在2025年，人工膝關節行業技術正處於快速發展與變革的階段。隨著科技的不斷進步以及截肢患者對生活質量要求的提高，人工膝關節技術的創新與突破成為行業關注焦點。從簡單的被動式結構，到如今融合多種先進技術的智能產品，人工膝關節行業技術在提升患者生活便利性與舒適性方面取得了顯著成果，但也面臨著諸多挑戰與問題。
早期的智能人工膝關節以被動式氣壓膝關節為主。這類膝關節能夠藉助假肢關節內部或健肢上的傳感器，實時測算穿戴者的行走步速。通過將步速劃分為不同等級，自動控制執行機構對氣壓缸阻尼進行參數設置，使擺動相的擺動速度與穿戴者行走速度相匹配，讓步態更為自然。不過，其控制方式多為開環控制，「智能」 程度有限，僅實現了步速跟隨功能。目前，國內已成功研製出類似原理的產品並實現產業化。
為應對複雜路況，後續研發基於多種傳感器信息，開發複雜的路況與動作識別算法。此時的代表性產品採用液壓缸作為阻尼元件，相比氣壓缸，液壓缸體積更小，阻尼變化響應更快，承重時支撐性更好。這些人工膝關節利用角度、力矩、加速度等多種傳感器，綜合判斷使用者的行走速度、步態相位以及突發情況。在支撐期提供足夠阻尼保障穩定性，擺動期依據步速調節阻尼，突發狀況下也能做出相應阻尼控制，還可根據患者步態需求設定特定工作狀態，如上下樓梯、斜坡行走等。
在阻尼控制實現方式上，氣壓缸和液壓缸通常通過執行機構調整連接氣(液)室之間通路的閥門開度來調節屈伸阻尼，不同產品在缸體數量、通路及閥門設計上存在差異。此外，還有利用電 / 磁流變液調節關節阻尼的產品，其原理是電 / 磁流變液在不同電場、磁場作用下改變黏稠度，進而改變液體在液壓缸內流通的阻尼。國內部分高校曾開展相關研究，但受材料穩定性、阻尼變化響應速度及變電壓等因素限制，成果距實際應用有較大差距，未能形成產品。
主動式人工膝關節近年來成為研究熱點，因其能在複雜路況下的費力動作中為穿戴者提供主動助力，減輕行走負擔。其代表產品不僅能幫助使用者從座椅站立，還能在上坡、爬樓梯時主動發力。國內外高校和科研機構雖已開展設計和控制方法研究，但產品尚未問世。
純主動式控制一般採用電機驅動關節屈伸運動，但電機在關節運動中需持續運行，且在起立、上下樓梯等動作時需較大驅動力，導致耗電量極高，電源問題成為難以突破的瓶頸。因此，主被動混合式人工膝關節假肢研究興起。例如，部分產品有驅動和非驅動兩種工作模式，驅動模式下電機主動驅動關節運動，非驅動模式則依靠液壓缸阻尼實現被動運動。這種結合方式既能在需要大力矩時助力，又能節約能源，成為當前研究熱點。
目前的人工膝關節產品，無論主動式還是被動式，大多以角度、力、加速度等物理信息作為控制源。然而，物理信息反映人的運動意圖存在滯後性。腦肌電等生物信號能直觀反映運動意圖，且先於動作發生，對需與人體緊密配合的人工膝關節而言是理想的控制信息。
《2025-2030年中國人工膝關節行業市場調查研究及投資前景分析報告》指出，腦肌電控制上肢假肢技術已相對成熟，但下肢假肢控制更為複雜。下肢運動連貫，受步速、路況等多種因素影響，且需在完成動作時保證身體穩定支撐，對控制準確性要求極高。自上世紀80年代起，國外就有學者嘗試將肌電信號應用於人工膝關節控制，但成果未投入使用。本世紀以來，國內也開展了相關研究，包括利用肌電信號識別動作、路況、步速，以及研究肌電信號與物理信息的對應關係。但受殘疾人肌電採集方法、個體差異性、控制識別準確性和實時性等因素限制，研究結果尚未應用於實際產品，不過為未來應用奠定了基礎。隨著生物醫學和腦肌電控制技術的發展，生物信號控制下肢假肢有望在不久的將來實現。
經過多年發展，我國在人工膝關節技術方面開展了大量研究，初步構建起研發技術體系，在膝關節仿生機構設計、假肢生物力學、智能假肢多信息融合控制技術、基於生物信號的運動識別技術等領域掌握了一批自主智慧財產權技術。但與國際先進水平相比，仍存在較大差距，尤其是在產品化方面。
對假肢生物力學的基礎研究不足，人工膝關節機構設計缺乏與人體生物力學以及臨床應用的深度結合。例如，對正常人體和截肢患者的運動生物力學規律研究不夠深入，未充分探究截肢者運動過程中對人工膝關節的功能需求，以及截肢者個體差異、不同裝配技術對假肢應用性能的影響。若不能從根本上明確這些理論依據，設計出的產品難以全方位滿足使用者的實際需求。
國內人工膝關節產品的機構設計多模仿國外思路，連杆機構設計常通過修改參數來滿足穩定性和靈活性要求，缺乏實現特定功能的創新設計。比如，較少探索拋開現有連杆機構和阻尼缸形式，通過模擬人體關節、肌肉作用方式設計新型機構以實現功能。此外，氣(液)壓缸的相關參數設計普遍缺乏標準和理論依據，難以實現突破性創新。如何依據人體下肢運動生物力學研究，確定假肢與人體運動參數的對應關係，設計出符合人體膝關節運動規律的阻尼缸，是亟待解決的關鍵問題。
國內在人工膝關節智能控制方面主要基於傳感器信息進行步態識別，理論研究雖取得一定識別效果，但對下肢運動複雜情況下的最優控制策略研究不夠深入。這導致智能膝關節的控制和信息識別僅為簡單對應關係，在突發情況和複雜動作時難以實現理想控制效果，患者使用的安全性也難以充分保障。
受氣(液)壓缸密封技術、熱處理工藝、軸承等關鍵零部件質量控制的限制，國內人工膝關節產品質量和使用性能難以大幅提升。產品的基本結構和部件性能直接影響智能控制效果，這些問題已成為制約人工膝關節技術發展的瓶頸，急需突破。
回顧國內外人工膝關節技術的發展歷程，其技術進步與相關應用技術的成熟密切相關。隨著截肢者對假肢功能和性能要求的不斷提高，交替上下樓梯已成為當前智能人工膝關節追求的主要功能之一，主動式及主被動混合式人工膝關節也逐漸成為研究重點。同時，隨著神經接口控制技術的日益成熟，利用腦肌電等生物電信號控制下肢假肢將成為未來研究和發展的熱點趨勢。
目前，國內在人工膝關節各方面技術研究上並不落後，但對使用者需求的基礎理論研究和臨床應用研究不夠深入，致使產品設計缺乏理論支撐，創新性不足。在未來的研究中，應進一步加強相關基礎研究，為人工膝關節的設計提供有力支持，推動人工膝關節行業技術不斷發展，更好地服務於截肢患者，提升他們的生活質量。
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