目的：应用有限元法对新研制的新型髓内钉与交锁髓内钉固定成人股骨干骨折模型进行力学载荷实验，比较二者应变及应力分布特征，分析并验证新型髓内钉固定成人股骨干骨折生物力学方面的可行性，同时提出手术适应征，并通过比较，判断新型髓内钉在固定成人股骨干骨折方面能否代替交锁髓内钉，成为一种安全、有效的髓内固定。股骨干骨折是指股骨小转子远至股骨髁上近侧的骨折。股骨干骨折是临床最常见的骨折之一，约占四肢骨折的18.5%，占全身骨折的6%[1]，总体发生率为万分之1.33[2]，股骨是人体最长的骨，也是下肢主要的承重骨之一，成人股骨干骨折常由高能量损伤所致，骨折后并发症较多，若治疗不当，将严重影响患者生活质量甚至威胁患者生命。由于非手术治疗卧床时间长、并发症多，且随着内固定材料、手术方法不断改进以及人们对骨折治疗方法观念的转变，现今成人股骨干骨折多趋向于手术内固定治疗。从19世纪开始，接骨板与髓内钉逐步用于股骨干骨折的治疗中。对于股骨干骨折，髓内钉因其更加符合骨的力学特性，常作为治疗的首选[3]，最初的髓内钉主要依靠主钉与髓腔的摩擦力控制骨折断端稳定，这一固定方式只能在一定程度上对抗弯曲载荷产生的应力，而对于轴向载荷及旋转载荷产生的应力则不能提供足够的对抗，常造成骨折断端的短缩及旋转移位。现今交锁髓内钉的出现很好地解决了这一难题。但经过大量临床病例观察，发现交锁髓内钉虽较其它髓内钉相比具有更好的轴向和旋转固定作用，但对于复杂股骨干骨折，如Winquist III、IV型、股骨干多段骨折等，交锁髓内钉依然不能提供足够可靠的断端稳定性，为解决这一难题，学者们已经做出了众多的尝试，如辅助钢板固定以及改进髓内钉主钉外形[4]等，但都没有从根本上解决断端过度微动的问题。随着锁定钢板的出现，锁定原理逐渐为临床医生所接受，因其能够将螺钉同钢板锁定而形成整体，增加了固定稳定性及持久性而广泛应用于临床。但锁定钢板为偏心固定，在力学特性上不如中心固定。为此，我们结合髓内钉及锁定钢板的优势，在交锁髓内钉的基础上进行改进，设计一种新型髓内钉。它的原理是通过改变主钉截面形状、增加主钉上横钉钉孔数目、改变横钉钉孔位置及使横钉同主钉进行锁定，为骨折断端提供可靠的稳定性。有限元法[5]可将连续的弹性体分成有限个单元，利用计算机中的有限元软件对研究对象进行合成，对每个单元的性质进行研究，在结构、物理参数、材料质地及机械性能方面达到与实际研究对象最大的相似性，从而达到分析整个弹性体的目的。该方法在医学领域主要应用于生物力学研究。由于人体是一个复杂的力学结构体，生物力学实验常常难以直接应用于人体，有限元法可对人体生物力学行为进行模拟研究，因而可以作为人们深化认识人体力学特征的一种有效方法，其有效性、优越性已在基础试验及临床应用中得到充分证明。方法：1建立成人股骨干骨折的有限元模型及新型髓内钉与交锁髓内钉的有限元模型，在此基础上分别建立新型髓内钉固定成人股骨干骨折的有限元模型作为实验组，建立交锁髓内钉固定成人股骨干骨折的有限元模型作为对照组；2应用有限元分析软件分别对实验组与对照组模型进行轴向载荷、横向弯曲载荷及扭转载荷以及8倍体重的静态、动态力学载荷实验；3分别观察两组模型在轴向载荷、弯曲载荷及扭转载荷以及8倍体重的静态、动态力学载荷实验中的应变、应力特征，并对结果加以分析，最后得出结论。结果：在各项载荷实验中：股骨、主钉及横钉均存在应力集中区；新型髓内钉组的横钉应力值均较为平均，而交锁髓内钉组的横钉应力值差别较大。1在235~700N的轴向载荷下，新型髓内钉组股骨、主钉、横钉的最大应力值及骨折断端位移值均小于交锁髓内钉组；在1400、2100N的轴向载荷下，新型髓内钉组股骨、主钉、横钉的最大应力值及骨折断端位移值均大于交锁髓内钉组；2在200~600N弯曲载荷下，新型髓内钉组的股骨、主钉的最大应力值及骨折断端位移值均小于交锁髓内钉组；在800N、1000N的弯曲载荷下，新型髓内钉组的股骨、主钉的最大应力值及骨折断端位移值均大于交锁髓内钉组；各组弯曲载荷下新型髓内钉组横钉最大应力值均大于交锁髓内钉组；3在2-15Nm的扭转载荷下，新型髓内钉组的股骨、主钉、横钉的最大应力值及骨折断端位移值均小于交锁髓内钉组；4在8倍体重的静态、动态力学载荷中，新型髓内钉的最大应力值均小于本身材料的屈服强度，股骨最大应力值均小于皮质骨的最大强度。结论：1新型髓内钉结构设计合理，具有良好的生物力学特性，能够满足长骨干骨折，特别是复杂股骨干骨折的内固定要求，是一种安全、可靠的内固定器械；2新型髓内钉适用于所有交锁髓内钉固定的适应征，但应避免过早、过多负重；3新型髓内钉在抗旋转方面具有独特优势，在一定程度上可代替交锁髓内钉。上述结论均为生物力学实验前的初步研究，尚需在以后的研究中进一步检验、证实。