颈椎是整个脊柱中活动度和活动频率最大的部分，复杂的解剖结构和生理功能复杂易引起颈椎损伤和退变。椎间盘退变对邻近神经组织造成压迫，引起颈肩疼痛等一系列临床症状。前路减压融合术（ACDF）是目前公认的手术治疗间盘退变的金标准。但是，临床随访研究发现ACDF术后相邻节段发生退行性病变(ASD)的几率高达25%。因此，人工间盘置换术（ADR）等非融合手术能缓解相邻节段的载荷，逐渐被广泛应用于退行性间盘疾病的治疗。

人工颈椎间盘从结构上可分为滑动关节和独立结构构型。Bryan、Prodisc-C、Mobi-C、Discover-C和PCM是滑动关节构型的代表产品，其主要差异体现在关节上下两端金属终板之间的相对旋转中心不同。人工椎间盘的相对旋转中心与人体真实的椎间转动中心并不一致，将导致颈椎的生物力学存在差异。本课题组基于CT图像建立一套头颈有限元模型，并在静态和动态等多种工况下进行了验证校准（如下图所示）。在此基础上应用模型的C3-C7节段模拟C56椎间盘置换，对五种具有不同旋转中心的人工间盘（Prodisc、Discover、Mobi-C、Bryan，PCM）的生物力学差异进行研究，发现：（1）ADR对颈椎后伸的影响大于对前屈的影响，使颈椎后伸所需要力矩小于正常颈椎；（2）无论旋转中心形态如何，球窝结构假体置换的颈椎所需前屈力矩小于正常颈椎，而双曲面假体（Bryan）与滑动关节假体（PCM）置换后颈椎所需前屈力矩与正常颈椎基本一致；（3）置换节段对整体活动度的贡献均有所增加；（4）球窝假体会造成小关节应力加，而双曲关节面与滑动关节面假体将在骨-假体交界面上产生较差的应力分布。具有不同旋转中心的人工椎间盘各有优劣，根据病人的实际情况选择人工椎间盘将取得最优的临床效果。

图. 颈椎的有限元建模与载荷示意。