膝关节是人体最大的滑膜关节，包括3 个功能间室，形成独特地动态铰链关节。在人体前进的过程中，膝关节承受着巨大的体重负荷，进行精准的运动，为相对高效的双足行进提供稳定的流体机制。膝关节包括外胫股关节、内胫股关节和髌股关节。膝关节动作在两个平面内进行，可进行弯曲和伸展以及内旋和外旋。
然而在功能上， 这些动作很少在没有下肢其他关节的动作配合下进行，如跑步、爬山或从坐位站起时髋关节、膝关节和脚踝的相互作用。通过膝关节的2 / 3 的肌肉也通过髋关节和脚踝， 这充分反映了下肢关节的功能配合。
隐神经髌下支分布在膝关节内侧到膝前区。膝关节内侧手术入路需解剖分离隐神经髌下支，这可能是经此入路术后出现麻木的原因。如果该神经被部分切断可能形成痛性神经瘤，例如，关节镜入路或关节切开术的内侧小切口。不幸的是，隐神经髌下支相对关节线的位置多变。大多数情况下，隐神经髌下支在关节线下方穿过，越过髌韧带后到达小腿。
在膝关节近端，隐神经髌下支与股内侧、中间、外侧皮神经的分支吻合。在膝关节远端，隐神经髌下支与隐神经其他分支吻合。髌周和髌上的皮下神经纤维网络称为髌周神经丛。
胫腓上（近端）关节 是胫骨外侧髁和腓骨头间的一个接近平面的滑膜关节。其关节面在大小、形状和倾斜度上存在变异。关节线呈横行或斜行（后者的关节面倾斜角度大于20 ° ) 。腓骨面通常呈椭圆形或圆形，平坦或有细沟，覆有透明软骨。它在膝关节没有直接的功能，但是可以帮助胫骨对正位。
髌股关节为滑膜关节，是膝关节的一部分。髌骨的关节面与股骨相匹配，股骨关节面延伸至双侧股骨髁前方，类似翻转的“U" 。由于整个髌骨关节面横向是凹面，矢面是凸面，所以，关节面呈不对称的鞍形。
当最高的髌骨外侧面与股骨外侧髁前方接触时，髌骨内侧垂直面与股骨内侧髁的前外侧面在完全屈膝时接触。随着膝关节逐渐伸直，髌骨关节面中部与股骨关节面下半部分接触。
当完全伸直时，只有髌骨关节面的最低部与股骨接触。总之，屈膝时，髌股接触点向近端移动，随着膝关节逐渐屈曲，髌股关节的接触应力增加，髌股关节面的接触面积也与之相适应而逐渐增大。
胫股关节是一个复杂的滑膜关节，为膝关节的组成部分。胫骨近端关节面（胫骨平台））相对胫骨干长轴向后下倾斜。胫骨后倾程度在出生时最大，随年龄增大而减少，习惯下蹲姿势的人后倾较明显。
胫骨平台内、外侧面与相对应的股骨髁相关节。在关节面后部的远端有一粗糙的、水平方向的凹槽，有关节囊和内侧副韧带后部附着。胫骨内侧髁的前内侧面粗糙，借一不明显的骨嵴与胫骨干内侧面隔开。
胫骨髁关节面之间的区域粗糙而狭窄，有髁间隆起，其边缘向近端突起，形成内、外侧髁间结节。髁间区的前、后部随关节面的分开均增宽。髁间前区的前部最宽。在前内侧，内侧关节面的前方有一凹陷，内侧半月板前角附着于此。
股骨关节面覆有关节软骨的股骨髁几乎呈凸面。半月板提高了胫股关节的匹配度，半月板呈凹面与股骨相适应，外侧胫骨--半月板关节面较深。
关节囊是一种纤维膜状结构，其厚度不定。在前方，关节囊被髌韧带取代，其范围不超过髌骨或髌骨近端。在膝关节其他部位，关节囊位于股内侧肌和股外侧肌扩张部的深层，并通过血管化的疏松结缔组织平面与其分隔开来。股内外侧肌扩张部附着于髌骨缘和髌韧带，并向后与相应的胫侧／腓侧副韧带、胫骨内、外侧髁远端相连。扩展部形成髌内、外侧支持带， 髌外侧支持带有髂胫束加强。
后方关节囊由起自股骨髁边缘、踝间窝边缘和胫骨近端的垂直纤维组成。后方关节囊纤维主要向下走行， 少部分向内走行。腘斜韧带是经过关节囊后内侧的明显增厚部分，主要由半膜肌肌腱延续而来。
内侧软组织分为3 层，第1 层最表浅，是覆盖缝匠肌的深筋膜；第2 层是内侧副韧带的浅层，这意味着股薄肌腱和半腱肌腱位于第1 、2 层之间；第3 层是膝关节囊，除了前方靠近髌骨部分之外，均可与第2 层剥离。
外侧软组织也分为3 层，统称为外侧副韧带复合体。最浅层是髌外侧支持，中间层是外侧副韧带、腘腓韧带、 小豆腓骨韧带和弓形韧带。
交叉韧带，因两条韧带彼此交叉而得名，为有丰富神经支配的结构，其交叉点位于关节中部稍偏后，根据胫骨止点位置而命名“前后”。韧带被滑膜包绕，但滑膜从后交叉韧带向后反折，与附近关节囊相连；髁间后部的纤维囊缺少滑膜覆盖。
前交叉韧带起自胫骨髁间前区，附着于内侧髁间结节前方稍外侧，部分与外侧半月板前角融合。前交叉韧带向后外螺旋上行，呈扇形散升附着于股骨外侧髁的后内侧面。
后交叉韧带比前交叉韧带更厚、更强韧。附着于股骨内侧髁的外侧面，常延伸至髁间窝顶的前部，此处的附着点呈前后方向， 其纤维靠近关节面。后交叉韧带向后下方走行， 附着于胫骨髁间后区和邻近的胫骨后方的凹陷处。这使后交叉韧带呈扇形展开，其纤维走行方向不同，分为前外侧束和后内侧束。
膝关节的滑膜是全身关节中最宽阔和最复杂的。滑膜在髌骨上缘的上方、股四头肌与股骨干下段之间形成髌上囊。该滑囊是关节腔的延伸。膝关节肌止于髌上囊近端，可防止髌上囊进入关节腔。
沿着髌骨边缘， 滑膜延伸至股肌腱膜下方，尤其是股内侧肌的下方。它向近端延伸至髌骨上极上方约一个手掌宽度。在髌骨远端，滑膜借髌下脂肪垫与髌韧带相隔。覆盖于髌下脂肪垫下表面的滑膜像两根手指一样伸入关节内，即翼状襞，其表面覆有绒毛。
两侧的翼状襞向后汇合形成一条髌下皱襞或称浆膜韧带），向后弯曲附着于股骨髁间窝。该皱襞可能是最初分隔髌股关节下界的残迹。髌下皱襞的形状不定，从薄薄的一束到完整的片状结构，这在膝关节镜手术时可能会阻挡器械的置入。当髌下皱襞较粗大时， 可能将其误认为前交叉韧带，前交叉韧带就位于髌下皱襞的后方。内侧皱襞位于中线的前方，从内侧翼状襞至髌上囊。有时内侧皱襞可能因急性或慢性创伤而感染、增厚。
髌下脂肪垫是滑膜外周脂肪垫最大的部分，围绕着髌骨缘延伸。
在关节的两侧，滑膜起自股骨，下行经过关节囊， 最远达到半月板边缘，半月板表面无滑膜覆盖。在外侧半月板的后方，半月板表面的沟槽与腘肌腱之间，滑膜形成腘肌下隐窝 ，此隐窝可能与上胫腓关节相通。
膝关节由闭孔神经、股神经、胫神经和腓总神经的分支支配。闭孔神经的关节支是闭孔神经后支的终末支。股神经的肌支，特别是到股内侧肌的神经，发出膝关节支。来自胫神经和腓总神经的关节支与关节动脉伴行， 其中来自胫神经的关节支与膝内侧动脉和膝中动脉伴行， 来自腓总神经的关节支与膝外侧动脉和胫前返动脉伴行。
半月板撕裂是膝关节最常见的损伤，在运动员和一般人中发生的相对频繁。基本上，半月板撕裂通常与股骨髁有力的轴向扭转有关。受压膝关节内的轴向扭转可以对半月板进行挤压，并使其移位。移位或折叠的半月板会在力学上阻碍膝关节的运动。
内侧半月板受损伤的概率是外侧半月板的两倍。内侧半月板撕裂的损伤机制通常涉及绕轴旋转，也可能会涉及施加在膝关节外侧的外力。该力通常被描述为“外翻力”， 它可以导致膝关节的外翻位置，以及随后被施加在内侧副韧带与后内侧囊上的很大应力。由于内侧半月板与这些结缔组织之间的解剖学联系，传递至膝关节的巨大外翻力可以间接限制并进而损伤内侧半月板。
如果膝关节存在异常对位或有韧带不稳定病史，半月板撕裂的风险会加大，这种情况在前交叉韧带最为明显。
前交叉韧带是膝关节最常发生完全断裂的韧带。大约1 / 2 的前交叉韧带损伤发生在15~25 岁的人之中， 经常在高速体育活动中发生。如美式足球、高山滑雪、长曲棍球、篮球和橄榄球。大多数前交叉韧带撕裂涉及膝关节的片刻半脱位． 导致对其他组织的次要创伤，包括骨骼、关节软骨、半月板或内侧副韧带。
前交叉韧带的损伤可导致膝关节的严重不稳定与可能的应力运动学。存在前交叉韧带缺陷的膝关节还容易导致其他结构的损伤或退化。
后交叉韧带损伤与高能量的创伤有关．如汽车事故或进行如美式橄榄球等身体接触运动。涉及后交叉韧带损伤的运动损伤的比例通常为2 % ~10 % 。大约1 / 2 的后交叉韧带损伤和膝关节其他组织的受伤（ 包括半月板、前交叉韧带与后外侧艇）同时发生。
在膝关节的损伤中，通常可确定至少3个与损害事件相关的因素：
稍微屈曲或完全伸展的膝关节股四头肌的有力激活
膝关节明显的“外翻塌陷”
膝关节的过度外旋（ 即股骨在膝关节处相对于固定的胫骨过度内旋）
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