雖然膝關節成形術已有超過100年的歷史，而真正成為骨科領域中一個極其重要的外科手段則是在本世紀70年代以後，即人工膝關節置換術。目前已成為治療嚴重膝關節病變的主要手術方式之一。正是由於骨科醫師們孜孜不倦的追求，使得我們現在對全膝關節置換術的手術技巧、內植物設計及臨床決策等問題上都取得了相當大的成果。一些複雜的全膝關節置換術，比如：僵直膝、固定性膝內外翻及嚴重畸形等也都能獲得良好的手術效果。相關報道其總的假體10-15年生存率約為85％-90％，這是一個令人鼓舞的資料。在新的階段，我們對全膝關節置換術應該提出更高的要求。
手術的選擇
全膝關節置換術的手術選擇是每個骨科醫師必須掌握的。中國老年人比重越來越大，膝關節炎的發病也隨之增加，這是膝關節的一種區域性退行性改變。病變早期保守治療效果良好，當非手術效果較差時，如出現關節功能障礙、軟骨損傷及嚴重的退行性關節炎患者，選擇恰當的手術方法是治療的關鍵。目前對於較年輕的骨性關節炎患者(40-60歲)，一般採用比較公認的階段性方法。即先採用創傷性較小，後採用創傷性較大的手術。從關節鏡到截骨術到單髁膝關節成形術，最後是全膝關節置換術。
單間室關節炎典型的臨床表現是受累間室的疼痛及壓痛，常常伴有關節異響、骨贅形成、成角畸形以及由於關節軟骨磨損導致的側副韌帶鬆弛。非手術治療(如調節活動方式、非甾體抗炎藥、關節軟骨保護劑、關節內注射、支具)對輕度的患者有效。單間室關節炎的手術治療方法包括截骨術、膝關節單髁置換及全膝關節置換。膝關節單髁置換用於治療單間室的脛股關節炎已經有超過30年的歷史。
儘管早期報道效果不佳，但是隨著內植物的改進、病例選擇以及手術技巧的提高，現在膝關節單髁置換已經發展成為一種安全可靠的治療單間室脛股關節病的手術方法。與全膝關節置換相比單髁置換具有費用低、住院時間短、術後活動度更大，康復效果好，患者滿意程度高等。要保證單髁置換的療效，就必須要選擇適當的病例、精湛的手術技巧、避免過度矯正畸形。這種方法適用於侷限性疼痛、活動度良好、同時影像學表現為單發的脛股關節炎的患者。對於畸形明顯、ROM減少、或者雙間室的脛股關節炎，推薦行TKA。
雖然全膝關節置換術在治療晚期骨性關節炎患者人群中已顯示出對減輕疼痛，改善膝關節功能方面的有效性，但其假體植入後的生存年限尚未確認。所以，在中年且活動量大的患者中，手術方法的選擇應更為慎重。目前對於行初次全膝關節置換術最為合適的年齡在65歲左右，在這一年齡階段，既不會有太大的活動量，同時身體各項指標都較正常，按照目前假體使用壽命來講，一般不需要進行二次翻修手術。
膝關節活動度
膝關節活動度(ROM)是衡量TKA手術成功與否的重要因素，影響TKA術後膝關節活動度的因素主要有手術因素及非手術相關因素。目前認為手術因素是影響TKA術後膝關節活動度最為重要的因素，包括假體的選擇、關節線的位置，正確合理的截骨，軟組織的平衡的重建等多環節。對於這些因素，目前的研究還存在很多爭論。但是明確這些因素可以為外科醫生在手術中注意操作要點，提高操作技巧提供一定的理論依據。
假體的選擇
假體的選擇對於患者來說是至關重要的。合適的假體不但能獲得較好的術後及膝關節功能恢復，而且能在很大程度上減小手術難度。對於假體的材料，股骨遠端及脛骨近端採用的是合金，襯墊為聚乙烯高分子材料。鈷合金和鈦合金是目前人工膝關節中最為常用的兩種金屬。這兩種材料在抗疲勞強度、彈性模量、耐磨性等方面都具有良好的效能，加之先進的製作工藝，使膝關節假體壽命越來越長並能更好的適應人體正常結構。人工膝關節假體經過幾十年的發展，從最早的鉸鏈式假體、雙間室、三間室假體，以及限制性髁假體，到今天的可活動襯墊假體以及單髁假體，在人工膝關節假體的活動度、穩定性以及使用壽命方面有了卓越的進步。
最初的鉸鏈式假體由於活動性低、鬆動率高的原因，目前主要用於膝關節翻修，腫瘤及膝關節嚴重病損的情況。早期生產的人工關節假體由於設計、材料、對生物力學的認識不足以及製作工藝方面的不成熟，造成了較高的手術失敗率。現階段上述問題經過較為深入的研究，形成了一定的理論基礎，特別是假體的材料、製作工藝以及對生物力學的新認識，才使得全膝關節置換術能有較為滿意的效果。
假體的設計
在全膝關節置換術中，假體元件的定位是影響其使用壽命的主要因素。元件對線的根本目的是重新構造下肢的正常機械力學軸，以獲得一個平衡、穩定的膝關節。對線對於膝關節承重方面是至關重要的，不只對關節面，還應考慮假體與截骨面之間的對線。為了儘可能獲得與正常結構的相似性，股骨遠端假體的尺寸、形狀也是同等重要的。股骨元件的形狀、位置、尺寸和定位同樣對假體的機械力學與壽命相關。雖然目前對於膝關節假體的設計及外科手術中下肢力線的調整具有一定的爭議，但假體元件之間對線的理論基礎與最終目標是一致的。
早期的膝關節假體設計曾經嘗試完全模仿正常膝關節的對線，包括股骨元件的9°內翻及脛骨元件的輕度內翻和向後傾斜，但經過臨床驗證是一個錯誤的對線，其主要原因是隻考慮了單純一個狀態下的膝關節對線。事實上，膝關節在動態運動的過程中關節的平衡是不斷變化的。這就需要我們不但要在假體設計上考慮這一因素，而且在術中膝關節元件的安放及截骨量的多少也應在術前制定詳盡的計劃。
股骨對線、脛骨對線、外翻對線、矢狀位及旋轉對線甚至在髕骨置換中的髕骨對線在全膝關節置換術都起著關鍵性的作用，也影響著手術短期及長期的成功。對於外科醫師來說，掌握膝關節的基本解剖關係及變異是重建下肢力線所必須得。同樣，對於假體元件的定位原則、手術器械及外科技術也是同等重要的。
術中對軟組織平衡的處理也是影響術後膝關節的穩定性及功能的一個重要因素。關節的穩定性依賴於假體本身固有限制性以及膝關節周圍韌帶、關節囊及肌肉的附著所提供的穩定性。假體本身的限制性屬於機械性穩定，而下肢力線的重建及軟組織的平衡所提供的穩定性屬於生物性穩定。從功能及遠期效果方面來看，生物性穩定起著更為重要的作用。同時，為了追求較低的鬆動率及提高膝關節的活動範圍，假體設計越來越趨於小及精確。
這種低限制性假體為了保證其術後假體的穩定性就更依賴於膝關節周圍軟組織的平衡。後交叉韌帶的正確處理是平衡軟組織的重要的一環，在全膝關節置換術中涉及到後交叉韌帶大致有3種觀點，即保留後交叉韌帶、不保留後交叉韌帶及根據病理情況決定是否保留。保留後叉的醫師認為，此韌帶是膝關節最強韌帶之一，能夠提供膝關節的內在穩定性。不保留後交叉韌帶的支持者認為會導致最終的關節退變。
後交叉韌帶：切，還是留?
從病理角度來說，膝關節的病變情況決定了是否保留後交叉韌帶。在沒有明顯內外翻或者屈曲畸形的患者，攣縮程度較輕，可考慮保留。但在明顯內外翻及屈曲畸形患者中，後交叉韌帶的保留則會使膝關節周圍軟組織平衡調整較為困難並且加速聚乙烯襯墊的磨損。某些疾病，如類風溼關節炎或者既往有脛骨高位截骨及股骨遠端截骨或是創傷性關節炎導致的膝關節退行性變的終末階段，交叉韌帶的切除可使膝關節獲得更好的活動度。
相反，對於年輕患者並且沒有較為嚴重的畸形，儘量保留膝關節正常結構的後交叉韌帶，不僅能夠提供膝關節前後穩定性，而且還提供屈曲間隙的穩定。
圍手術期的管理
近年來，圍手術期的管理在全膝關節置換術中越來越受到重視。患者擔心麻醉、疼痛及輸血的潛在併發症。過去的10年裡，我們對圍手術期輸血管理及鎮痛的研究和創新使患者對手術的滿意度大大提高。雖然某些理論存在一定的爭論，但管理上取得的進步還是較為顯著的，最為突出的是關於術後疼痛的管理。骨科手術被認為是外科手術中最痛苦的，全膝關節置換術後疼痛也是患者最為關心的事情之一。術後的早期活動、行走都依賴於更佳的鎮痛方案。
另外，關節纖維強直和術後活動的減少與疼痛有直接關係，同時也增加了肺部及血管併發症的發生率。目前針對全膝關節置換術後鎮痛的方案，有效且被廣泛接受的方法是多模式鎮痛。這種方法有效的結合了術前患者教育、早期預防性鎮痛藥物的應用、麻醉技術、外科技術、術中關節周圍區域性注射及術後鎮痛藥物的多梯度鎮痛方案。其中，術中關節周圍區域性注射是多模式鎮痛方案的核心，主要在膝關節置換術後能夠對急性疼痛的控制，使患者早期進行功能鍛鍊並提高患者的滿意度。雖然對於全膝關節置換術後做到完全無痛不太可能，但隨著這方面的研究不斷深入，能夠讓我們更接近這一目標。
微創技術全膝關節置換
隨著患者對手術效果要求的提高及外科醫師對手術技術的不斷創新，全膝關節置換術越來越趨向於微創化。當然微創並不僅僅指的是是面板切口的減小，更為重要的是手術技術使整個伸膝裝置受到的創傷最小化。這一觀點的起初是為了減少手術切口及傷口的美觀，但現在的核心意義在於減少術中所造成的創傷，加快術後康復的程序，其內容包含了整個膝關節置換手術的一系列技術，包括微創的手術技巧、相應的手術器械及假體設計、電子計算機輔助導航技術等。
從90年代早期開始，隨著微創膝關節單髁置換術的成功開展，外科醫師開始探索微創技術行全膝關節置換術。目前保全股四頭肌的切口在全膝關節置換中最為經典，術中不損傷股四頭肌的結構，同時保留髕上囊及髕骨的正常形態，完全不損傷控制膝部彎曲運動的股四頭肌肌肉和肌腱，具有創傷小、出血少、恢復快等特點。微創已經成為外科手術的趨勢，在手術技術提高及工具改良的同時，假體的設計也應不斷改進，最終才能做到真正意義上的全膝關節置換的微創化。同時計算機輔助定位技術的應用，外科醫師操作技術的規範化，以及機器人手術系統，使微創全膝關節置換術技術日臻成熟，代表了在這一領域裡的最新技術與趨勢。
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