Die Arteria poplitea entspringt als Fortsetzung der Arteria femoralis, wenn sie etwa 8-10 cm oberhalb des Knies durch den Hiatus in der Sehne des Adductor magnus verläuft. Sie tritt in die Fossa politea an der medialen Seite des Oberschenkels ein. Er bleibt relativ tief und neigt sich in seinem Verlauf leicht von medial nach lateral.
In der Nähe ist er nur durch Fett von der Oberschenkeloberfläche getrennt. Der Vastus medialis liegt unmittelbar medial. Der Vastus lateralis und der kurze Kopf des Biceps femoris liegen unmittelbar lateral. Er liegt tief und medial zum Nervus tibialis; in der gesamten Fossa politea ist die Vena poplitea zwischen Arterie und Nervus tibialis eingebettet. Semimembranosus und Semitendinosus liegen eher oberflächlich.
Hinter dem Kniegelenk ist er oberflächlich und haftet am Ligamentum popliteale, das die hintere Kapsel stärkt. Der mediale Kopf des Gastrocnemius liegt unmittelbar medial; der Plantaris und der laterale Kopf des Gastrocnemius liegen lateral. Die Vena poplitea und der Nervus tibialis liegen ebenfalls oberflächlich.
Distal liegt die Arteria poplitea frei und oberflächlich an der Faszie des Popliteus und dann des Tibialis posterior. Gelegentlich verläuft sie auch tief zum Popliteus. Oberflächlich sind der Nervus tibialis und die Vena poplitea von medial nach lateral verlaufen. Oberflächlich werden Vene, Arterie und Nerv vom Plantaris bedeckt. Der mediale Kopf des M. gastrocnemius liegt oberflächlich und medial zum M. sartorius und der Arterie. Seitlich und oberflächlich liegt der laterale Kopf des M. gastrocnemius.
Zwanzig Zentimeter distal von ihrem Ursprung, kurz hinter dem distalen Rand des Plantaris-Muskels, verläuft die Arteria poplitea tief in den Faserbogen des Soleus. An dieser Stelle teilt sie sich in die Arteria tibialis anterior und posterior.
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