本文以国家自然科学基金“高屈曲人工膝关节的高屈曲稳定性机制研究”为支撑,研究自然和全膝置换(TKA)后膝关节在高屈曲下蹲运动过程中,胫股关节的相对运动特性。借助计算机图形图像技术对已经获取的人体膝关节解剖结构数据进行处理,建立了包括膝关节骨组织以及半月板、软骨和髌股横韧带等主要软组织在内的人体自然膝关节三维几何解剖模型。在创建的人体自然膝关节几何解剖模型的基础上,使用CAD软件模拟全膝关节置换截骨和假体装配,从而建立了全膝置换后的人体膝关节三维几何解剖模型。创建了自然膝关节高屈曲运动的动态有限元模型。在模型的有限元计算中,通过采用二种不同的加载方式:三束恒力同时加载;三束变力同时加载。分别得出了人体自然膝关节胫股关节、髌股关节的运动特性数据。通过与相关文献的验证分析,确定三束变力同时加载的加载方式更加符合人体生理的加载条件。并得到了该加载条件下自然膝关节下蹲动作高屈曲状态下的运动数据特性。创建了后稳定型假体(PFC)置换后膝关节屈曲运动的动态有限元模型。在模型的仿真分析中,采用三束同时变力的加载方式。分析得出了假体置换后膝关节的三维运动特性数据。并与自然膝关节运动数据特性进行对比研究,提出了改善PFC假体设计和TKA手术的建议。本文所创建的人体自然膝关节三维解剖模型可以用于假体植入的几何仿真与有限元生物力学分析。在以后的膝关节实验和仿真分析中,采用有限元分析中的三束同时变力加载的方式,能够对膝关节的运动、接触力学行为进行准确的测量和评估,从而为临床TKA手术和膝关节假体的设计提供有力的分析工具。研究结果可以为膝关节病理、康复的研究以及人工膝关节假体设计提供参考。