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退行性颈椎病不但会影响生活质量,降低社会劳动力,严重时甚至会威胁生命,因此对颈椎退行性病变及其手术治疗进行研究是十分必要的。本文通过对退变颈椎模型、几种不同手术的颈椎模型的有限元仿真分析,分别研究了不同加载方式对颈椎椎间盘退变(Cervical Disc Degeneration,CDD)后小关节的生物力学影响、经皮内窥镜下颈椎椎间盘切除术(Percutaneous Endoscopic Cervical Discectomy,PECD)与颈椎前路减压融合术(Anterior Cervical Decompression and Fusion,ACDF)术后生物力学比较、前路经皮内窥镜下颈椎椎间盘切除术(Anterior Percutaneous Endoscopic Cervical Discectomy,APECD)的参数变化对颈椎生物力学的影响。具体研究内容和研究成果如下:(1)研究颈椎椎间盘退变对颈椎的生物力学影响,对于理解脊柱疾病的发生机制和改善临床治疗十分必要。虽然已经有文献报道了CDD对节段灵活性和小关节的生物力学作用,但仍然缺乏运动加载方式对CDD后小关节力的影响的清晰说明。因此,第一部分研究的目的是确定运动加载方法对CDD后小关节力的影响。本文建立并验证了颈椎(C3-C7)三维非线性有限元模型用以模拟正常颈椎,随后通过对正常模型进行修改,创建了六个退化模型模拟C5-C6处椎间盘不同程度的退变(轻度、中度和重度变化)。同时将1Nm力矩+73.6N的随动载荷施加于所有模型以确定运动范围(Range of Motion,ROM)。最后在相同的随动载荷下,用位移载荷代替力矩载荷施加到所有退化模型上,使C5-C6退化节段与正常模型中C5-C6的ROM相同,计算并提取了小关节力。结果显示小关节力与退化节段的ROM呈正相关,这表明不同的运动加载方式对CDD后的小关节力有显著的影响。因此我们认为,在未来的有限元分析研究中,必须严格控制模型的加载条件,以提高不同研究者建立的模型之间的可比性。(2)PECD作为ACDF的替代性手术目前被广泛用于治疗由颈椎退变引发的神经根型颈椎病的患者当中,据我们所知,还没有人从生物力学角度分析比较不同入路方式的PECD与ACDF对颈椎相邻节段的生物力学影响,因此这是本文的创新之处。作者首先通过对C3-C7模型进行修改获得了前路PECD、后路PECD、ACDF有限元模型。然后对所有模型施加了相同的载荷条件。最后计算了颈椎手术节段跟相邻节段的运动范围(Range of Motion,ROM)、椎间盘压力(Intervertebral Disc Pressure,IDP)、小关节接触面积(Facet Joint Contact Area,FJCA)以及小关节接触力(Facet Joint Contact Force,FJCF)通过对计算结果分析可知,ACDF手术与两种PECD手术相比对颈椎的生物力学影响比较大,也就是说PECD术后能更接近正常颈椎的生理状态。所以我们认为可以通过有限元法分析比较三种手术内部生物力学机制;微创手术比传统手术更适合治疗CDD;对比两种微创手术,后路PECD可能是治疗CDD更好的方式。(3)前路经皮内窥镜下颈椎椎间盘切除术具有医源性损伤小、出血量少、住院时间短及术后康复快等优点,但不同入路角度及手术通道直径的变化对颈椎生物力学特性的影响目前还不清楚。因此,本文对正常颈椎模型进行修改建立了三种不同入路角度、三种不同手术直径的模型进行模拟仿真计算。结果表明随着手术直径的增大,ROM也随之增大。入路角度为90°时,对右侧运动时的影响较大。因此,我们认为在选择APECD手术参数时,直径越小对术后颈椎的生物力学影响越小。总之,本文通过对颈椎退变模型的有限元仿真分析得到颈椎小关节力与退化段的ROM呈正相关,运动加载方法对退变后的小关节力有显着的影响,未来的有限元分析研究中,必须严格控制加载条件;与传统的颈椎融合术相比,微创的PECD手术在治疗CDD时效果更佳,且后路手术效果优于前路;在选择APECD手术参数时,直径越小对术后颈椎的生物力学影响越小。