型 后交叉韧牺牲型 由于切除型会带来后向不稳定 所以催生了后稳定型假体 posteriorstablization 的出现1977年HSS推出了TC II1978年 Insall与工程师AlbertBurstein博士合作 推出了Insall Burstein后稳定膝假体 确立了凸轮 立柱机制 从此确立了现代后稳定型假体的形态 TC II1977HSS 第一个非链接型后稳定假体 最早的后稳定型假体之一IB IB 19
6、77 1979 带金属托的胫骨平台假体出现 为改变高失败率的全聚乙烯平台假体设计大多数金属托为CoCr合金Cintor在TC假体和DuoPatella假体中使用了钛合金金属托 InsallBurstein后稳定型假体 1980 HSSNewYork 后稳定型假体的原理 RobertBrigham全膝关节假体 1980 Boston 70年代晚期 开始理解假体对线的重要性手术器械变得越发重要胫骨平台的失败率仍高平台假体需要更多的型号金属托已成为常规 1981Homedica公司引入了PCA假体 PorousCoatedAnatomic 骨水泥髋关节10年临床随访较差的结果 CementDisea
7、se 的提出生物固定型假体的摆动及不稳以压配式假体 PressFit 开始了变革 Microlock 微锁定理念受下列因素制约 较差的手术器械较差的临床效果带金属托髌骨假体的高失败率假体不稳定胫骨平台假体固定效果差钛合金的负重差 假体设计理念的进展95 at10years 对膝关节解剖学的进一步了解对膝关节几何学的进一步了解对膝关节运动学的了解材料学的进展摩擦学的进展制作工艺的进展 膝关节置换现状疗效好 止痛 恢复行走 生活能够自理 使用寿命长 10年假体生存率95 以上操作规范分型细化 出现适应不同病情的假体 单髁 表面假体 翻修假体 按限制程度 非限制性 单髁PSCR等半限制性 LCCK全
8、限制性 旋转铰链 按是否模拟膝关节旋转功能 旋转平台垫固定平台型 按置换范围 假体可分单髁 双髁 全髁型 表面置换 按固定方式 骨水泥型 非骨水泥型 按是否保留后交叉韧带 后交叉韧带保留型 CR 后交叉韧带替代型 PS 膝关节的几个概念 保留后交叉的假体CR后稳定型假体PS旋转平台的优点CR PS假体区别 GeminiMKII基本设计理念 活动平台全解剖型设计 活动平台构件 著名人工关节大师JohnN Insall指出 任何固定平台设计的假体都不可能解决低接触应力和自由旋转之间的矛盾 关节几何形态学 正如Insall所描述的那样的基本关节几何形态19 19 InsallJ N Historic
9、alDevelopment ClassificationandCharacteristicsofKneeProstheses fromInsallJ N editoretal SurgeryoftheKnee ChurchillLivingstone 1993 pp 677 737 曲面对曲面 曲线对平面 平面对平面 股骨 胫骨的高形合度在全膝关节置换中是一个和好的特征 可以减少股骨髁和胫骨平台超高分子聚乙烯的接触应力 这一应力可以导致假体的松动 但是 形和好的假体可以产生高的剪切应力 这同样会导致松动19 正常膝关节在屈伸活动过程中存在旋转运动 关节几何形态 15 EnghG H Dwyer
10、K A MechanicalFailure ImplantBreackageandLoosening fromFuF H etaleditors KneeSurgery WilliamsandWilkins 1994 当负荷作用时 单一半径的设计尽管接触面积较小 但仍然优于平面设计 但当负荷作用在一个髁 曲面设计可以有一个大面积的接触 而平面设计可能产生边缘负荷 导致高的接触压强15 关节几何形态 关节形合度越大 接触面积越大 对超高分子聚乙烯的应力越小 19 Gemini关节几何形态设计特征就是髁的面接触设计 每一种聚乙烯垫片均可和同样一种的胫骨基座匹配 活动平台垫片解剖型设计 胫骨假体所受
11、的旋转应力 固定平台 活动平台 活动平台构件 由于活动平台的存在 大大减少了膝关节旋转活动对胫骨假体的剪切力 降低了假体的松动率 髌股关节友好 固定平台 活动平台 髌股关节并发症的主要原因是髌骨在股骨髁间滑槽中运动轨迹的改变 活动平台假体中旋转平台的旋转可以调整髌骨的运动轨迹始终处于良好位置 活动平台构件 对称型胫骨假体胫骨平台为非对称形 如果采用对称设计的胫骨假体 为了追求覆盖 容易导致假体安放在内旋位置如追求力线准确 则内侧平台后方骨质覆盖不全 容易造成下沉 解剖型胫骨假体 覆盖不全 追求覆盖 追求力线 对线不佳 解剖型胫骨假体由于为非对称设计 安装时不容易将假体安放到内旋位置 只需将假体
12、与胫骨截骨面尽可能的重合 即可保证正确对位和力线 解剖型胫骨假体 解剖形设计的胫骨假体可以达到与胫骨截骨面皮质完美接触 实现皮质骨支撑假体 有效减少假体下沉 最终实现降低翻修率 胫骨假体分左右侧胫骨假体型号多每侧5种型号 最大程度满足不同患者的个体需要 胫骨假体解剖型设计 聚乙烯的磨损与所受到的接触应力有关 后者与接触面积呈线形函数关系 接触应力小于15Mpa时聚乙烯与股骨假体之间的磨损大大减小 旋转平台的优点 接触面积与接触压强 来源 DennisDA KomistekRD CORR 2006 股骨假体与平台接触面积比较 活动平台与固定平台 来源 BrownC TipperJL BellCe
13、tal ComparisonofwearparticlesgeneratedbyfixedandrotatingplatformmobilebearingkneedesignsTransactions51stAnnualMeeting OrthopaedicResearchSociety 2005 30 1230 固定平台曲面对平面 固定平台曲面对曲面 活动平台曲面对曲面 活动平台解决了形和度和限制性之间的矛盾 GeminiMK CR 自由旋转 高形合度 旋转平台可以自动调整力线 覆盖不全 追求覆盖 追求力线 对线不佳 自动调整力线 1确保髌骨中置和较大的髌股关节接触面 2对于固定平台设计 如
14、果胫骨假体相对于股骨内旋太多 术后髌骨容易脱位 旋转平台则提供了较大的自动纠正的机会 可以自动中置伸膝装置 GeminiPS设计特点 全解剖型设计 股骨髁假体前面部分圆滑 通过髌骨滑槽的加宽 延长 增加了髌骨接触面积 降低了接触应力 改善了髌骨轨迹 使术后膝前痛及髌骨轨迹异常的发生率有效降低 胫骨假体的解剖型设计 有效增加了胫骨假体的平台覆盖率 增强了胫骨假体长期固定效果 同时也便于术中假体的安放 聚乙烯衬垫与胫骨金属基座通过双柱和防脱位螺钉实现三点锁定 能有效的抵抗界面微动 降低聚乙烯衬垫的面下磨损 延长假体的使用寿命 CR PS假体区别 GEMINI PSPS GEMINI MKIICR
15、GEMINI MKIICR GEMINI PSPS 固定平台 PS 旋转平台 CR CR假体 需要保留后交叉韧带 PS假体 CR与PS截骨差异 CR PS 高屈曲假体特点 术前准备需要注意的问题 一 适应证 1 膝关节自身的稳定装置存在 GEMINIMKII在不能保留后交叉韧带的情况下允许不保留 2 患肢的力线不存在严重的畸形 内翻小于25 30度 外翻小于15度 3 膝关节周围没有严重的骨质疏松和骨质缺损 4 患者能够充分认识到手术后的康复训练对功能恢复的重要性并且能够积极地配合医生的治疗 术前准备需要注意的问题 二 禁忌症 1 膝关节周围严重的骨质疏松 2 膝关节的稳定装置缺如 3 膝关节
16、的动力装置缺如 4 膝关节周围骨质缺损 5 感染或存在潜在感染灶 术前准备需要注意的问题 询问病史 全面查体 预测潜在风险 详细询问心 肝 脑 肾 血液 呼吸等脏器和系统病史和功能 特别注意冠心病 充血性心功能不全 慢性阻塞性肺疾病 COPD 脑血管病 手术肢体的周围血管病 糖尿病等 术前准备需要注意的问题 X线照片应包括 前后位 负重和非负重 侧位髌骨轴位必要时站立位下肢全长 术前准备需要注意的问题 妥善准备 可能使用的假体 器械 物品电动充气止血带伤口负压吸引器为围手术期备血1000 1500ml 抗生素的应用 1 术前三十分钟静脉快速滴注应用抗生素一次 2 如果手术超过3小时 应术中追加使用抗生素一次 3 术后无特殊情况抗生素使用3日 即可停止使用 GeminiMKII手术操作 需要特殊重视的问题 髌股关节软组织平衡 GeminiMKII手术操作 切口的选择 自股内侧肌内下缘进入切除关节炎性滑膜 如果滑膜的变性比较明显 要切掉 如果滑膜的变性不是很明显 没有必要切 因为切滑膜毕竟是一个大的创面 还要渗血 如果滑膜的增生比较厉害 不切的话 会过多的产生滑液 也会引起病人不舒服的症状
