随着人口老龄化，越来越多的膝骨关节炎患者选择全膝关节置换（TKA）以恢复膝关节功能。当前我国TKA假体设计多是参考借鉴国外设计理念，并无明显创新突破或自主设计。其根本原因在于国外器械公司控制了膝关节假体设计中的单一曲率、多曲率、以及渐近半径假体的专利权。然而，单曲率、多曲率和渐近半径是构造膝关节股骨髁假体的唯一方式吗？ 我们在前期工作中发现了另一种构建膝关节股骨髁假体的方法：椭圆法。其研究成果已获国家实用新型专利；日本发明专利；美国发明专利。国家发明专利、欧洲专利、和其他国家地区专利尚在审查待批中。

自2012年至2022年，项目组共取得400余例健康国人的膝关节核磁扫描数据。扫描方向为在轴位上垂直于穿髁线，在冠状位上平行于股骨内外髁最远端关节面连线。参数：3D t2 merge sequence; field of view 180 × 180 mm2; 512 × 512 matrix; thickness: 1.0 mm; TE, 12 ms; TR, 895 ms。项目组发现矢状位上每个扫描层面的滑车和股骨髁关节面都可以被一簇同心椭圆完美拟合。股骨滑车和股骨髁的位置关系可用椭圆长短轴围成的矩形进行表示。相关研究结果发表在Clin Anat. 2020 May（doi: 10.1002/ca.23395）和Clin Anat. 2020 Oct（doi: 10.1002/ca.23543）。随后，我们使用UG NX绘图软件绘制椭圆假体的工业图纸（见后图）。

根据椭圆方法设计的膝关节假体有如下特点：假体外表面近似正常人体膝关节软骨面解剖形态结构；按身高进行的参数设计，而非体现男女膝；精确体现了股骨髁部offset值，防止后髁和垫片后方撞击，增加屈曲角度；内外髁和内外侧平台的非对称设计，有利于稳定膝关节；开放且最接近正常人体的滑车沟结构，有利于髌骨稳定地进入滑车沟；滑车沟最深处中线偏外1mm左右，且这个距离根据假体大小不同而变化，这有利于减少外侧支持带的松解等特点。

用椭圆来表示股骨滑车和股骨髁的方法，大大简化了股骨远端形态学的描述。以椭圆思路构建TKA的假体，可越过国外单一曲率、多曲率和渐近半径等专利的封锁。椭圆理论构造的TKA假体如果可以配备模拟半月板功能的平台衬垫，将是一种真正模仿正常膝关节运动学的“自然膝”。这将填补我国没有自主研发TKA假体的不足。