膝关节（knee joint），位于股骨和胫骨之间，主要由股骨和胫骨的两大骨端、骨和覆盖在股骨和胫骨端以及髌骨的后面关节软骨构成，通过肌肉、肌腱、韧带和关节囊包裹连接。是人体最大、最复杂的生物力学关节。它把人体最长的骨骼连接在一起，并具有最大的关节腔、最大的籽骨(髌骨)和最大的关节囊。
膝关节的生理功能主要为负重功能和运动功能。膝关节是人体的主要负重运动关节，当人体处于站立位姿势时,它不需要肌肉的收缩而具有支持体重的作用。
膝关节的运动特点是由其构成关节的骨骼形状及韧带的制导作用所决定的。主要是伸屈运动，在屈曲位兼有旋转运动，同时有很小范围的内外翻的被动运动。
膝关节常见疾病有韧带损伤、半月板损伤、骨关节炎等。膝关节在伸屈活动中它所承受的杠杆力量非常强大，因而损伤的机会也较多。有流行病学调查表明，55岁以上老年人膝关节炎的发生率在50%以上。人工膝关节置换术作为一种治疗膝关节疾病的手段，已成为临床常用的手术。膝关节置换术的目标是解除关节疼痛、改善关节功能、纠正关节畸形和获得长期稳定。全膝关节置换术（TKA）术后临床改善通常在6-12周期间开始出现，而完全恢复需要1-2年。
膝关节的特点是关节囊内有半月板和交叉韧带。股骨内侧髁、股骨外侧髁的关节面在前方借髌面相连呈n形，髌面的外侧份较内侧份为大，其外侧缘更向前突出，向后彼此分开。内侧髁的关节面较窄长，外侧髁的较短宽。两关节面的下面较平，后份曲度较大。胫骨内侧髁和胫骨外侧髁的上关节面呈卵圆形，甚浅，内侧较大，外侧较小。
膝关节是人体最复杂的运动关节，主要由股骨和胫骨的两大骨端、髌骨（又称膝盖骨）和覆盖在股骨和胫骨端以及髌骨的后面关节软骨构成，通过肌肉、肌腱、韧带和关节囊包裹连接。这些连接结构给膝关节提供稳定性以及灵活的活动功能。
从前面观察膝关节可以分成3个结构，股胫关节，股骨髁与胫骨髁直接接触；股半关节，股骨髁和半月板之间的接触；半胫关节，半月板和胫骨髁之间的接触。
股骨的远端处增厚，并形成内上髁和外上髁。膝关节可做出前屈、后伸、内旋和外展等运动形式，属车轴关节连接。内侧股骨髁比外侧髁要长一些，因此股骨在空间上存在一定程度的倾斜来作为补偿。相比之下，外侧髁一定程度轻微向前，与髌骨有一个侧向的抵接。
膝关节是结构最复杂的滑膜关节。它的运动需要几种相关联的组织间的协调活动，包括骨、韧带肌肉、关节囊、半月板和关节软骨等。
膝关节的骨性结构由股骨下端、胫骨上端(包括腓骨上端)及髌骨组成。股骨下端与胫骨上端(包括腓骨上端)组成胫股关节，髌骨和股骨滑车组成髌股关节。
1.股骨下端
股骨向下逐渐移行膨大成为髁。课前部较为圆平，利于关节接触和负重。其前方为髌面，又称滑车，纵向呈沟状，沟的外侧部比内侧部稍高；该面与髌骨关节面相对合，是髌骨稳定的基础。股骨髁部向后呈凸弧形，分为内、外两髁，中间为髁间窝，内侧髁前后径比外侧髁短，但横径比外侧髁长。两髁的远端关节面为光滑凸面，但形状不同，外侧髁关节面狭长，前方较为突出，轴线垂直向前，其形状便于屈伸。内侧髁关节面较宽广，轴线斜向内下，其形状便于旋转。两髁关节面前部与髌面交界处有2条斜行浅沟，外侧沟比内侧沟明显；2条沟在膝伸直时，可容纳内、外侧半月板前缘。
2.胫骨上端
胫骨向上移行成较粗大的胫骨平台，关节面平坦，提供广阔负荷面以传递身体重力；由2个肥厚的骨髁一一内侧髁和外侧髁组成。两髁上面各有卵圆形的上关节面，上关节面与胫骨干接近垂直，向后倾斜5°~6°角。胫骨关节面与股骨髁关节面构成关节，但形状不相称，中间以半月板填充。由于半月板的存在，实际的胫股关节吻合程度比单纯骨性的胫股关节要好很多。胫骨内侧髁较大，上关节面呈卵圆形，中部微凹；外侧课较小，上关节面呈三角形中部微凸。胫骨外侧髁后唇稍圆，膝关节屈曲时利于半月板前后滑动。胫骨髁大部由松质骨构成，仅表面覆以薄层皮质。
3.腓骨头
胎儿时期的胫骨与腓骨均与股骨相接触。由于胫骨的生长速度快于腓骨，在生长过程中，胫股关节与腓骨头之间逐渐出现距离，关节囊的一部分也被腓骨头向下牵拉，最终形成上胫腓关节。腓骨头的关节面朝向上方，并稍向前内方倾斜，与胫骨干端的后外侧面相关节。腓骨头的尖端自腓骨后外向上凸起，其上有外侧副韧带、股二头肌腱、腓骨籽骨韧带及弓状韧带附着。腓骨头下方变细处为腓骨颈其最小周径平均为3.4cm，有腓总神经绕过。
4.上胫腓关节
上胫腓关节内衬有滑膜，关节囊增厚为关节囊韧带，关节前、后方分别有前、后上胫腓韧带加强。以下的胫腓骨之间通过坚强的骨间膜相连接。胫骨间膜纤维起于腓骨骨间嵴向内下止于胫骨骨间嵴，骨间膜上方有孔，供胫前血管穿出。上胫腓关节的前方及相邻的胫、腓骨是胫前肌、趾长伸肌、腓骨长肌的起始部位，上胫腓关节的后方及相邻的胫、腓骨是比目鱼肌的起始部位。胫前动脉作为腘动脉的终末支，于上胫腓关节下方约2横指处穿过骨间膜进入小腿的前侧室。胫前神经与腓总神经的终末支穿过趾伸肌与腓骨的间隔，与胫前动脉相伴行。
5.髌骨
髌骨是人体中最大的籽骨，包围在股四头肌腱中，呈不规则扁平三角形，上缘宽阔肥厚，称为髌底，有股四头肌附着；内、外侧缘较薄，有股四头肌腱和髌内、外侧支持带附着；侧缘向下移行为髌尖，超出膝关节外，有髌韧带附着。髌骨前面凸隆而粗糙，有许多血管孔，此面被股四头肌腱膜所覆盖；后面光滑，关节面，完全为软骨所覆盖。关节面有一纵嵴将髌骨分为内小外大两部分，内、外两部分又各分为上、中、下3个小关节面，内侧3个关节面的更内侧还有一纵行小关节面，这些构成了髌骨的7个小关节面，在不同位置与股骨髁接触，可减少摩擦，对运动有利。
关节(透明)软骨提供了一种光滑的支撑面，骨组织可以在这种界面上无摩擦地滑动、滚动或者负重挤压。关节软骨表层像个形状可变的软垫，可以分散并减低由于关节活动而产生的高负荷压力。关节软骨是一种弹性极高的物质，在人的一生中，它可以承受上千万次的循环负重活动。
半月板是垫在股骨内、外侧髁与胫骨内、外侧髁关节面之间的两块半月形纤维软骨板，分别称为内、外侧半月板。
1.内侧半月板：较大，呈C形，前端窄后份宽，外缘与关节囊及胫侧副韧带紧密相连。
2.外侧半月板：较小，近似O形，外缘亦与关节囊相连。
半月板上面凹陷，下面平坦，外缘厚，内缘薄，两端借韧带附着于胫骨髁间隆起。周围区域有来自关节囊的毛细血管袢分布，内侧区域相对无血管。半月板使关节面更为相适，也能缓冲压力，吸收震荡，起弹性垫的作用。半月板还增加了关节窝的深度，又能连同股骨髁一起对胫骨作旋转运动。半月板的位置随着膝关节的运动而改变，屈膝时，半月板滑向后方，伸膝时滑向前方。在半屈膝旋转小腿时，一个半月板滑向前，另一个滑向后。由于半月板随膝关节运动而移动，当膝关节做急剧强力运动时，常造成膝关节半月板损伤。由于内侧半月板与关节囊及胫侧副韧带紧密相连，因而内侧半月板损伤的机会较多。
膝关节的关节囊薄而松弛，附着于各关节面的周缘，周围有韧带加固，以增加关节的稳定性。主要韧带有如下。
为股四头肌腱的中央部纤维索，自髌骨向下止于胫骨粗隆。髌韧带扁平而强韧，其浅层纤维越过髌骨连于股四头肌腱。
为条索状坚韧的纤维索，起自股骨外上髁，向下延伸至腓骨头。韧带表面大部分被股二头肌腱所遮盖，与外侧半月板不直接相连。
呈宽扁束状，位于膝关节内侧后份。起自股骨内上髁，向下附着于胫骨内侧髁及相邻骨体，与关节囊和内侧半月板紧密结合。胫侧副韧带和腓侧副韧带在伸膝时紧张，屈膝时松弛，半屈膝时最松弛。因此，在半屈膝位允许膝关节作少许旋内和旋外运动。
由半膜肌腱延伸而来，起自胫骨内侧髁，斜向外上方，止于股骨外上髁，部分纤维与关节囊融合，可防止膝关节过伸。
位于膝关节中央稍后方，非常强韧，由滑膜衬覆，可分为前、后两条：
膝关节囊边缘附着于骨面，近侧分布于股骨关节面近端，远侧附着于胫骨。股骨两侧上髁部分在关节囊外。关节囊外层为纤维层，内层为滑膜层。纤维层坚韧且有弹性，一些部位增厚为关节囊韧带，并被肌腱加强而发挥稳定关节的作用。滑膜层内面光滑发亮，向关节腔伸出形成皱或绒毛。训练中如反复损伤，绒毛可增多增粗。
膝关节囊的滑膜层是全身关节中最宽阔最复杂的，附着于该关节各骨的关节面周缘，覆盖关节内除了关节软骨和半月板以外的所有结构。滑膜在髌骨上缘的上方，向上突起形成深达5cm左右的髌上囊于股四头肌腱和股骨体下部之间。在髌骨下方的中线两侧，部分滑膜层突向关节腔内，形成一对翼状，襞内含有脂肪组织，充填关节腔内的空隙。还有不与关节腔相通的滑液囊，如位于髌韧带与胫骨上端之间的髌下深囊。
膝关节位于人体最长的两块长骨（股骨和胫骨）之间。
膝关节承载负荷，周围腱膜多，活动量大，因此滑膜囊较多。与关节腔相通的滑膜囊同时可扩大滑膜分泌和散热的面积，还可缓冲肌腱的运动，具有积极作用。膝关节滑膜囊数量多少因人而异，与肌肉发达程度、囊的交通融合情况等相关滑膜囊容易发生病变。
1.膝关节前方肌肉，股四头肌腱及关节囊前部覆盖在膝关节前、内、外侧，股四头肌键止于髌骨上缘，由浅而深，分别是直头、内侧头、外侧头及股中间肌腱。其中股直肌为双关节肌，其他为单关节肌。
2.膝关节内侧肌肉，膝关节内侧结构的最浅层是大隐静永和包被缝匠肌的纤维，深层是股薄肌和半腱腱膜平面，3块肌肉移行为肌腱，止于胫骨内侧髁内面止点相互交汇融合，状如鹅掌，称鹅足。半膜肌腱在胫骨的后内角有直接的腱性止点，位于内侧副韧带浅层深处有胫骨第2止点。膝关节屈曲位时，半腱肌、半膜肌、股薄肌及缝匠肌等可使小腿发生内旋再向深处，是筋膜覆盖的腓肠肌内、外侧头和脑窝区域的神经、血管及支持结构。
3.膝关节外侧肌肉，膝关节外侧结构可分为3层。第1层包括浅筋膜(阔筋膜及阔筋膜张肌)、髂胫束和股二头肌的后方扩展部。第2层由前部的股四头肌支持带和不完整的后部，即两髌股韧带构成。第3层由外侧关节囊构成。关节囊的深层是冠状韧带和弓状韧带，浅层是原始关节囊。
.膝关节后方肌肉，窝为一菱形窝，上外界为股二头肌，上内界为半膜肌和半腱肌(缝匠肌、股薄肌和大收肌腱亦组成一部分)，下外界为腓肠肌外侧头，下内界为腓肠肌内侧头，腘窝顶由腘筋膜覆盖。
膝关节的血供十分丰富，由股动脉、胭动脉、胫前动脉和股深动脉的多个分支在膝关节周围吻合形成动脉网。主要有旋股外侧动脉降支、膝降动脉、膝上内侧动脉、膝上外侧动脉、膝中动脉、膝下内侧动脉、膝下外侧动脉、股深动脉的第3穿动脉和胫前返动脉。膝关节动脉网不仅能保证供给膝关节的营养，而且胭动脉损伤或栓塞时，可成为侧支循环的重要途径，以保证下肢远端的血供。
1.肌肉的神经支配
股四头肌由股神经支配，与肱三头肌类似，膝关节唯一的伸肌组仅由一根外周神经支配。因此，股神经完全损伤会导致膝关节伸肌瘫痪。膝关节的屈肌和旋转肌由发自脊髓的腰从神经和坐骨神经支配，但主要受坐骨神经中的胫骨段支配。
2.膝关节的感觉支配
膝关节的感觉神经支配主要源于L3~S5神经根，传人神经源于胫后神经和闭孔神经。胫后神经(属坐骨神经胫骨部分的一个分支)是膝关节最主要的传入神经。其提供后关节囊及相关韧带和包括髌下脂肪在内的膝关节多数内部结构的感觉。闭孔神经传人纤维可传递膝关节内侧皮肤和部分膝关节后囊、内后囊的感觉，这可以解释为什么髋关节炎症常导致膝内侧牵涉痛的原因。膝关节感觉神经的前支主要包括股神经的感觉支股神经的感觉支提供多数前内侧关节囊和前外侧关节囊及相关韧带的感觉支配。
腘淋巴结，腘浅淋巴结紧贴深筋膜的深面，列于小隐静脉的两旁；腘深淋巴结位于胭窝脂肪内，沿腘血管而列。腘淋巴结接受足与小腿内侧的输入淋巴管；深淋巴结的输入管从腓肠部和足底深层组织开始，同时接受浅淋巴结的输出管，其输出淋巴管上行，沿股静脉至腹股沟深淋巴结。
膝关节是人体的主要负重运动关节，当人体处于站立位姿势时,它不需要肌肉的收缩而具有支持体重的作用;在坐、蹲、攀登等运动中,它参与降低或抬高体重(拾高至0.5 m),同时着地脚的膝还允许身体的旋转。在步行时,正常的膝关节通过减少身体重心垂直和侧方的震荡来减少能量的消耗,支撑相当于体重的 4~6 倍垂直的力。正常膝用一个特异的方式而达到它的功能(承受巨大的力,提供稳定性和较大的运动范围)。当膝关节功能结构发生改变而影响膝关节的运动学特性时,都可能引起关节功能异常及膝关节所受应力的增加。
膝关节的运动特点是由其构成关节的骨骼形状及韧带的制导作用所决定的。主要是伸屈运动，在屈曲位兼有旋转运动，同时有很小范围的内外翻的被动运动。膝关节的屈曲范围取决于与大腿后面接触的小腿肚肌的大小，通常在120°～130°。由于受跨过和膝两个关节的股直肌（它起自髂前下棘）的限制，当伸髋时屈膝，运动范围减小。过伸的运动范围较小，正常不超过15°。
膝关节的其功能如同链，在伸膝关节的末期，伴有胫骨之上的股骨旋内运动，这是膝关节“锁闭”的组成部分，它使伸直位的膝关节呈紧密衔接位置，周围韧带处于最大限度的螺旋绷紧状态，维持人体直立姿势。
为膝外翻暴力所致。当膝关节外侧受到直接暴力，使膝关节猛烈外翻，便会损伤内侧副韧带。当膝关节半屈曲时，小腿突然外展外旋也会使内侧副韧带损伤。内侧副韧带损伤多见于运动创伤，如足球、滑雪、摔跤等竞技项目。
主要为膝内翻暴力所致。因外侧髂胫束比较强大，单独外侧副韧带损伤少见，通常合并腓骨小头骨折。如果暴力强大，髂胫束和腓总神经都难免受损伤。
膝关节伸直位内翻损伤和膝关节屈曲位外翻损伤都可以使前交叉韧带损伤。一般前交叉韧带很少会单独损伤，往往合并内、外侧副韧带与膝关节半月板损伤，但在膝关节过伸时，有可能会单独损伤前交叉韧带。另外，暴力来自膝关节后方，胫骨上端受到向前冲击的力量，也可使前交叉韧带损伤。前交叉韧带损伤亦多见于竞技运动。
无论膝关节处于屈曲位或伸直位，来自前方的使胫骨上端后移的暴力都可以使后交叉韧带损伤。后交叉韧带损伤相对少见，通常与前交叉韧带同时损伤，单独后交叉韧带损伤更为少见。
研磨力量是产生半月板破裂的主要原因。膝关节伸直时，两侧副韧带呈紧张状态，关节稳定，无旋转动作。当膝关节半屈曲时，如足球运动员射门时的状况，股骨髁与半月板的接触面缩小，由于重力的影响，半月板的下面与胫骨平台的接触比较固定，这时膝关节猛烈的旋转所产生的研磨力量会使半月板发生破裂。半蹲或蹲位工作，如矿井下煤矿工人长期蹲位铲煤和抛煤动作也容易发生膝关节半月板损伤。因此产生半月板损伤必须有四个因素：膝半屈、内收或外展、重力挤压和旋转力量。
按O’Connor分类法，半月板撕裂的类型可分为：
纵行撕裂的走向平行于半月板边缘，穿过半月板全层的纵行撕裂会产生可移动的内侧撕裂瓣片，如果内侧撕裂瓣片移位进入髁间窝，常称为“桶柄状撕裂”。
膝关节炎全称膝关节骨关节炎，是膝关节的常见疾病。有流行病学调查表明，55岁以上老年人膝关节炎的发生率在50%以上。由关节外伤、关节过度使用引起的继发性骨关节炎，往往与年龄因素无关。
膝关节炎主要指膝关节腰椎骨质增生。该病是一种以膝关节软骨退行性病变和继发性骨质增生为特征的慢性关节疾病。疾病累及关节软骨或整个关节，包括软骨下骨、关节囊、滑膜和关节周围肌肉。膝关节炎的主要症状是疼痛，初期为轻微钝痛，以后逐步加剧。活动多时疼痛加剧，休息后好转。有的病人在静止或晨起时感到疼痛，稍微活动后减轻，称之为“静息痛”。但活动过量时，因关节面摩擦也可产生疼痛。疼痛可与天气变化、潮湿受凉等因素有关。除此之外，膝关节炎还可出现关节僵硬、关节肿大、骨擦音、关节无力或活动障碍等。膝关节炎晚期出现膝内翻畸形和持续性疼痛，可行全膝关节表面置换术。
人工膝关节置换术作为一种治疗膝关节疾病的手段，已成为临床常用的手术。膝关节置换术的目标是解除关节疼痛、改善关节功能、纠正关节畸形和获得长期稳定。
1.老年退变性膝关节骨关节炎，站立位X线片膝关节间隙已明显狭窄和（或）伴有膝关节内/外翻/屈曲挛缩畸形，其症状已明显影响关节活动和生活能力，经保守治疗不能改善症状者。
2.类风湿关节炎和强直性脊柱炎的膝关节晚期病变，明显地改善关节功能，提高患者的生存质量。但由于患者的关节周围结构的挛缩以及多关节的病变，对此类患者的疗效期望值不应过高。
3.其他非败血性关节炎引起的膝关节病损并伴有疼痛和功能障碍。如大骨节病、血友病性关节炎等。
4.创伤性腰椎骨质增生，严重涉及关节面的创伤后的骨关节炎，如粉碎性平台骨折后关节面未能修复而严重影响功能的以及因膝关节半月板损伤或切除后导致的继发性骨关节炎等。
5.大面积的膝关节骨软骨坏死或其他病变不能通过常规手术方法修复。
6.感染性关节炎后遗的关节破坏，在确认无活动性感染的情况下，可作为全膝关节置换术（TKA）的相对适应证。
7.涉及膝关节面的肿瘤切除后无法获得良好关节功能重建。可能需要特殊定制的假体。
1.膝关节周围或全身存在活动性感染病灶应为手术的绝对禁忌证。
2.膝关节肌肉瘫痪或神经性关节病变包括肌性膝反张等。
3.全身情况差或伴有未纠正的糖尿病得到控制后方可考虑手术。
4.其他可预见的导致手术危险和术后功能不良的病理情况。
5.对无痛且长期功能位融合的病例不应作为人工关节的适应证。
鼓励患者在可耐受的限度内逐渐增加活动量,不主张术后立即进行过度的物理疗法或以增强肌力为目的的剧烈锻炼，因过度负荷容易导致关节肿胀和僵硬,从而引发一系列问题。人工膝关节置换术后的患者,必须进行康复训练，这是由膝关节的解剖结构所决定的,而且康复训练的效果直接影响患者膝关节的功能。但肢体严重肿胀,有血栓形成时,不能进行。TKA术后临床改善通常在6-12周期间开始出现，而完全恢复需要1-2年。
TKA后的死亡率总体较低，每年为0.5%-1%，主要与既存合并症有关。TKA的并发症包括手术部位感染等各种手术共同的并发症，以及膝关节手术的特定并发症，例如假体关节感染。很多会导致假体/关节失效或患者不满意的TKA问题都有可能需要再手术，例如假体磨损、无菌性松动、假体感染、髌股关节疾病、假体周围骨折。翻修的主要原因是假体松动。
1831年，开始有医生描述了关节切除的一般原则，到了1860年，报道了膝关节切除的技术。1860年开始，不断有医生提出了插入物关节成形术，直到1991仍有插入物应用的报道，但总体结果均不满意。1940年，有人以钴铬合金代替股骨远端，因效果不佳而放弃。之后，又有多位学者使用不同的设计代替股骨或胫骨，均效果不佳。20世纪50年代，有学者设计了带髓内柄的较链式假体。但这些简单的较链式膝关节无法实现复杂的膝关节活动，70年代，法国医师Deburge 设计的 Guepar 型铰链式膝关节作出了改良，将铰链的旋转轴向后上方移动以接近生理旋转中心，股骨假体增加了髌骨轨道并且有外翻7°的髓内柄，重建正常的力线，但是由于各种因素以失败告终。
1970年，很多医生认为，理想的人工膝关节应该是非铰链型但具有内在稳定性，膝关节屈曲至少 90°，截骨量少，可纠正畸形，应用生物相容性好的材料，可避免使用粗大的髓内固定，保留髌骨。1971年，根据低摩擦关节的理念，提出了多中心人工膝关节设计理念，成为人工膝关节向现代新型人工膝关节过渡的雏形，获得了较好的早期疗效，但中远期失败率仍然很高。为此设计了 。1971 年植入MarkI型几何型人工膝关节第1例，虽经过多次改进，其远期存活率仍然不尽如人意。
现代全型人工膝关节主要由美国纽约特种外科医院(HSS)的Insal、Ranawat 与波士顿的 Scott、Thormhill 医学研究机构设计研发。
2023年9月8日举办的首届全球手术机器人大会上发生。全骨科手术机器人实现了从技术到核心部件，再到整机系统，保证产品的核心部件和全部软件自主研发，填补中国国产骨科手术机器人“空白”。四代骨科手术机器人样机，已经可以完成所有骨科手术，包括脊柱创伤、锥板切除、关节置换等。在2020年6月到2020年12月期间，该款机器人完成了180例膝关节置换手术。
膝关节疾病常需进行手术治疗。骨关节炎导致的关节面的变化、韧带和半月板的损伤通常是需要进行手术的指征。在中国，每年因膝关节疾病行膝关节置换术的患者多达20余万，其中老年性骨关节炎发病最多，60岁以上人群发病率达55%，整个中国约有1.2亿人存在不同程度的骨关节问题。
..2023-08-03
元化智能:从技术追赶到引领跨越，医疗器械国产替代未来可期.深圳新闻网.2023-09-10
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膝关节（knee joint），位于股骨和胫骨之间，主要由股骨和胫骨的两大骨端、骨和覆盖在股骨和胫骨端以及髌骨的后面关节软骨构成，通过肌肉、肌腱、韧带和关节囊包裹连接。是人体最大、最复杂的生物力学关节。它把人体最长的骨骼连接在一起，并具有最大的关节腔、最大的籽骨(髌骨)和最大的关节囊。
膝关节的生理功能主要为负重功能和运动功能。膝关节是人体的主要负重运动关节，当人体处于站立位姿势时,它不需要肌肉的收缩而具有支持体重的作用。
膝关节的运动特点是由其构成关节的骨骼形状及韧带的制导作用所决定的。主要是伸屈运动，在屈曲位兼有旋转运动，同时有很小范围的内外翻的被动运动。
膝关节常见疾病有韧带损伤、半月板损伤、骨关节炎等。膝关节在伸屈活动中它所承受的杠杆力量非常强大，因而损伤的机会也较多。有流行病学调查表明，55岁以上老年人膝关节炎的发生率在50%以上。人工膝关节置换术作为一种治疗膝关节疾病的手段，已成为临床常用的手术。膝关节置换术的目标是解除关节疼痛、改善关节功能、纠正关节畸形和获得长期稳定。全膝关节置换术（TKA）术后临床改善通常在6-12周期间开始出现，而完全恢复需要1-2年。
形态结构
形态特征
膝关节的特点是关节囊内有半月板和交叉韧带。股骨内侧髁、股骨外侧髁的关节面在前方借髌面相连呈n形，髌面的外侧份较内侧份为大，其外侧缘更向前突出，向后彼此分开。内侧髁的关节面较窄长，外侧髁的较短宽。两关节面的下面较平，后份曲度较大。胫骨内侧髁和胫骨外侧髁的上关节面呈卵圆形，甚浅，内侧较大，外侧较小。
组成结构
膝关节是人体最复杂的运动关节，主要由股骨和胫骨的两大骨端、髌骨（又称膝盖骨）和覆盖在股骨和胫骨端以及髌骨的后面关节软骨构成，通过肌肉、肌腱、韧带和关节囊包裹连接。这些连接结构给膝关节提供稳定性以及灵活的活动功能。
从前面观察膝关节可以分成3个结构，股胫关节，股骨髁与胫骨髁直接接触；股半关节，股骨髁和半月板之间的接触；半胫关节，半月板和胫骨髁之间的接触。
股骨的远端处增厚，并形成内上髁和外上髁。膝关节可做出前屈、后伸、内旋和外展等运动形式，属车轴关节连接。内侧股骨髁比外侧髁要长一些，因此股骨在空间上存在一定程度的倾斜来作为补偿。相比之下，外侧髁一定程度轻微向前，与髌骨有一个侧向的抵接。
膝关节是结构最复杂的滑膜关节。它的运动需要几种相关联的组织间的协调活动，包括骨、韧带肌肉、关节囊、半月板和关节软骨等。
骨性结构
膝关节的骨性结构由股骨下端、胫骨上端(包括腓骨上端)及髌骨组成。股骨下端与胫骨上端(包括腓骨上端)组成胫股关节，髌骨和股骨滑车组成髌股关节。
1.股骨下端
股骨向下逐渐移行膨大成为髁。课前部较为圆平，利于关节接触和负重。其前方为髌面，又称滑车，纵向呈沟状，沟的外侧部比内侧部稍高；该面与髌骨关节面相对合，是髌骨稳定的基础。股骨髁部向后呈凸弧形，分为内、外两髁，中间为髁间窝，内侧髁前后径比外侧髁短，但横径比外侧髁长。两髁的远端关节面为光滑凸面，但形状不同，外侧髁关节面狭长，前方较为突出，轴线垂直向前，其形状便于屈伸。内侧髁关节面较宽广，轴线斜向内下，其形状便于旋转。两髁关节面前部与髌面交界处有2条斜行浅沟，外侧沟比内侧沟明显；2条沟在膝伸直时，可容纳内、外侧半月板前缘。
2.胫骨上端
胫骨向上移行成较粗大的胫骨平台，关节面平坦，提供广阔负荷面以传递身体重力；由2个肥厚的骨髁一一内侧髁和外侧髁组成。两髁上面各有卵圆形的上关节面，上关节面与胫骨干接近垂直，向后倾斜5°~6°角。胫骨关节面与股骨髁关节面构成关节，但形状不相称，中间以半月板填充。由于半月板的存在，实际的胫股关节吻合程度比单纯骨性的胫股关节要好很多。胫骨内侧髁较大，上关节面呈卵圆形，中部微凹；外侧课较小，上关节面呈三角形中部微凸。胫骨外侧髁后唇稍圆，膝关节屈曲时利于半月板前后滑动。胫骨髁大部由松质骨构成，仅表面覆以薄层皮质。
3.腓骨头
胎儿时期的胫骨与腓骨均与股骨相接触。由于胫骨的生长速度快于腓骨，在生长过程中，胫股关节与腓骨头之间逐渐出现距离，关节囊的一部分也被腓骨头向下牵拉，最终形成上胫腓关节。腓骨头的关节面朝向上方，并稍向前内方倾斜，与胫骨干端的后外侧面相关节。腓骨头的尖端自腓骨后外向上凸起，其上有外侧副韧带、股二头肌腱、腓骨籽骨韧带及弓状韧带附着。腓骨头下方变细处为腓骨颈其最小周径平均为3.4cm，有腓总神经绕过。
4.上胫腓关节
上胫腓关节内衬有滑膜，关节囊增厚为关节囊韧带，关节前、后方分别有前、后上胫腓韧带加强。以下的胫腓骨之间通过坚强的骨间膜相连接。胫骨间膜纤维起于腓骨骨间嵴向内下止于胫骨骨间嵴，骨间膜上方有孔，供胫前血管穿出。上胫腓关节的前方及相邻的胫、腓骨是胫前肌、趾长伸肌、腓骨长肌的起始部位，上胫腓关节的后方及相邻的胫、腓骨是比目鱼肌的起始部位。胫前动脉作为腘动脉的终末支，于上胫腓关节下方约2横指处穿过骨间膜进入小腿的前侧室。胫前神经与腓总神经的终末支穿过趾伸肌与腓骨的间隔，与胫前动脉相伴行。
5.髌骨
髌骨是人体中最大的籽骨，包围在股四头肌腱中，呈不规则扁平三角形，上缘宽阔肥厚，称为髌底，有股四头肌附着；内、外侧缘较薄，有股四头肌腱和髌内、外侧支持带附着；侧缘向下移行为髌尖，超出膝关节外，有髌韧带附着。髌骨前面凸隆而粗糙，有许多血管孔，此面被股四头肌腱膜所覆盖；后面光滑，关节面，完全为软骨所覆盖。关节面有一纵嵴将髌骨分为内小外大两部分，内、外两部分又各分为上、中、下3个小关节面，内侧3个关节面的更内侧还有一纵行小关节面，这些构成了髌骨的7个小关节面，在不同位置与股骨髁接触，可减少摩擦，对运动有利。
关节(透明)软骨
关节(透明)软骨提供了一种光滑的支撑面，骨组织可以在这种界面上无摩擦地滑动、滚动或者负重挤压。关节软骨表层像个形状可变的软垫，可以分散并减低由于关节活动而产生的高负荷压力。关节软骨是一种弹性极高的物质，在人的一生中，它可以承受上千万次的循环负重活动。
半月板
半月板是垫在股骨内、外侧髁与胫骨内、外侧髁关节面之间的两块半月形纤维软骨板，分别称为内、外侧半月板。
1.内侧半月板：较大，呈C形，前端窄后份宽，外缘与关节囊及胫侧副韧带紧密相连。
2.外侧半月板：较小，近似O形，外缘亦与关节囊相连。
半月板上面凹陷，下面平坦，外缘厚，内缘薄，两端借韧带附着于胫骨髁间隆起。周围区域有来自关节囊的毛细血管袢分布，内侧区域相对无血管。半月板使关节面更为相适，也能缓冲压力，吸收震荡，起弹性垫的作用。半月板还增加了关节窝的深度，又能连同股骨髁一起对胫骨作旋转运动。半月板的位置随着膝关节的运动而改变，屈膝时，半月板滑向后方，伸膝时滑向前方。在半屈膝旋转小腿时，一个半月板滑向前，另一个滑向后。由于半月板随膝关节运动而移动，当膝关节做急剧强力运动时，常造成膝关节半月板损伤。由于内侧半月板与关节囊及胫侧副韧带紧密相连，因而内侧半月板损伤的机会较多。
主要韧带
膝关节的关节囊薄而松弛，附着于各关节面的周缘，周围有韧带加固，以增加关节的稳定性。主要韧带有如下。
髌韧带
为股四头肌腱的中央部纤维索，自髌骨向下止于胫骨粗隆。髌韧带扁平而强韧，其浅层纤维越过髌骨连于股四头肌腱。
腓侧副韧带
为条索状坚韧的纤维索，起自股骨外上髁，向下延伸至腓骨头。韧带表面大部分被股二头肌腱所遮盖，与外侧半月板不直接相连。
胫侧副韧带
呈宽扁束状，位于膝关节内侧后份。起自股骨内上髁，向下附着于胫骨内侧髁及相邻骨体，与关节囊和内侧半月板紧密结合。胫侧副韧带和腓侧副韧带在伸膝时紧张，屈膝时松弛，半屈膝时最松弛。因此，在半屈膝位允许膝关节作少许旋内和旋外运动。
腘斜韧带
由半膜肌腱延伸而来，起自胫骨内侧髁，斜向外上方，止于股骨外上髁，部分纤维与关节囊融合，可防止膝关节过伸。
膝交叉韧带
位于膝关节中央稍后方，非常强韧，由滑膜衬覆，可分为前、后两条：
膝关节囊
膝关节囊边缘附着于骨面，近侧分布于股骨关节面近端，远侧附着于胫骨。股骨两侧上髁部分在关节囊外。关节囊外层为纤维层，内层为滑膜层。纤维层坚韧且有弹性，一些部位增厚为关节囊韧带，并被肌腱加强而发挥稳定关节的作用。滑膜层内面光滑发亮，向关节腔伸出形成皱或绒毛。训练中如反复损伤，绒毛可增多增粗。
滑膜
膝关节囊的滑膜层是全身关节中最宽阔最复杂的，附着于该关节各骨的关节面周缘，覆盖关节内除了关节软骨和半月板以外的所有结构。滑膜在髌骨上缘的上方，向上突起形成深达5cm左右的髌上囊于股四头肌腱和股骨体下部之间。在髌骨下方的中线两侧，部分滑膜层突向关节腔内，形成一对翼状，襞内含有脂肪组织，充填关节腔内的空隙。还有不与关节腔相通的滑液囊，如位于髌韧带与胫骨上端之间的髌下深囊。
位置与毗邻
位置
膝关节位于人体最长的两块长骨（股骨和胫骨）之间。
毗邻
膝关节周围滑膜囊
膝关节承载负荷，周围腱膜多，活动量大，因此滑膜囊较多。与关节腔相通的滑膜囊同时可扩大滑膜分泌和散热的面积，还可缓冲肌腱的运动，具有积极作用。膝关节滑膜囊数量多少因人而异，与肌肉发达程度、囊的交通融合情况等相关滑膜囊容易发生病变。
膝关节周围肌肉
1.膝关节前方肌肉，股四头肌腱及关节囊前部覆盖在膝关节前、内、外侧，股四头肌键止于髌骨上缘，由浅而深，分别是直头、内侧头、外侧头及股中间肌腱。其中股直肌为双关节肌，其他为单关节肌。
2.膝关节内侧肌肉，膝关节内侧结构的最浅层是大隐静永和包被缝匠肌的纤维，深层是股薄肌和半腱腱膜平面，3块肌肉移行为肌腱，止于胫骨内侧髁内面止点相互交汇融合，状如鹅掌，称鹅足。半膜肌腱在胫骨的后内角有直接的腱性止点，位于内侧副韧带浅层深处有胫骨第2止点。膝关节屈曲位时，半腱肌、半膜肌、股薄肌及缝匠肌等可使小腿发生内旋再向深处，是筋膜覆盖的腓肠肌内、外侧头和脑窝区域的神经、血管及支持结构。
3.膝关节外侧肌肉，膝关节外侧结构可分为3层。第1层包括浅筋膜(阔筋膜及阔筋膜张肌)、髂胫束和股二头肌的后方扩展部。第2层由前部的股四头肌支持带和不完整的后部，即两髌股韧带构成。第3层由外侧关节囊构成。关节囊的深层是冠状韧带和弓状韧带，浅层是原始关节囊。
.膝关节后方肌肉，窝为一菱形窝，上外界为股二头肌，上内界为半膜肌和半腱肌(缝匠肌、股薄肌和大收肌腱亦组成一部分)，下外界为腓肠肌外侧头，下内界为腓肠肌内侧头，腘窝顶由腘筋膜覆盖。
血管、淋巴与神经
血管
膝关节的血供十分丰富，由股动脉、胭动脉、胫前动脉和股深动脉的多个分支在膝关节周围吻合形成动脉网。主要有旋股外侧动脉降支、膝降动脉、膝上内侧动脉、膝上外侧动脉、膝中动脉、膝下内侧动脉、膝下外侧动脉、股深动脉的第3穿动脉和胫前返动脉。膝关节动脉网不仅能保证供给膝关节的营养，而且胭动脉损伤或栓塞时，可成为侧支循环的重要途径，以保证下肢远端的血供。
神经
1.肌肉的神经支配
股四头肌由股神经支配，与肱三头肌类似，膝关节唯一的伸肌组仅由一根外周神经支配。因此，股神经完全损伤会导致膝关节伸肌瘫痪。膝关节的屈肌和旋转肌由发自脊髓的腰从神经和坐骨神经支配，但主要受坐骨神经中的胫骨段支配。
2.膝关节的感觉支配
膝关节的感觉神经支配主要源于L3~S5神经根，传人神经源于胫后神经和闭孔神经。胫后神经(属坐骨神经胫骨部分的一个分支)是膝关节最主要的传入神经。其提供后关节囊及相关韧带和包括髌下脂肪在内的膝关节多数内部结构的感觉。闭孔神经传人纤维可传递膝关节内侧皮肤和部分膝关节后囊、内后囊的感觉，这可以解释为什么髋关节炎症常导致膝内侧牵涉痛的原因。膝关节感觉神经的前支主要包括股神经的感觉支股神经的感觉支提供多数前内侧关节囊和前外侧关节囊及相关韧带的感觉支配。
淋巴
腘淋巴结，腘浅淋巴结紧贴深筋膜的深面，列于小隐静脉的两旁；腘深淋巴结位于胭窝脂肪内，沿腘血管而列。腘淋巴结接受足与小腿内侧的输入淋巴管；深淋巴结的输入管从腓肠部和足底深层组织开始，同时接受浅淋巴结的输出管，其输出淋巴管上行，沿股静脉至腹股沟深淋巴结。
生理功能
负重功能
膝关节是人体的主要负重运动关节，当人体处于站立位姿势时,它不需要肌肉的收缩而具有支持体重的作用;在坐、蹲、攀登等运动中,它参与降低或抬高体重(拾高至0.5 m),同时着地脚的膝还允许身体的旋转。在步行时,正常的膝关节通过减少身体重心垂直和侧方的震荡来减少能量的消耗,支撑相当于体重的 4~6 倍垂直的力。正常膝用一个特异的方式而达到它的功能(承受巨大的力,提供稳定性和较大的运动范围)。当膝关节功能结构发生改变而影响膝关节的运动学特性时,都可能引起关节功能异常及膝关节所受应力的增加。
运动功能
膝关节的运动特点是由其构成关节的骨骼形状及韧带的制导作用所决定的。主要是伸屈运动，在屈曲位兼有旋转运动，同时有很小范围的内外翻的被动运动。膝关节的屈曲范围取决于与大腿后面接触的小腿肚肌的大小，通常在120°～130°。由于受跨过和膝两个关节的股直肌（它起自髂前下棘）的限制，当伸髋时屈膝，运动范围减小。过伸的运动范围较小，正常不超过15°。
膝关节的其功能如同链，在伸膝关节的末期，伴有胫骨之上的股骨旋内运动，这是膝关节“锁闭”的组成部分，它使伸直位的膝关节呈紧密衔接位置，周围韧带处于最大限度的螺旋绷紧状态，维持人体直立姿势。
相关疾病
膝关节韧带损伤
内侧副韧带损伤
为膝外翻暴力所致。当膝关节外侧受到直接暴力，使膝关节猛烈外翻，便会损伤内侧副韧带。当膝关节半屈曲时，小腿突然外展外旋也会使内侧副韧带损伤。内侧副韧带损伤多见于运动创伤，如足球、滑雪、摔跤等竞技项目。
外侧副韧带损伤
主要为膝内翻暴力所致。因外侧髂胫束比较强大，单独外侧副韧带损伤少见，通常合并腓骨小头骨折。如果暴力强大，髂胫束和腓总神经都难免受损伤。
前交叉韧带损伤
膝关节伸直位内翻损伤和膝关节屈曲位外翻损伤都可以使前交叉韧带损伤。一般前交叉韧带很少会单独损伤，往往合并内、外侧副韧带与膝关节半月板损伤，但在膝关节过伸时，有可能会单独损伤前交叉韧带。另外，暴力来自膝关节后方，胫骨上端受到向前冲击的力量，也可使前交叉韧带损伤。前交叉韧带损伤亦多见于竞技运动。
后交叉韧带损伤
无论膝关节处于屈曲位或伸直位，来自前方的使胫骨上端后移的暴力都可以使后交叉韧带损伤。后交叉韧带损伤相对少见，通常与前交叉韧带同时损伤，单独后交叉韧带损伤更为少见。
膝关节半月板损伤
研磨力量是产生半月板破裂的主要原因。膝关节伸直时，两侧副韧带呈紧张状态，关节稳定，无旋转动作。当膝关节半屈曲时，如足球运动员射门时的状况，股骨髁与半月板的接触面缩小，由于重力的影响，半月板的下面与胫骨平台的接触比较固定，这时膝关节猛烈的旋转所产生的研磨力量会使半月板发生破裂。半蹲或蹲位工作，如矿井下煤矿工人长期蹲位铲煤和抛煤动作也容易发生膝关节半月板损伤。因此产生半月板损伤必须有四个因素：膝半屈、内收或外展、重力挤压和旋转力量。
按O’Connor分类法，半月板撕裂的类型可分为：
纵行撕裂的走向平行于半月板边缘，穿过半月板全层的纵行撕裂会产生可移动的内侧撕裂瓣片，如果内侧撕裂瓣片移位进入髁间窝，常称为“桶柄状撕裂”。
膝关节炎
膝关节炎全称膝关节骨关节炎，是膝关节的常见疾病。有流行病学调查表明，55岁以上老年人膝关节炎的发生率在50%以上。由关节外伤、关节过度使用引起的继发性骨关节炎，往往与年龄因素无关。
膝关节炎主要指膝关节腰椎骨质增生。该病是一种以膝关节软骨退行性病变和继发性骨质增生为特征的慢性关节疾病。疾病累及关节软骨或整个关节，包括软骨下骨、关节囊、滑膜和关节周围肌肉。膝关节炎的主要症状是疼痛，初期为轻微钝痛，以后逐步加剧。活动多时疼痛加剧，休息后好转。有的病人在静止或晨起时感到疼痛，稍微活动后减轻，称之为“静息痛”。但活动过量时，因关节面摩擦也可产生疼痛。疼痛可与天气变化、潮湿受凉等因素有关。除此之外，膝关节炎还可出现关节僵硬、关节肿大、骨擦音、关节无力或活动障碍等。膝关节炎晚期出现膝内翻畸形和持续性疼痛，可行全膝关节表面置换术。
膝关节置换术
人工膝关节置换术作为一种治疗膝关节疾病的手段，已成为临床常用的手术。膝关节置换术的目标是解除关节疼痛、改善关节功能、纠正关节畸形和获得长期稳定。
适应证
1.老年退变性膝关节骨关节炎，站立位X线片膝关节间隙已明显狭窄和（或）伴有膝关节内/外翻/屈曲挛缩畸形，其症状已明显影响关节活动和生活能力，经保守治疗不能改善症状者。
2.类风湿关节炎和强直性脊柱炎的膝关节晚期病变，明显地改善关节功能，提高患者的生存质量。但由于患者的关节周围结构的挛缩以及多关节的病变，对此类患者的疗效期望值不应过高。
3.其他非败血性关节炎引起的膝关节病损并伴有疼痛和功能障碍。如大骨节病、血友病性关节炎等。
4.创伤性腰椎骨质增生，严重涉及关节面的创伤后的骨关节炎，如粉碎性平台骨折后关节面未能修复而严重影响功能的以及因膝关节半月板损伤或切除后导致的继发性骨关节炎等。
5.大面积的膝关节骨软骨坏死或其他病变不能通过常规手术方法修复。
6.感染性关节炎后遗的关节破坏，在确认无活动性感染的情况下，可作为全膝关节置换术（TKA）的相对适应证。
7.涉及膝关节面的肿瘤切除后无法获得良好关节功能重建。可能需要特殊定制的假体。
禁忌证
1.膝关节周围或全身存在活动性感染病灶应为手术的绝对禁忌证。
2.膝关节肌肉瘫痪或神经性关节病变包括肌性膝反张等。
3.全身情况差或伴有未纠正的糖尿病得到控制后方可考虑手术。
4.其他可预见的导致手术危险和术后功能不良的病理情况。
5.对无痛且长期功能位融合的病例不应作为人工关节的适应证。
术后管理
鼓励患者在可耐受的限度内逐渐增加活动量,不主张术后立即进行过度的物理疗法或以增强肌力为目的的剧烈锻炼，因过度负荷容易导致关节肿胀和僵硬,从而引发一系列问题。人工膝关节置换术后的患者,必须进行康复训练，这是由膝关节的解剖结构所决定的,而且康复训练的效果直接影响患者膝关节的功能。但肢体严重肿胀,有血栓形成时,不能进行。TKA术后临床改善通常在6-12周期间开始出现，而完全恢复需要1-2年。
死亡和并发症
TKA后的死亡率总体较低，每年为0.5%-1%，主要与既存合并症有关。TKA的并发症包括手术部位感染等各种手术共同的并发症，以及膝关节手术的特定并发症，例如假体关节感染。很多会导致假体/关节失效或患者不满意的TKA问题都有可能需要再手术，例如假体磨损、无菌性松动、假体感染、髌股关节疾病、假体周围骨折。翻修的主要原因是假体松动。
历史
1831年，开始有医生描述了关节切除的一般原则，到了1860年，报道了膝关节切除的技术。1860年开始，不断有医生提出了插入物关节成形术，直到1991仍有插入物应用的报道，但总体结果均不满意。1940年，有人以钴铬合金代替股骨远端，因效果不佳而放弃。之后，又有多位学者使用不同的设计代替股骨或胫骨，均效果不佳。20世纪50年代，有学者设计了带髓内柄的较链式假体。但这些简单的较链式膝关节无法实现复杂的膝关节活动，70年代，法国医师Deburge 设计的 Guepar 型铰链式膝关节作出了改良，将铰链的旋转轴向后上方移动以接近生理旋转中心，股骨假体增加了髌骨轨道并且有外翻7°的髓内柄，重建正常的力线，但是由于各种因素以失败告终。
1970年，很多医生认为，理想的人工膝关节应该是非铰链型但具有内在稳定性，膝关节屈曲至少 90°，截骨量少，可纠正畸形，应用生物相容性好的材料，可避免使用粗大的髓内固定，保留髌骨。1971年，根据低摩擦关节的理念，提出了多中心人工膝关节设计理念，成为人工膝关节向现代新型人工膝关节过渡的雏形，获得了较好的早期疗效，但中远期失败率仍然很高。为此设计了 。1971 年植入MarkI型几何型人工膝关节第1例，虽经过多次改进，其远期存活率仍然不尽如人意。
现代全型人工膝关节主要由美国纽约特种外科医院(HSS)的Insal、Ranawat 与波士顿的 Scott、Thormhill 医学研究机构设计研发。
2023年9月8日举办的首届全球手术机器人大会上发生。全骨科手术机器人实现了从技术到核心部件，再到整机系统，保证产品的核心部件和全部软件自主研发，填补中国国产骨科手术机器人“空白”。四代骨科手术机器人样机，已经可以完成所有骨科手术，包括脊柱创伤、锥板切除、关节置换等。在2020年6月到2020年12月期间，该款机器人完成了180例膝关节置换手术。
社会现象
膝关节疾病常需进行手术治疗。骨关节炎导致的关节面的变化、韧带和半月板的损伤通常是需要进行手术的指征。在中国，每年因膝关节疾病行膝关节置换术的患者多达20余万，其中老年性骨关节炎发病最多，60岁以上人群发病率达55%，整个中国约有1.2亿人存在不同程度的骨关节问题。
参考资料
..2023-08-03
元化智能:从技术追赶到引领跨越，医疗器械国产替代未来可期.深圳新闻网.2023-09-10