植入物在骨科手术治疗中应用十分广泛，它们植入人体后与人体骨骼形成耦合结构，共同承担人体载荷。植入式假肢作为一种新型假肢，通过连接体内骨骼和体外假肢弥补了截肢患者残缺肢体的力学功能。然而，植入物失效会给患者生活造成严重影响，植入物-骨耦合结构中应力遮挡、骨骼二次损伤等问题亟待解决。因此，开展植入物-骨耦合结构力学研究、研发假肢植入体技术具有重要科学意义及工程应用价值。

本文利用生物力学试验及有限元模拟对常见植入物-骨耦合结构的界面及结构力学性能进行了研究，分析了骨整合效应对界面结合强度的影响以及螺钉分布对应力遮挡程度的影响。考虑到现有的界面承载或螺钉承载模式的植入式假肢对骨有较大的应力遮挡，本文研制了一种新型假肢植入体结构，并对假肢植入体-骨耦合结构的压缩、弯曲、扭转力学性能进行了研究。该结构采用骨端面承载，应力遮挡程度小；通过箍圈箍紧骨末端，提高骨末端抗劈裂能力；使用销钉使耦合结构具备抗扭能力，且体内界面生长可增强扭转稳定性。本文的主要研究内容有：

（1）螺钉-兔胫骨耦合结构界面力学性能分析。以螺钉-兔胫骨结构为例，通过压出试验测得螺钉压出力，分析了骨整合和初始松动对界面结合强度的影响。研究表明骨整合能有效提高植入物-骨界面结合强度，初始松动则会使界面结合强度明显降低。

（2）接骨板-人体股骨耦合结构应力遮挡研究。以锁定接骨板固定粉碎性骨折为例，通过有限元模拟分析了压缩工况下不同螺钉分布时接骨板-股骨耦合结构的应力遮挡程度。结果显示：螺钉分布能够明显影响结构的应力遮挡程度；Z型并联管中流量分布规律与内固定载荷分配规律有较高一致性，可以作为描述内固定应力遮挡的一种新方式。

（3）新型假肢植入体技术研制及假肢植入体-人体股骨耦合结构力学性能研究。研发了一种新型假肢植入体，使骨端面承担人体重量，箍圈提高骨末端抗劈裂能力，销钉和植入物-骨界面抗扭。通过力学试验和有限元模拟研究了假肢植入体-人体模型股骨耦合结构在压缩、弯曲和扭转工况下的力学性能，结果显示，本文研制的假肢植入体结构能够提供良好的压缩、弯曲和扭转稳定性，应力遮挡度小，且能够有效降低残骨末端劈裂风险。

（4）假肢植入体-羊胫骨耦合结构力学性能研究。通过力学试验和有限元模拟研究了压缩、弯曲和扭转工况下假肢植入体-羊胫骨耦合结构的力学性能，结果显示新型假肢植入体在羊胫骨中也能提供良好的抗压、抗弯和抗扭能力。本部分研究的样品为真实的羊尸体骨，为后期进一步进行动物体内实验做准备。