随着当今社会电子产品的盛行,颈椎病的发病率逐年增长。对于常见的颈椎病治疗采用颈椎前路间盘切除减压融合术（Anterior Cervical Discectomy and Fusion,ACDF）,术中常用的颈椎前路内固定系统,有很多弊端,患者术后会产生各种并发症,如钢板断裂、螺钉拔出、吞咽困难、融合器移位等。因此,为了减少患者ACDF术后并发症的产生,昆明市延安医院骨科自主研发了一款新型颈椎前路内固定系统,但是目前这种新型颈椎前路内固定系统还处于研发阶段,要实现精准化治疗颈椎病还存在一定技术上的难度。一方面是新型内固定系统未经临床试验,需要对其安全性和有效性进行验证;另一方面是由于患者骨骼具有各向异性,所以难易实现精准个性化医疗对病人进行量身定制治疗方案。为了解决以上技术难题,本文首先对颈椎的解剖学和生物力学进行了研究来提高对颈椎病损伤机制的认知,为颈椎病的预防和治疗提供了理论基础;其次本文颈椎模型根据患者CT图像逆向建模而成,通过模拟患者前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转六个工况进行工程分析,得出位移与应力的最大工况均为旋转工况;最后模拟了三种不同内固定系统分别为Low-P“低切迹”系统中的H型和Z型以及Zero-P型“零切迹”系统植入患者颈椎后颈椎生物力学所产生的变化,在最大工况下新型Low-P型颈椎前路内固定系统中H型颈椎前路钢板的最大应力为101.95MPa,Z型颈椎前路钢板的最大应力为82.265MPa,Zero-P型颈椎前路钢板的最大应力为792.28 MPa。对比三种不同内固定系统植入后邻近椎体的髓核、终板、纤维环、椎骨以及螺钉的应力分析,得出Low-P内固定系统较Zero-P内固定系统更大程度的降低了患者术后邻近节段椎体所受应力、退变以及螺钉松动拔出等问题。随后,对颈椎前路内固定钢板进行结构优化设计,以质量和最大应力为优化目标对颈椎前路钢板进行了拓扑优化和响应面优化,并对相对复杂的钢板曲面尺寸采用正交试验法进行统计分析,最终得出一组最优解。通过与原静力学模型对比分析得知:优化后模型最大应力减少了45%,质量减轻了5%。最后通过对颈椎螺钉进行力学性能实验中的抗拔出性能来验证了有限元分析的结果,得出了新型Low-P内固定系统较Zero-P内固定系统具有更强的抗拔出性能。并通过颈椎螺钉的旋动扭矩以及扭转强度实验,进一步验证了新型Low-P内固定系统颈椎螺钉对于螺钉松动、拔出、断裂等失效方式有极大的改善。目前对于手术方案的制定,医生常采用医学影像分析的方法。手术方案则多依靠医生的经验医学,因此该研究对ACDF临床精准化手术具有直接的指导作用。并且,借助有限元模型的受力分析,可以探讨颈椎各部分内部结构应力变动状况,推测出很多可能受损的方式及应力应变分布基本规律,对有关于颈椎的临床医疗、活动、撞击伤害等方面具有指导意义。