第三节 关节外科发展简史
关节外科作为一门学科，兴起于20世纪50年代，至80年代初迅速发展，至今已有100余年的历史。1840年，美国J.M.Carnochan首先进行了下颌关节成形术并植入橡木片（非生物材料），这一手术应该说是人工假体置换术的开端。1891年，德国Gluck用象牙股骨头与髋臼首次进行了全髋关节置换术，使用镀镍螺钉及骨胶作为黏合剂固定假体，这为骨水泥型全髋关节置换的应用起到了启蒙作用。1923年，Smith Petersen设计了玻璃杯关节成形术。1938年，Smith Petersen发现牙科医生使用的钴铬钼合金材料生物惰性强，在人体内生物相容性较好，将其做成钟状开口的金属杯，但长期疗效不佳。1963年，Charnley的低摩擦关节问世后，各类型人工关节相继出现，但临床效果都不如Charnley髋关节假体。后来随着层流手术间、个人隔离系统、计算机辅助设计及制造技术的兴起，关节外科逐渐形成以髋膝关节置换术为主体，肩、肘、腕、踝、指间关节等多关节置换共同发展的蓬勃局面。同时，随着对患者主观感受及成本效益的重视，关节外科逐渐向微创化、个体化的方向发展。
一、髋关节置换术发展简史
（一）早期探索阶段（1822～1937）
1822年，Anthony White在伦敦为一位9岁男孩于大转子下方行关节外截骨成形术，术后畸形得到矫正，疼痛缓解，假关节活动满意。1876年，Barton于宾夕法尼亚医院为一位水手行小转子上方关节截骨成形术，术后假关节功能满意，但6年后该关节再次发生骨性融合。
1840～1860年，美国J.M.Carnochan首先进行了关节内置放非生物材料的关节成形术，可以说是关节置换术的开端。J.M.Carnochan将一位下颌关节强直患者的下颌骨颈切除，同时于关节间隙内放置橡木片，使关节可以活动，后来由于木片被排出而失败。1880年，Ollier利用关节周围软组织形成新的关节面，首创了关节面成形术。此后，Lexer、Payr以及Beer等利用筋膜皮肤行隔离型关节成形术。1919年，Beer于美国巴尔的摩医院使用经络处理的膀胱施行了关节成形术。
1891年，德国Gluck使用象牙股骨头与髋臼首次进行了全髋关节置换术，使用镀镍螺钉及“骨胶”（即由松香、浮石粉和塑料混合制成的黏合剂）固定假体；Gluck无疑是骨水泥型全髋关节置换术的先驱。1895年，Jones设计了金铂关节成形术，于股骨大转子下方截骨，同时将金铂覆盖于截骨面上，并于1908年在英国医学杂志上作了相关报道。1910年，德国的Dethert用橡胶假体施行了全髋关节置换术。
1923年，Smith-Peterson在波士顿设计了玻璃杯关节成形术而被认为是髋关节置换术的鼻祖。最初，他观察到留存于患者体内的玻璃碎片被纤维组织包裹并形成滑囊，这种发现促使他产生了一个想法，即将异体材料置入关节，使周围组织在修复过程中形成新的关节面。于是，他使用玻璃设计了一种杯状假体，并将其套在股骨头表面，但最终因玻璃杯易碎裂而失败。后来又改用硝化纤维塑料，但由于其组织相容性差，严重的组织排斥反应而被迫放弃使用。1933年，他采用耐热的硼酸玻璃，术后1～2年关节面变得光滑而且比较坚固。1937年，他再次改用酚醛塑料，但效果仍欠佳。
（二）雏形阶段（1938～1957）
第二次世界大战过后，由于科学技术的发展，人工关节材料、设计以及生物力学的研究，人工关节初现雏形。
1938年，Smith-Peterson从牙科医生Cook使用的钴铬钼合金材料中受到启发，他发现这种合金材料生物惰性较强，组织相容性较好，只产生很弱的组织反应。因此，他开始使用钴铬钼合金杯假体并且实施了约1000例髋关节成形术。这种金属杯假体外形类似“钟”状，杯口张开，能够较好地保持假体在髋臼内的位置，允许股骨头在金属杯内自由活动，同时金属杯外层与髋臼关节面之间也能活动，类似于目前使用的双动股骨头。但临床实践表明，假体边缘容易被组织包埋，最后与髋臼完全粘连，继而造成金属杯与股骨头间磨损增加，术后患者关节疼痛、股骨头缺血性坏死现象十分常见，长期疗效欠佳。在他去世后，他的助手于1957年发表文章报道了这一临床现象。
同时期，Phillip Wiles在伦敦Niddlesex医院使用不锈钢假体为6例Still病患者实施全髋关节置换术。他使用螺钉固定髋臼假体，同时使用螺栓将股骨头假体固定于股骨颈上；因此Phillip Wiles被认为是第一位真正施行全髋关节置换术的医生。
1939年，Haboush对Smith Peterson髋关节假体系统进行了改进，设计了带边缘的钴铬钼合金杯。1940年，他在纽约实施了2例关节置换术，但因疗效较差而被迫放弃使用。之后他在纽约的实验室用水做润滑剂，对钴铬钼合金股骨头假体、丙烯酸酯髋臼假体进行磨损试验，这是首次对人工关节的磨损情况进行研究。同年，也有学者使用黄铜和不锈钢假体行髋关节置换术。
1941年，美国Moore和Bohlman设计了自锁型人工股骨头假体，其柄较长、直形，且柄上有孔，但术后疗效欠佳。同年，F.R.Thompson设计了弯柄股骨头假体，成为后来的 Mckee、Muller、Harris和 Aufranc Turner全髋关节股骨头假体的原型。后来Smith Peterson的助手Aufrance和Luck都对钴铬钼合金杯关节置换术做了改进，放弃了原来的“钟”型设计，假体外形更接近圆球形，增加了假体内侧面与股骨头间的稳定性。Urist和McBride设计了凸面带尖和脊状突起的髋臼假体，现代某些髋臼假体仍沿用这种模式。
1946～1958年，Judet兄弟在巴黎采用短柄的股骨头假体进行了半髋关节置换术。假体由丙烯酸酯热压成形，柄中心有一金属棒，置换时将柄顺股骨颈断面处穿入，从大转子外侧皮质处穿出。采用这种假体对髋关节骨关节炎、发育性髋关节发育不良（developmental dysplasia of the hip，DDH）、股骨颈骨折患者行半髋关节置换术。这种曾流行于欧洲大陆的假体模式的早期效果是令人满意的，但由于丙烯酸酯磨损以及假体柄易出现松动、断裂等并发症，长期效果欠佳，随后改用钴铬钼合金制作假体。Judet假体虽然得到了广泛的临床使用，但最终仍是失败的，其根本原因是由于缺乏对材料力学性质以及髋关节生物力学的了解。尽管如此，Judet仍然促进了人工关节的发展，和Smith Peterson一样，成为人工关节发展史中的一个里程碑。1949～1950年，英国皇家骨科医院的Stanmore首次开始尝试使用聚乙烯假体行关节置换术。
1950年，Moore设计了自锁式钴铬钼合金的股骨头假体，后来的临床随访研究表明股骨颈骨质吸收、假体下沉多见，是导致置换失败的主要原因。1950年，Thompson等认为短柄股骨头假体的缺陷是固定不牢靠，他们设计了长柄的股骨头假体。同年，Eicher设计了带领的不锈钢股骨头假体，将颈干角从125°增加至135°，他认为这种设计可防止假体柄产生微动。后来，由于不锈钢柄易发生断裂等并发症，而改用钴铬钼合金。
1951年，英国的Mckee使用不锈钢假体进行全髋关节置换术，术后不到1年由于假体松动而失败。后来，他借鉴了Thompson的钴铬钼合金股骨头假体模式，这是第一代关节面采用金属对金属组合的髋关节系统。此后，Mckee假体模式被许多人借鉴，包括后来的Charnley骨水泥型假体。因此，Mckee被认为是对现代全髋关节置换术作出巨大贡献的学者之一。
从1951年开始，Leventhal开始采用钛合金股骨头假体进行关节置换的尝试，并发现这种钛合金假体最终可实现骨长入，这也是生物固定型假体的最早尝试。1952～1957年间，Willse等用冷固化丙烯酸酯骨水泥进行动物实验，获得了大量数据，为人工关节的骨水泥固定技术做出了重大贡献。在20世纪50年代，很短的时间内就发展了30余种髋关节假体，大大促进了人工关节的发展。
（三）成熟阶段（1958～1970）
1950年，Charnley注意到1例使用Judet丙烯酸酯假体进行髋关节置换的患者，术后关节活动时会发出吱吱的响声，这使他产生了进行关节摩擦和润滑机制研究的设想。1950年，Charnley通过动物实验发现动物关节面类似海绵，具有弹性、内含滑液，从而使关节保持低摩擦性质。他认为采用润滑液润滑假体关节面以获得低摩擦效应是不可能的，应当寻求低摩擦系数的材料来制造假体以达到降低磨损的目的，从而确定了人工关节低摩擦的理论。当时由于聚四氟乙烯（PTFE）具有低摩擦特性，因此在1959～1963年间，Charnley使用PTFE髋臼杯与不锈钢股骨头组合进行全髋关节置换术；并将股骨头直径从42mm减至22.5mm。但由于术后假体磨损导致松动，不得不在术后几年内对300多例患者进行了翻修手术。后来，他采用玻璃纤维加强PTFE，强度增加了20倍，但仍未获得成功。
1962年，Charnley使用高分子聚乙烯齿轮材料设计髋关节假体模型，并进行生物力学实验，结果证实这种材料耐磨性较好。他根据髋关节低摩擦的生物力学原则，设计出22.5mm直径的金属股骨头与高分子聚乙烯髋臼组合的假体系统，同时使用聚甲基丙烯酸甲酯固定，从而创建了低摩擦的人工髋关节系统。从此，人工关节生物力学的研究得以迅速发展，开创了人工关节置换的新纪元。生物力学工程师与骨科医师互相合作，相继在世界各地建立了许多研究中心，以从事材料磨损、金属延展和疲劳性能测定，以及人工关节假体的设计和固定技术方面的研究。Charnley假体具有低摩擦、稳定和较少发生松动等优点。至今，Charnley的髋关节置换术仍被作为衡量其他髋关节假体系统的金标准。在20世纪60年代，髋关节置换术最严重的并发症是假体周围感染。1966年，Charnley首次于髋关节置换术中采用空气层流净化手术室、个人空气隔离系统及预防性使用抗生素，术后感染率大大降低。Charnley因其对人工关节做出的巨大贡献，被公认为现代人工关节之父。
20世纪70年代，针对年轻患者及活动量较大患者中的较高失败率，配套使用高强度合金与超高分子聚乙烯的关节表面置换术重新兴起。但由于骨溶解、假体松动等并发症，多数假体已被放弃使用。
（四）多元化发展阶段（1970～1990年）
1.假体固定模式的多元化
纵观人工髋关节的发展历史，假体固定模式从最初的压力配合过渡到Charnley骨水泥固定模式。20世纪70年代起，由于骨水泥界面的老化、断裂而易引起假体松动等并发症，部分学者开始探索“生物固定”的髋关节假体。早在1963年，Smith使用陶瓷-聚乙烯混合材料研制表面多孔假体，企图达到骨长入的目的。早期的非骨水泥固定假体多为巨孔型表面，同时为了增强骨与假体界面的结合力，常常对假体表面进行粗糙处理，使骨小梁沿着假体粗糙面交错生长，变原来骨-假体界面的纯剪切力为压应力。这类假体表面形成的孔隙结构，孔径为1～2mm左右，孔容积率为50%。巨孔型表面假体与骨的结合只是机械性“二维”固定，结合强度有限，临床少用。
70年代以后出现了另外一些根据压配（pressfit）原则设计的假体。假体与骨界面之间的孔隙≤1mm，一般无颈领，柄的形状上宽下窄，更加匹配髓腔形状以达到牢靠固定的目的。
为了提高结合强度，研究表明最适宜骨长入的孔径在150～700μm 之间，微孔直径＜100μm 时，长入孔内的只是纤维组织，而骨组织很难长入。基于这一理论，20世纪70～80年代，各种微孔表面关节假体设计层出不穷，包括假体近端1/3微孔面、4/5微孔面、5/8微孔面、全微孔面积有限微孔面设计；此外，微孔大小、形状、材料均有不同设计。
在髋臼假体方面，主要有旋入式和非旋入式两种，由于旋入式髋臼假体安放过程中角度难以控制及远期假体松动率较高等问题，目前已被淘汰。Harris首先设计并使用的半球形带金属外杯的髋臼假体，由于受到生物力学实验的支持而广泛流行。其内衬为超高分子聚乙烯，金属外杯表面为多孔型或多层金属网结构。由于聚乙烯内衬被金属外壳所加强，则部分解决了在应用骨水泥型假体时，由于聚乙烯的蠕变而引起骨水泥和聚乙烯间松动的问题。另外，在聚乙烯内衬被磨损后，也容易再更换。
2.摩擦界面的多元化
20世纪60年代末，Hulbert在美国应用钙铝酸盐陶瓷进行骨组织长入的研究。1970年，Boutin在法国首先应用钙铝酸盐陶瓷假体进行全髋关节置换术，他使用环氧树脂将陶瓷股骨头固定在不锈钢的柄上，但由于术后发生了股骨头与股骨干分离而失败。1972～1973年，Grissl和Mittelmeier分别用各种类型陶瓷假体进行了全髋关节置换术，术后都发生了较高的头或臼碎裂的并发症。1974年，Mittelmeier在德国设计了改进的陶瓷假体的全髋关节置换术，虽然降低了假体碎裂并发症，但由于假体松动率高而被迫放弃使用。此后，在20世纪80年代，Autophor陶瓷型全髋关节假体在其外表面增加了螺纹结构，从而通过旋入式非骨水泥方式进行假体的固定。由于这种设计的陶瓷假体表面没有多孔结构，从而无法达到骨长入的目的，无菌性松动的发生率仍较高。
对陶瓷界面髋关节假体翻修手术的相关研究发现：尽管仍然能在假体周围软组织的巨噬细胞体内发现磨损颗粒，但与同期采用传统的金属对聚乙烯界面假体置换者相比，陶瓷-陶瓷假体周围骨溶解的现象明显减少。从20世纪90年代早期开始，陶瓷-陶瓷假体的设计上出现了一个重要的变化，就是绝大多数髋臼假体均采用外表面粗糙或是多孔结构的钛金属臼杯加陶瓷内衬的组合形式。临床使用的结果证明这种设计形式的假体生存率良好，患者满意度高。
陶瓷材料的发展主要经过了三个阶段，第一代氧化铝陶瓷是20世纪70年代生产的，虽成功应用于临床，但由于生产工艺的限制，致使陶瓷的纯度不足，密度低且陶瓷颗粒显微结构粗大，陶瓷碎裂风险较高；第二代氧化铝陶瓷采用了改进的晶体颗粒更小的原材料，从而大大降低了碎裂风险；第三代陶瓷采用了无尘生成车间、热均衡处理、激光蚀刻技术及试验检测等4种新技术以提高力学强度，并使陶瓷晶体颗粒的直径控制在2μm以内。而新近出现的第四代纳米复合陶瓷具有超高硬度、超低磨损的特点，同时可选配大直径球头。
除此之外，后来发现通过射线、电子束照射、过氧化、甲硅烷处理等方式增加聚乙烯的交联可以提高材料的耐磨性，而且交联的程度越高，耐磨程度就越高。体外实验表明，与相同的钴钼铬合金股骨头摩擦300万次后，高交联超高分子聚乙烯的磨损产生的碎屑为（109±31）mg，而高交联聚乙烯为（4±1）mg，其优势不言而喻。在此基础上，就出现了陶瓷对聚乙烯、陶瓷对陶瓷、金属对聚乙烯等多种摩擦界面组合。
二、膝关节置换术发展简史
同髋关节一样，膝关节置换术也经历了较长时期的发展过程。事实上，70年代起人工膝关节外科技术之所以得到迅猛的发展，也正是在60年代以Charnley为代表的许多医学工作者在人工髋关节假体研究的基础上发展起来的。
（一）探索阶段（1860～1950年）
膝关节成形术的最早设想是19世纪中叶提出的通过切除病损关节面并以自体筋膜包裹等方法治疗严重的膝关节病变以获得膝关节活动度，即进行所谓“隔膜型”的膝关节切除成形术。继1860年法国Verneuil首次利用自体筋膜组织施行“隔膜型”膝关节成形术以后，人们还相继尝试了许多其他内置材料，诸如猪膀胱、自体皮肤、肌肉、髌前囊等生物材料以及尼龙、玻璃等合成材料。这些探索主要针对由于结核、感染等疾病引起的膝关节强直、畸形的患者，术后初期效果还可以，但后期常因排斥反应、继发感染或关节再强直而失败。
第二次世界大战后，内置隔膜型膝关节成形术得到重新开展，部分患者也获得了较好的疗效。但该术式只是替换了被破坏的关节软骨面，并没有纠正关节的畸形和重建关节稳定性，因此不能获得满意的效果。
1938～1940年，受 Smith Peterson金属杯髋关节成形术的启发，Campbell于1940年、Smith-Peterson于1942年尝试金属铸模行半膝关节成形术。这两种假体均为金属铸模，与股骨髁相匹配，但术后疼痛缓解均不明显。后来，Smith-Peterson在铸模上添加股骨柄改善假体固定，获得了短期成功。同时，Mc-Keever和MacIntosh以胫骨平台假体尝试胫骨半膝关节成形术，这类假体与对应的股骨假体一样，易发生早期疼痛性松动。
（二）雏形阶段（1950～1970年）
经过近一个世纪的艰苦探索，直至20世纪50年代，才出现真正意义上的人工膝关节假体。这段时期膝关节假体的发展主要表现在两方面，一是完全限制型（铰链式）膝关节假体的发展，另一方面是半限制型或非限制型假体的出现。
最早应用于临床的限制型膝关节假体是由Walldius于1951年设计，假体材料为丙烯酸酯，只能做单轴运动。随后Shiers也设计了类似假体，但机械结构更为简单，材料改为不锈钢，1960年进一步发展为钴铬钼合金。由于早期第1代的铰链式人工膝关节不能模拟正常膝关节的复杂运动，在膝关节运动过程中产生的旋转力都通过柄传导到了假体与骨界面，同时两个金属假体直接接触磨损，术后松动率与感染率较高。后来研制出旋转轴更靠后的GUEPAR铰链式假体，术后松动与感染仍很常见。1958年，美国Mayo医院设计了Young式铰链膝关节假体，股骨柄有5°外翻，假体本身还具有与股骨髓腔生理弧度近似的曲线，可起到较好的固定作用。60年代起，由于骨水泥在髋关节置换术中的成功应用，几乎所有的限制型假体均采用骨水泥固定。
1958年，Maclntosh提出了另一种形式的半膝关节置换术，即只置换病变胫骨平台。最初的假体采用丙烯酸，后改为金属，采用压配方式固定。这种假体尽管在矫正畸形、恢复关节功能方面效果欠佳，但能有效缓解疼痛，同时最大限度地减少了术中的骨质切除。
（三）成熟阶段（1970～1990年）
进入20世纪70年代，人工膝关节置换术迎来了发展的黄金时期。在这一阶段，无论假体设计、手术器械与手术技术，还是手术适应证、治疗效果等方面都有了长足的进步。假体研究的重心也从单纯铰链式假体转向非限制型及半限制型假体。
1.双间室假体
首先是1971年英国Gunston采纳Charnley低摩擦髋关节假体思路设计出多轴心膝关节假体，模拟复杂的膝关节活动。他认识到膝关节不同于铰链样的单轴上旋转，而是股骨髁在胫骨上具有多个瞬时旋转中心的滚动和滑动，其中最重要的理念是股骨后滚（roll back）。Gunston假体由不锈钢半球形部件替代股骨髁的后部，与相对扁的胫骨平台内外侧高密度聚乙烯形成关节，采用骨水泥固定。这是历史上第一次将膝关节功能解剖和生物力学原理应用于假体设计，Gunston假体也是第一个采用金属-高分子聚乙烯材料组合的膝关节系统，具有划时代意义。Gunston本人被公认为现代人工膝关节假体的创始人。多心型假体的独立部件较多，术中不易获得理想的关节对线，假体设计本身也不能纠正中、重度膝内外翻畸形，远期失败率较高。
1970年，Freeman和 Swanson设计了“槽内滚动”式LCLH假体，它具有在矢状凹内限制性的股骨假体，及保留关节囊和侧副韧带张力的胫骨假体，松动率高。
1973年，Mayo诊所的Coventry等设计了“几何膝”假体。聚乙烯胫骨平台假体具有关节几何形状，与股骨髁几乎一致，在矢状面上增加了关节稳定性。这种设计目的是保留交叉韧带，而忽略了Gunston的动力原则。
双髁假体出现于20世纪70年代中期，设计目的是解剖替代，股骨假体类似于两个单髁在前方桥接，与两侧扁平胫骨平台假体形成关节，胫骨假体下沉和变形常见。
2.三间室假体
1973年，纽约特种外科医院的Insall等设计了全髁膝关节假体，提出了“假体符合力学因素应优于解剖复制正常膝关节运动”的动力学理念原则。受到以前LCLH假体设计的影响极大，切除前后叉韧带，矢状面稳定由关节面几何形状维持。全髁假体的钴铬股骨部件，带有对称的与髌骨形成关节的前翼，股骨髁后方具有在矢状面逐渐减小的曲率半径；胫骨假体的双盘状关节面在冠状面及矢状面上与股骨假体匹配度较好。假体的移位和脱位由胫骨假体前后唇和内侧突起所阻挡。胫骨假体带有髓内柄，对抗负荷不对称的假体倾斜。后来添加的金属托可均匀传导应力，防止聚乙烯蠕变。
早期的全髁型假体设计未考虑到股骨后滚，屈膝范围较小，在大约屈膝95°时，后方股骨干与胫骨关节面将发生撞击。同时，如果屈伸间隙不完全平衡，在屈膝位有向后半脱位的倾向。为了纠正这两个问题，1978年研制了Insall-Burstein后稳定设计（后交叉替代假体），即在全髁假体的几何关节面上增加了中央柱。在屈膝约70°时，股骨假体上的凹槽咬合胫骨关节面的中央柱，引起股骨胫骨关节的接触点向后移位，产生股骨后滚效应，避免了撞击，允许进一步屈膝。目前，临床上保留和不保留后交叉韧带假体的应用已有超过20年的随访报道，两种假体的总体临床效果无明显差异，但关于是否保留后交叉韧带的争论仍在继续。
3.旋转平台假体
为了降低磨损，延长膝关节假体在年轻患者中的使用寿命。1976年，Goodfellow和O’Conner研制出Oxford膝关节假体，作为双髁置换假体，其特点在于股骨髁为单一矢状曲率半径，与胫骨聚乙烯衬垫完全匹配，聚乙烯衬垫易于在抛光的金属托上移动。膝关节的稳定由完整的交叉韧带和侧副韧带维持。这种设计聚乙烯接触应力很低，但要求所有交叉韧带和侧副韧带功能良好，易引起内衬后脱位与韧带不平衡。之后，Beuchel吸收了Oxford膝关节假体的特点并进行了改进，研制出低接触应力（low contact stress，LCS）假体，这种假体既保持了股骨假体向后逐渐减小的曲率半径，同时金属托上的鸠尾槽样弓形沟控制了内衬的前后移动，减少了脱位的风险。
4.半限制型髁假体
Insall等在后交叉韧带替代型假体的基础上，研制了限制性髁假体（CCK、TC3），即加大了胫骨聚乙烯衬的中央柱，将其限制在加深的股骨假体中央凹槽的内外侧壁。这种机制可控制内外翻稳定，仅允许少量内外翻扭曲。最初设计为股骨和胫骨侧采用骨水泥髓内柄，后来演变为生物型固定压配柄，以混合固定方式提高骨水泥界面强度。
三、我国人工关节假体发展史
1970～1971年，上海市第六人民医院骨科陈中伟等医生为治疗一例膝关节肿瘤患者，与上海手术器械六厂合作，定制了膝关节假体。接着采用上海钢研所的TC4钛合金原材料，又开发了头、颈分离的直柄型人工股骨头，在一年多时间内，临床应用于百余例患者。70年代初，在上海市政府和市卫生局领导下，上海市成立了人工关节协作组。他们用TC4钛合金制造了Moore弯柄型股骨头，得到了广泛的推广应用。同时人工关节种类也发展到肩关节、肘关节、指间关节和人工掌骨等。1971年，北京钢铁研究总院与北京积水潭医院骨科合作，研制铸造钴铬钼合金关节假体，先后为积水潭医院仿制出新Muller型全髋关节假体，为解放军总医院研制出自行设计的Jm2型髋关节。其中新Muller型髋关节由于质量可靠、疗效稳定，一直沿用到90年代末，后被新型骨水泥固定髋假体取代。1983年，由王桂生教授牵头组织北京协和医院、解放军总医院、北京积水潭医院与钢铁研究总院合作，共同研制出了生物固定型钴铬钼合金人工髋关节，即珍珠面髋关节系列假体，这也是我国自行设计的第一代生物固定型髋关节，对于我国人工关节发展有重大意义。
在积极自行研制人工髋关节假体的同时，1981年北京协和医院吴之康教授引进Depuy公司的人工膝关节系统，并与医疗器械厂家合作，仿制生产了国产人工全膝关节假体及置换器械，于1983年将其成功用于国内严重膝关节骨关节炎患者的治疗，并于1989年在重庆召开的第三次全国骨科年会上作了全膝关节置换术的大会报告，引起较大反响。同时，国内开始成立关节治疗中心，系统开展人工关节的临床和基础研究。
四、现代关节置换术发展阶段（1990年至今）
进入20世纪90年代以后，除了假体的设计与制造，人们逐渐认识到手术技术、假体安装的精确程度以及围术期的管理是决定手术效果的重要因素。
（一）假体设计与安放
尽管股骨柄的设计和骨水泥应用方面的进展极大改善了骨水泥固定假体的长期寿命，但过去10年来骨水泥固定的股骨柄假体的应用却急剧减少，骨水泥假体柄的设计也少有革新。而生物型股骨假体得到了极大程度的发展，包括多孔涂层、喷砂处理、等离子喷涂、羟基磷灰石涂层的各种表面修饰方法的应用，以提高假体植入的稳定性。股骨假体柄的形状也呈现出多样化的趋势以最大限度地匹配股骨髓腔。另外，随着微创理念的发展，骨保留型短柄假体也开始出现。而针对特定疾病设计的组配式假体、翻修假体以及定制假体的出现极大丰富了髋关节置换术的范围。尽管骨水泥固定髋臼假体设计有所变化，但其长期使用寿命却并未得到实质性增加。于是临床实践中开始倾向于在大多数患者中采用非骨水泥固定髋臼假体。多数非骨水泥固定型髋臼假体整个外表面均为多孔涂层，以利于骨长入。随着生产工艺的进步，臼杯表面的高孔隙率可以获得较为稳定的初始压配，因而螺钉的辅助固定器械开始减少。同时，随着新的摩擦界面的使用，制造商开始生产并推广可以接受各种内衬的髋臼外杯。而摩擦界面的不断改进也更加注重低摩擦性。
随着对膝关节生物力学研究的深入，各种新型的膝关节假体应运而生，包括固定平台与旋转平台、后交叉韧带是否保留之争仍在持续。高屈曲假体的设计目的在于增加膝关节活动度的同时不牺牲假体的安全性和耐磨性，这种假体可以更好地减少高屈曲度情况下应力集中导致的聚乙烯磨损，同时也可避免因撞击而影响膝关节活动度。然而，在临床评分及膝前痛方面，高屈曲假体与传统假体相比则无明显差异。因此，高屈曲假体是否优于传统假体还需要长期的研究来证实。研究表明，男性与女性在膝关节解剖方面存在一定的差异，包括股骨远近端比例的变化、Q角的变化、股骨滑槽形态不同等；同时，不同种族间解剖方面也存在一定差异，导致了亚洲人在使用欧美假体时出现不匹配的情况。因此，性别特异性假体与种族特异性假体设计应运而生，而临床效果还有待进一步观察。为了提高假体安放的准确性，电脑导航下的膝关节置换术也得到了较好的发展。
与此同时，国内骨科发展也开始进入飞跃时期，不仅成立了骨科学分会，创办了专业的骨科杂志，同时骨科亚专业及学组成立，大大促进了各亚专业的快速发展。在这样的环境下，关节外科医师不仅增加了对外交流，积极引进先进的手术技术、理念及人工关节假体系统，同时也加大了自主研发的力度。全国各地相继成立了关节外科中心，开始系统的关节疾病的基础与临床研究。同时，针对关节置换术后的常见并发症（深静脉血栓形成及假体周围感染），展开了相应的流行病学调查及预防研究，制定相应的专家指南，大大降低了围术期并发症的发生率。
（二）微创人工关节置换术
微创技术从20世纪90年代开始引入到人工膝关节置换术中，Repicci等对单髁膝关节置换术的研究加强了人们对微创手术和部分膝关节成形术的兴趣。2003年，Tria等在微创单髁膝关节置换基础上首次提出微创TKA的概念，将微创技术及理念运用到人工膝关节置换领域。微创人工全膝关节置换术的发展经历了从传统手术方式转换到初期的小切口手术方式，进而演变为不损伤股四头肌的微创TKA。Tria也指出微创的概念不仅仅是皮肤切口小或手术暴露少，而是指达到不破坏伸膝装置、髌上囊，不翻转髌骨。近年来，随着假体设计、器械工具和手术技术的改进，以及导航技术的应用，微创TKA正受到越来越多医生的重视。
Berger等于2001年首先报道了微创THA，文献报道小切口能够减少疼痛和出血，缩短康复时间和住院时间，已成为目前的潮流。微创THA的手术入路包括单切口和双切口，单切口的手术入路与传统手术一致，但皮肤切口较传统切口小；与单切口相比，双切口技术需要更多的手术经验、影像学配合，且并发症较多。微创技术常导致假体植入时视野不足，计算机导航辅助系统可以弥补这一缺陷，其应用效果有待进一步临床评估。
（三）围术期管理
随着社会进步，人口老龄化也日益严重。行人工关节置换术的患者常常并存众多各系统的基础疾病，为了降低手术风险，围术期管理显得尤为重要。围术期管理包括术前并存疾病评估及处理、血液管理、血栓管理、恶心呕吐管理、疼痛管理、感染管理等方面。术前并存疾病主要包括血管系统、呼吸系统、肝肾功能、血液系统、内分泌系统及精神神经系统的评估及处理。近年来，关节外科医师对于围术期的管理越来越重视，目的在于减少失血、减少疼痛、减少血栓发生、减少恶心呕吐发生及降低感染率。
在围术期管理的诸多方面中，血液管理及血栓管理尤为重要。血液管理策略包括术前自体血储存、红细胞动员纠正术前贫血、术中血液回输、抗纤溶药的使用、控制性降压、术后引流血回输等技术。近年来，血液资源的紧张、医务人员对输血相关并发症及血液管理的重视，推动了血液管理策略的采用。特别是华西医院关节外科率先于国内开展的抗纤溶药——氨甲环酸的临床研究及积极推广，大大降低了关节置换术后的输血需求。总结华西医院4年共6800余例初次髋、膝关节置换术患者，术后总体输血率为5.2%；其中初次全髋关节置换术3923例，输血率仅为5.5%；初次全膝关节置换术2934例，输血率仅为4.8%。术后血栓预防一直是骨科医生所关注的另一重点，多种预防措施的采用，包括物理预防、华法林、低分子肝素、新型口服抗凝药、阿司匹林等，术后血栓发生率也大幅降低。华西医院4年共6800余例初次髋、膝关节置换术患者中，初次全髋关节置换术深静脉血栓发生率为1.0%；初次全膝关节置换术深静脉血栓发生率为2.4%。
（四）加速康复外科
加速康复理论兴起于20世纪90年代初，其内涵为：将维护患者围术期病理生理的相对稳定作为出发点，采取一系列成熟的临床技术和手段，最大限度地减轻患者的应激反应和脏器功能障碍，降低相关并发症的发生，从而大大缩短患者完全康复所需的时间。这些综合措施包括：术前不完全严格禁食，术前2小时可进糖水；最优化的麻醉和术后镇痛技术，尽量少用阿片类镇痛药；外科微创技术，减少失血；不常规放置引流管或其他导管；控制输液；针对应激反应的药物调理；鼓励术后早期下床活动、早期进食。加速康复理念最初由美国的Krohn医生应用于心脏外科搭桥手术中，后来得到Engelman等同行的推广。1997年，丹麦腹部外科医生Henrik Kehlet提出加速康复外科概念，随着加速康复外科理论的成熟，该理论逐步被推广应用于骨科、泌尿外科、妇科及普通外科中。
Isaac D等于2005年首先报道了加速康复在初次全膝关节置换术中的应用，通过术前、术中、术后一系列促进快速康复的措施，平均住院日从10.5天减少到3.6天；与对照组相比，关节功能无明显差异。经过10年的发展，加速康复理论在人工关节置换术中的应用逐渐被广大医生及患者所接受。国内的加速康复康复关节外科尚处于起步阶段。通过多学科协作、医护患的共同参与，不仅能减少住院时间，增加患者满意度，未来的日间关节置换术也必将成为现实。
（裴福兴）