目的:颈椎不稳是指在生理载荷下,颈椎无法维持各脊柱功能单位的正常相对位置,出现异常活动和形变,常会压迫脊髓和激惹脊神经根,产生四肢麻木、颈部不适等症状,也可能刺激周围组织中的交感神经末梢,造成头晕、心悸、眼涩、耳鸣等交感神经紊乱症状。常见的病因有创伤、退行性变、先天畸形、肿瘤等。随着全球人口老龄化的趋势日益加重,退行性下颈椎不稳在临床中逐渐呈多发趋势,但相关生物力学原理仍不是十分清楚,进一步明确其机制有着重要意义。有限元方法最早应用于工程力学领域计算航空器的结构强度,在1972年首次引入生物力学领域。随着计算机硬件的发展、有限元分析软件的完善和医学影像技术的飞速进步,有限元方法已在几乎所有的生物力学领域得到充分利用。在近50年的发展中,有限元模型从简单的二维模型发展成复杂的三维模型,从简单的线性参数发展为更仿真的非线性模型,从单纯的骨性模型,发展到如今可以包括相关的肌肉、韧带、脊髓等组织均可以被模拟。对比传统的尸体、动物等实验模型,有限元分析法优点非常显著,其可重复性极高,可在同一模型上反复实验;准确的表达模拟复杂的几何外形;非常便捷的修改属性参数,分别模拟分别某结构的生理和病理状态;后处理里中在不破坏模型的前提下,可以精准高效的提取任意点的位移、旋转、应力变化等相关数据。本研究的目的是通过有限元方法重建下颈椎模型,并分析韧带、椎间盘等结构退变对于下颈椎稳定性的影响、椎间隙降低是否会降低椎间孔通过能力以及椎管狭窄伴发下颈椎不稳相关脊髓压迫研究,为预防退行性下颈椎不稳症,协助早期诊断和治疗提供理论依据。研究方法:第一部分:对志愿者进行颈部螺旋CT扫描,以获得的影像资料重建下颈椎三维模型,依据文献资料设置材料属性、约束、接触作用等,并对模型施加扭矩,将测得活动度与体外力学实验作对比,验证模型有效性。第二部分:调整韧带、髓核、纤维基质、纤维环材料参数及降低椎间盘高度,模拟上述结构退变,并通过数据对比,研究颈椎退变对于生物力学的影响。第三部分:降低C56节段椎间隙降低1/3和2/3模型,探讨椎间隙高度降低对于椎间孔通过能力的削弱作用。第四部分:对下颈椎三维非线性模型进行修改,缩小C56节段对应椎管前后径,并施加边界条件使C56节段发生过度滑移及旋转,观察脊髓是否在活动过程中受压。结果:第一部分:建立的三维非线性有限元模型共含有结点60435个,单元153155个,其中六面体单元（C3D6）56950个,四面体单元（C3D4）95950个,衍架单元（T3D2）255个。使用与体外力学实验相同的边界条件及载荷,测量ROM与文献中的报道作对比,结果两者结果趋势基本相同,数据吻合度高,验证模型可模拟下颈椎结构的运动活动,结果精确,可用于相关生物力学研究。第二部分:（1）韧带退变后,颈椎各节段ROM均有不同程度增大,尤以前屈和侧倾时增大明显（P<0.01）,而旋转时ROM变化增大不明显（P>0.05）。终板、髓核、纤维环结构应力分布的影响:表现出与ROM变化类似的趋势,前屈及后伸运动中各节段的髓核、纤维环、终板应力均有不同程度升高（P<0.05）,侧倾中各节段髓核应力增大（P<0.05）,而旋转时各结构应力基本无变化。在模拟颈椎间盘三度退变的模型中,因有椎间隙高度丢失,出现颈椎曲度变直。（2）椎间盘退变模型在前屈运动中,随退变加重各节段活动度逐步降低（P<0.05）,后伸运动时正常模型和一级退变的活动度基本相同（P>0.05）,一级退变到二级退变时活动活动度下降非常明显（P<0.05）,二级退变到三级退变活动度变化不大（P>0.05）。旋转运动和侧弯运动下的活动度变化基本类似,在各级别退变中ROM均有缩小（P<0.05）,而在二度转变为三度退变后,即椎间隙高度降低后活动度下降明显。髓核应力分布在各程度退变之间差异明显（P<0.05）,正常结构时应力最小,一级退变时应力最大,并出现了应力再分布,C34椎间盘髓核应力集中。纤维环应力在旋转运动并没有随退变程度加重出现波动（P>0.05）,只是高峰出现在不同的节段,其他运动中多表现为随退变程度升高而应力降低（P<0.05）。终板应力在前屈运动中表现为随退变程度升高而逐渐升高（P<0.05）,后伸运动中在三级退变中C56节段出现高峰,其他级别退变应力无明显差异（P>0.05）。侧倾和旋转运动中随退变程度升高,应力均有增大（P<0.05）,旋转运动的应力高峰出现在C2-C4节段。第三部分:椎间隙的丢失会导致椎间孔内径减小,造成椎间孔狭窄的发生。在正常椎间隙模型中,颈椎前屈活动可增大椎间孔最小内径,后伸运动中椎间孔减小。旋转运动中,作为旋转轴一侧（顺时针为右侧）的椎间孔减小,另一椎间孔增大。侧弯运动中也有类似的情况,本侧（左倾时为右侧）椎间孔增大,弯侧椎间孔减小。椎间隙高度丢失模型中,多数运动对于椎间孔造成的影响与正常椎间隙模型中类似。退变模型（降低1/3和2/3）在侧弯运动中弯侧椎间孔椎间孔面积变化不大,可能与椎间隙降低后下位小关节顶端已与上位小关节和横突发生接触,缺少进一步压缩空间有关。第四部分:通过在椎间盘后表面应用可控软组织膨胀技术和椎板内侧生长网格,造成椎管内径降低,成功建立了轻度（1MM）和重度（2MM）颈椎管狭窄模型。在重度颈椎管狭窄组中的前后平移及前向弯曲中均出现了脊髓模型和增生骨赘或突出间盘之间的接触压迫。结论:（1）本研究通过CT扫描数据,成功的建立了三维非线性有限元模型,外形精准,网格划分细致,材料属性真实可靠,经验证模型可以应用于颈椎生物力学研究。（2）椎间盘的退变导致的椎间盘高度降低可直接导致颈椎曲度的改变。日常生活应避免颈部长时间过度前屈,颈前路手术中也应注意合理选择内植物/植骨块的高度,尽量恢复正常的椎间隙高度,维持正常生理曲度。下颈椎退行性变是一个非常复杂的过程,各结构的变化相互促进或相互抵消,某个结构的强度降低需要其他结构增大负荷来维持颈椎的稳定。（3）保持椎间隙高度对于维持椎间神经根管通畅、预防神经根型颈椎病有着重要意义,前路颈椎间盘切除植骨融合术中不仅应对椎间孔进行彻底充分的减压,也应注意选择合适的Cage型号,适当的撑高椎间隙,扩大神经根管面积,为颈神经根提供充足通行空间,防止术后该节段继续退变后神经根再次受压。（4）颈椎管狭窄可以加重下颈椎不稳时椎间过度活动对于脊髓的压迫刺激,即在较小的滑移和旋转时即可发生脊髓压迫,临床中应对此类动态压迫提高警惕,动态MRI可协助此类疾病的诊断治疗。