利用髓内钉对骨干骨折实现固定是临床中下肢骨折常用术式,然而髓内钉与骨之间的微动往往是影响骨折愈合的重要因素。临床上常采用小钢板或阻挡钉来提高髓内钉固定骨折的稳定性,但小钢板和阻挡钉协同髓内钉作用的生物力学机制尚不清楚。为了提高手术治疗的精确性,本文针对阻挡钉和小钢板协同髓内钉固定骨折的稳定性进行了生物力学研究,为临床手术方案的优化提供了理论支撑。本论文首先基于CT数据建立了股骨和胫骨三维几何和三维有限元模型,通过三维有限元方法计算分析了正常股骨和胫骨在生理载荷下的应力和位移分布。在正常股骨和胫骨三维几何模型上建立了股骨近端和胫骨近端骨折的几何模拟,在此基础上建立了股骨近端和胫骨近端骨折髓内钉固定的三维有限元仿真模型,计算分析了股骨髓内钉、股骨髓内钉+小钢板固定、胫骨髓内钉、胫骨髓内钉+阻挡钉固定的应力分布和位移分布特性,对比分析了不同固定方案的股骨内固定系统和胫骨内固定系统的应力遮挡情况、髓内钉-骨骼微动差异及骨折缝两端位移差值变化。研究结果表明在轴向和旋转载荷作用下,相比于股骨髓内钉内固定,股骨髓内钉+小钢板内固定系统中髓内钉的最大等效应力分别降低了38.9%、59%。从应力遮挡方面来看,无论是在轴向载荷还是在旋转载荷作用下,股骨髓内钉+小钢板固定在股骨颈、股骨干内侧、股骨干外侧的应力遮挡率均小于股骨髓内钉固定。从骨折固定稳定性方面来看,股骨髓内钉+小钢板内固定在骨折断端各标识点处的微动量均小于股骨髓内钉固定,由此可见小钢板能够增加股骨近端骨折内固定的稳定性。在胫骨内固定系统中,胫骨髓内钉固定、胫骨髓内钉+阻挡钉固定在最大等效应力方面没有明显的差异。从应力遮挡率方面来看,在轴向载荷作用下,胫骨髓内钉固定、胫骨髓内钉+阻挡钉固定模型中股骨干中段内侧和外侧位置处应力遮挡率均在40%～50%之间,两者没有明显的差异;在旋转载荷作用下,两种内固定在胫骨干中段应力遮挡率差异明显,胫骨髓内钉固定模型在股骨干中段内侧和外侧的应力遮挡率分别为46%、47%,胫骨髓内钉+阻挡钉固定模型在股骨干中段内侧的应力遮挡率为17%,股骨干中段外侧则没有应力遮挡现象。在轴向载荷和旋转载荷作用下,胫骨髓内钉+阻挡钉固定在骨折断端各标识点的微动量均小于胫骨髓内钉固定,因此阻挡钉能够抑制胫骨髓内钉内固定系统在X轴、Y轴以及Z轴方向的位移,从而增强胫骨近端骨折的稳定性。最后,本论文在有限元分析的基础上,通过尸体实验,深入分析了髓内钉在固定股骨转子下骨折时的稳定性特性。通过对比股骨髓内钉、股骨髓内钉+小钢板两种内固定模型骨折断端的微动、髓内钉-髓腔之间的微动,从实验角度分析了小钢板在增加骨折断端稳定性方面所起的作用。研究发现,静态轴向加载条件下,髓内钉内固定模型中骨折断端的微动量大于1mm,添加小钢板固定后,能够控制骨折断端的微动在0.2-1mm范围内,这是有利于骨折愈合的微动。此外,在股骨外侧壁添加小钢板固定后,在300N、500N、700N轴向载荷作用下,骨折断端后侧的微动分别减小了90.0%、72.1%、89.6%。此外,在循环载荷作用下,单独采用髓内钉固定时,骨折断端后侧将出现约0.525mm的相对滑移,使得骨折断端产生相对错动,不利于骨折的复位。另一方面,通过研究髓内钉和髓腔之间的微动发现,添加小钢板固定后,髓内钉-髓腔间的界面微动在X轴、Y轴、Z轴方向分别减小了50.5%,77.9%,82.2%。因此,添加小钢板固定后,小钢板能够极大地减小髓内钉-髓腔间的微动,防止髓内钉和髓腔之间产生松动,从而增加骨折断端的稳定性。本论文的相关分析结果能够为临床诊治、预后评估和髓内钉固定的优化提供理论参考,为髓内钉固定下肢骨折的稳定性提供新的研究方向。