近年来,椎间盘突出症的发病率逐年升高,而传统的治疗方法会使脊椎的活动受到极大的限制,人工椎间盘置换术虽提供了新的方法,但现有技术仍存在结构复杂、机械固定、椎体破坏等问题。金属橡胶是通过特殊工艺制成的弹性多孔材料,广泛作为减振材料应用在武器装备、航空航天领域,其弹性特征与生物椎间盘类似,并且多孔特性有利于骨组织结合实现生物固定。但金属橡胶人工间盘在生物医学领域鲜有研究。本文将金属橡胶技术用于椎间盘置换,研制了一种新型一体式金属橡胶人工椎间盘。首先,分析了自然颈椎及间盘的生理结构特征,通过CT造影技术采集了健康颈椎数据,分析了椎体及间盘的主要结构表征参数;利用CT切片,通过阈值分割及区域生长的方法提取出了颈椎骨骼三维图像;在此基础上,利用逆向重构技术得到了颈椎C4、C5椎体、椎间盘及小关节软骨三维结构模型。其次,依据三维重构出的C4-C5间盘和生物固定需求完成了金属橡胶人工椎间盘的结构设计;完成了金属橡胶人工间盘的材料选择,并进行了生物相容性试验;进行了不同材料人工椎间盘的力学性能试验,通过金属丝和微元弹簧的拉伸试验,分析了材料的力学性能对人工椎间盘力学性能的影响;依据自然椎间盘生物力学特征,分析了不同结构参数人工椎间盘的工作区间,确定了不同椎间高度和材料的人工椎间盘结构参数设计方法。然后,利用三维重构的C4-C5椎体模型、简化的组织间作用关系和生物材料属性,建立了ABAQUS有限元颈椎活动度仿真模型;通过对比前人结果,验证了仿真模型的可行性和准确性;利用ABAQUS的UMAT模块描述金属橡胶材料特性,进行了金属橡胶人工椎间盘的仿真分析,对比了人工间盘和自然间盘的活动度和受力状态;同时进行了复合载荷下的人工间盘分析。最后,制作了316L金属橡胶人工椎间盘;进行了山羊离体颈椎活动度试验,搭建了颈椎三维活动度试验装置;针对固定组、正常组、置换组山羊离体颈椎,采集了不同状态下的CT影像,并利用AVIZO测量并对比分析了三组活动度;对活体山羊颈椎进行了316L金属橡胶人工椎间盘植入试验,分析了活体试验结果;验证了金属橡胶人工椎间盘的应用于椎间盘置换术的可行性。