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膝關(guān)節(jié)是人體最大、最復(fù)雜的關(guān)節(jié)。為膝關(guān)節(jié)提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)節(jié)囊和韌帶特別容易受到大力矩的傷害，這些力矩可以通過作用在下肢長杠桿臂上的力產(chǎn)生，因此膝關(guān)節(jié)不靈活也就不足為奇了。最常受傷的關(guān)節(jié)之一，膝關(guān)節(jié)損傷，例如 ACL 斷裂，可能導(dǎo)致嚴(yán)重殘疾，因?yàn)檫@種損傷可能會(huì)改變正常的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)，從而改變運(yùn)動(dòng)。膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)知識(shí)為理解損傷和關(guān)節(jié)疾病提供了重要的框架。
膝關(guān)節(jié)可能看起來像一個(gè)簡單的鉸鏈關(guān)節(jié)，屈伸旋轉(zhuǎn)是股骨和脛骨之間唯一的明顯運(yùn)動(dòng)。然而，膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)特性很復(fù)雜，需要完整的 6 個(gè)自由度（三個(gè)平移和三個(gè)旋轉(zhuǎn)）才能完整地描述耦合或同時(shí)發(fā)生的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。 
膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)和平移的坐標(biāo)系內(nèi)-外旋轉(zhuǎn)圍繞固定的脛骨軸。外展-內(nèi)收是關(guān)于垂直于股骨軸和脛骨軸的軸。關(guān)節(jié)平移沿三個(gè)坐標(biāo)軸中的每一個(gè)發(fā)生。
該模型包括兩個(gè)交叉條，代表前交叉韌帶和后交叉韌帶（ACL、PCL）。剩下的兩個(gè)條形代表韌帶的脛骨和股骨附著點(diǎn)。IC，關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的瞬時(shí)中心。
膝關(guān)節(jié)韌帶的主要功能是穩(wěn)定膝關(guān)節(jié)，控制正常的運(yùn)動(dòng)學(xué)，并防止可能損壞關(guān)節(jié)面的異常位移和旋轉(zhuǎn)。韌帶是最重要的靜態(tài)穩(wěn)定器，主要由 I 型膠原蛋白組成，該成分可抵抗沿韌帶長度產(chǎn)生的拉伸載荷；
內(nèi)旋使股骨髁騎在脛骨上，在十字韌帶中產(chǎn)生張力并在關(guān)節(jié)表面產(chǎn)生壓縮力。C，脛股關(guān)節(jié)面之間產(chǎn)生的壓力；T，沿前交叉韌帶發(fā)展的拉伸載荷。十字韌帶作為膝關(guān)節(jié)的被動(dòng)穩(wěn)定具有多種功能。十字韌帶通過正常的生物力學(xué)引導(dǎo)膝關(guān)節(jié)，如四連桿模型所示。前交叉韌帶和后交叉韌帶是脛骨相對(duì)于股骨的相應(yīng)前后平移的主要約束，并且在負(fù)重屈曲過程中具有相互關(guān)系。伴隨相應(yīng)的前后剪切載荷發(fā)生的脛骨內(nèi)外旋轉(zhuǎn)耦合部分由十字韌帶控制，應(yīng)被視為臨床檢查的一個(gè)重要方面。此外，十字韌帶作為膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻-外翻運(yùn)動(dòng)的輔助約束。半月板損傷被認(rèn)為是運(yùn)動(dòng)員最常見的損傷。半月板最初被認(rèn)為是對(duì)脛股關(guān)節(jié)沒有顯著功能的退化結(jié)構(gòu)。彎月面被認(rèn)為是一種消耗性結(jié)構(gòu)。這種觀點(diǎn)促使許多骨科醫(yī)生通過完全去除半月板來治療半月板撕裂。在 1948 年，F(xiàn)airbank 就提出了半月板的負(fù)荷傳遞功能，并假設(shè)完整的半月板切除術(shù)經(jīng)常導(dǎo)致脛股關(guān)節(jié)間隙變窄、股骨髁變平和骨贅形成。在 1960 年代末和 1970 年代進(jìn)行的長期隨訪研究中，幾位研究人員證實(shí)了費(fèi)爾班克的觀察結(jié)果，報(bào)告稱在進(jìn)行完整的半月板切除術(shù)后結(jié)果不滿意的發(fā)生率很高。直到 1970 年代中期，幾項(xiàng)生物力學(xué)研究才通過測量半月板的載荷傳遞功能來證實(shí)臨床觀察結(jié)果。這些研究預(yù)測，在負(fù)重活動(dòng)期間，30% 到 99% 的通過脛股關(guān)節(jié)傳遞的負(fù)荷會(huì)通過半月板。半月板已被證明為脛股關(guān)節(jié)提供了更高的幾何一致性（從而優(yōu)化了接觸應(yīng)力）并有效地分擔(dān)了脛股壓縮載荷的傳輸正常膝關(guān)節(jié)中，髕股關(guān)節(jié)接觸面積經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，以通過接觸面積的相應(yīng)增加來響應(yīng)隨著膝關(guān)節(jié)屈曲而產(chǎn)生的 PFJR 負(fù)荷的增加。這種機(jī)制有助于分布接觸力，同時(shí)最大限度地減少髕股關(guān)節(jié)接觸應(yīng)力。髕骨在完全屈曲時(shí)向遠(yuǎn)端移動(dòng) 7 厘米 股骨和髕骨之間的最大接觸是在屈曲 45 度時(shí)
不同膝關(guān)節(jié)屈曲角度的髕股關(guān)節(jié)接觸區(qū)域。 
髕骨作為杠桿和墊片的機(jī)械功能，以增加髕腱力矩臂。左圖，當(dāng)膝蓋接近伸展位置時(shí)，與股四頭肌收縮產(chǎn)生的力值( F Quads )相比，髕骨機(jī)構(gòu)的杠桿作用在髕腱 ( F PT ) 中產(chǎn)生更大的力值。右圖，膝關(guān)節(jié)處于屈曲位置，髕骨的杠桿作用減弱，髕腱產(chǎn)生的力值小于股四頭肌產(chǎn)生的力值。- 正常步態(tài)需要 0 到 70 度的 活動(dòng)范圍
當(dāng)膝蓋彎曲時(shí)，股骨上的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心向后移動(dòng) 螺旋歸巢機(jī)制：脛骨在最后15度伸展時(shí)外旋5度 原因：內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)關(guān)節(jié)面大于外側(cè)脛骨平臺(tái)
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