在2025年，人工膝关节行业技术正处于快速发展与变革的阶段。随着科技的不断进步以及截肢患者对生活质量要求的提高，人工膝关节技术的创新与突破成为行业关注焦点。从简单的被动式结构，到如今融合多种先进技术的智能产品，人工膝关节行业技术在提升患者生活便利性与舒适性方面取得了显著成果，但也面临着诸多挑战与问题。
早期的智能人工膝关节以被动式气压膝关节为主。这类膝关节能够借助假肢关节内部或健肢上的传感器，实时测算穿戴者的行走步速。通过将步速划分为不同等级，自动控制执行机构对气压缸阻尼进行参数设置，使摆动相的摆动速度与穿戴者行走速度相匹配，让步态更为自然。不过，其控制方式多为开环控制，“智能” 程度有限，仅实现了步速跟随功能。目前，国内已成功研制出类似原理的产品并实现产业化。
为应对复杂路况，后续研发基于多种传感器信息，开发复杂的路况与动作识别算法。此时的代表性产品采用液压缸作为阻尼元件，相比气压缸，液压缸体积更小，阻尼变化响应更快，承重时支撑性更好。这些人工膝关节利用角度、力矩、加速度等多种传感器，综合判断使用者的行走速度、步态相位以及突发情况。在支撑期提供足够阻尼保障稳定性，摆动期依据步速调节阻尼，突发状况下也能做出相应阻尼控制，还可根据患者步态需求设定特定工作状态，如上下楼梯、斜坡行走等。
在阻尼控制实现方式上，气压缸和液压缸通常通过执行机构调整连接气(液)室之间通路的阀门开度来调节屈伸阻尼，不同产品在缸体数量、通路及阀门设计上存在差异。此外，还有利用电 / 磁流变液调节关节阻尼的产品，其原理是电 / 磁流变液在不同电场、磁场作用下改变黏稠度，进而改变液体在液压缸内流通的阻尼。国内部分高校曾开展相关研究，但受材料稳定性、阻尼变化响应速度及变电压等因素限制，成果距实际应用有较大差距，未能形成产品。
主动式人工膝关节近年来成为研究热点，因其能在复杂路况下的费力动作中为穿戴者提供主动助力，减轻行走负担。其代表产品不仅能帮助使用者从座椅站立，还能在上坡、爬楼梯时主动发力。国内外高校和科研机构虽已开展设计和控制方法研究，但产品尚未问世。
纯主动式控制一般采用电机驱动关节屈伸运动，但电机在关节运动中需持续运行，且在起立、上下楼梯等动作时需较大驱动力，导致耗电量极高，电源问题成为难以突破的瓶颈。因此，主被动混合式人工膝关节假肢研究兴起。例如，部分产品有驱动和非驱动两种工作模式，驱动模式下电机主动驱动关节运动，非驱动模式则依靠液压缸阻尼实现被动运动。这种结合方式既能在需要大力矩时助力，又能节约能源，成为当前研究热点。
目前的人工膝关节产品，无论主动式还是被动式，大多以角度、力、加速度等物理信息作为控制源。然而，物理信息反映人的运动意图存在滞后性。脑肌电等生物信号能直观反映运动意图，且先于动作发生，对需与人体紧密配合的人工膝关节而言是理想的控制信息。
《2025-2030年中国人工膝关节行业市场调查研究及投资前景分析报告》指出，脑肌电控制上肢假肢技术已相对成熟，但下肢假肢控制更为复杂。下肢运动连贯，受步速、路况等多种因素影响，且需在完成动作时保证身体稳定支撑，对控制准确性要求极高。自上世纪80年代起，国外就有学者尝试将肌电信号应用于人工膝关节控制，但成果未投入使用。本世纪以来，国内也开展了相关研究，包括利用肌电信号识别动作、路况、步速，以及研究肌电信号与物理信息的对应关系。但受残疾人肌电采集方法、个体差异性、控制识别准确性和实时性等因素限制，研究结果尚未应用于实际产品，不过为未来应用奠定了基础。随着生物医学和脑肌电控制技术的发展，生物信号控制下肢假肢有望在不久的将来实现。
经过多年发展，我国在人工膝关节技术方面开展了大量研究，初步构建起研发技术体系，在膝关节仿生机构设计、假肢生物力学、智能假肢多信息融合控制技术、基于生物信号的运动识别技术等领域掌握了一批自主知识产权技术。但与国际先进水平相比，仍存在较大差距，尤其是在产品化方面。
对假肢生物力学的基础研究不足，人工膝关节机构设计缺乏与人体生物力学以及临床应用的深度结合。例如，对正常人体和截肢患者的运动生物力学规律研究不够深入，未充分探究截肢者运动过程中对人工膝关节的功能需求，以及截肢者个体差异、不同装配技术对假肢应用性能的影响。若不能从根本上明确这些理论依据，设计出的产品难以全方位满足使用者的实际需求。
国内人工膝关节产品的机构设计多模仿国外思路，连杆机构设计常通过修改参数来满足稳定性和灵活性要求，缺乏实现特定功能的创新设计。比如，较少探索抛开现有连杆机构和阻尼缸形式，通过模拟人体关节、肌肉作用方式设计新型机构以实现功能。此外，气(液)压缸的相关参数设计普遍缺乏标准和理论依据，难以实现突破性创新。如何依据人体下肢运动生物力学研究，确定假肢与人体运动参数的对应关系，设计出符合人体膝关节运动规律的阻尼缸，是亟待解决的关键问题。
国内在人工膝关节智能控制方面主要基于传感器信息进行步态识别，理论研究虽取得一定识别效果，但对下肢运动复杂情况下的最优控制策略研究不够深入。这导致智能膝关节的控制和信息识别仅为简单对应关系，在突发情况和复杂动作时难以实现理想控制效果，患者使用的安全性也难以充分保障。
受气(液)压缸密封技术、热处理工艺、轴承等关键零部件质量控制的限制，国内人工膝关节产品质量和使用性能难以大幅提升。产品的基本结构和部件性能直接影响智能控制效果，这些问题已成为制约人工膝关节技术发展的瓶颈，急需突破。
回顾国内外人工膝关节技术的发展历程，其技术进步与相关应用技术的成熟密切相关。随着截肢者对假肢功能和性能要求的不断提高，交替上下楼梯已成为当前智能人工膝关节追求的主要功能之一，主动式及主被动混合式人工膝关节也逐渐成为研究重点。同时，随着神经接口控制技术的日益成熟，利用脑肌电等生物电信号控制下肢假肢将成为未来研究和发展的热点趋势。
目前，国内在人工膝关节各方面技术研究上并不落后，但对使用者需求的基础理论研究和临床应用研究不够深入，致使产品设计缺乏理论支撑，创新性不足。在未来的研究中，应进一步加强相关基础研究，为人工膝关节的设计提供有力支持，推动人工膝关节行业技术不断发展，更好地服务于截肢患者，提升他们的生活质量。
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