目的：建立符合人体解剖结构的正常人体颈椎三维有限元模型,并验证其有效性,在此基础上建立颈椎椎体间融合和人工椎间盘置换模型,分析这两种手术术后颈椎的生物力学变化。方法：选择1名26岁健康男性志愿者,排除颈椎疾病,利用螺旋CT扫描获得其颈椎连续断层图像,将这些DICOM格式的图像导入MIMICS软件进行数据处理,得到颈椎的三维实体模型。导入有限元分析软件Abaqus进行网格划分,添加椎间盘及主要韧带,对不同的组织赋予相应的材料属性。小关节面定义为有摩擦系数的非线性接触关节,韧带则定义为非线性材料限制关节运动,从而建立人体颈椎有限元模型。模型的验证参考文献中描述的方法,C7下表面在所有方向上完全固定,在C2上表面施加50N的预载荷,然后在2.0NM作用力下,模拟颈椎在前屈、侧屈和旋转工况下的反应,与其它颈椎有限元模型和体外生物力学实验数据进行对比验证。在正常颈椎模型基础上,改变椎间盘的生物力学特性及接触属性,模拟颈椎椎体间融合术。按照人工椎间盘的设计原理,并参考临床使用的人工椎间盘实物特征,应用Abaqus的辅助设计模块建立人工椎间盘理论模型,该模型为球窝关节,包含上部的盖板和下部的核心两个部分,盖板和核心的材料分别设置为人工椎间盘中常用的钻铬钼合金和超高分子量聚乙烯(UPE),这两个部分可完全分离,使用时组装在一起。用此人工椎间盘置换掉原有椎间盘,模拟人工椎间盘置换术。在这三种模型上分别施加相同的边界条件和扭矩,分析应力、应变结果并进行对比。结果：建立的正常颈椎模型包括C2-C7六个椎体、C2/3=C6/7五个椎间盘及后部结构与主要韧带,共有155322个节点和612543个单元。在模拟外力作用下,在前屈、侧屈和旋转工况条件下的活动度与之前的实验结果高度吻合。数据导入SPSS18.0软件进行统计学分析,P>0.05,差异无统计学意义,表明该模型具有良好的生物逼真度,可用于长节段生物力学分析。颈椎椎体间融合后,除前屈应力下融合节段上方相邻的椎体位移较术前稍有增大以外,其它各椎体的位移均较术前明显减小。数据导入SPSS软件进行统计分析,经Independent Samples T Test, P值小于0.01,即椎体融合后各椎体的活动度与融合前相比其差异具有统计学意义,说明ACDF手术使颈椎活动范围减小,且融合节段所丢失的活动度不能被其它节段所代偿。融合节段以上的各椎间盘应力均较正常模型的椎间盘应力增大。在融合的C5/6椎间隙内,其应力值更是大大高于其它椎间隙,而在融合节段以下的C6/7椎间隙,其应力值反而较融合前减小。经Independent-Samples T test,P值小于0.01,即这种差别具有统计学意义,说明ACDF术后,融合节段以上的各椎间盘应力较术前增大,有可能加速这些椎间盘的退变。与正常颈椎模型相比,人工椎间盘置换术后,在相同的应力和边界条件下,各椎体的位移值与融合前相比有部分变化。在前屈应力下,置换节段以上的各节段位移较术前稍有增大,而置换节段以下的椎体较术前活动度减小；在后伸和侧屈应力下,各节段的位移则较术前稍有减小。数据导入SPSS软件进行统计分析,经Independent-Samples T Test,P值大于0.05,即C-TDR术后各椎体的位移与术前相比其差异无统计学意义,说明C-TDR手术对颈椎的活动范围影响不大,基本可以重建手术节段和整个颈椎的活动度。椎间盘置换术后,各椎间盘内的应力较正常模型的椎间盘应力变化不大,经Independent-Samples T Test,P值大于0.05,即这种差别没有统计学意义,说明C-TDR术后,对其它节段的椎间盘的应力无明显影响。结论：建立的颈椎三维有限元模型具有良好的生物逼真度,可以用于生物力学分析；ACDF手术使颈椎活动范围减小,且融合节段所丢失的活动度不能被其它节段所代偿。融合节段以上的各椎间盘应力较术前增大,有可能加速这些椎间盘的退变。C-TDR手术对颈椎的活动范围影响不大,基本可以重建手术节段和整个颈椎的活动度,且对其它节段的椎间盘的应力无明显影响,不会加速这些椎间盘的退变。