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为了提高聚醚醚酮（polyether ether ketone, PEEK）材料颈椎椎间融合器的融合率，本研究利用有限元方法对其进行三维结构的拓扑优化设计。首先建立C3～C7节段的颈椎有限元模型并验证，然后创建C5～C6节段椎间融合器植入和前路钢板内固定的模型。将PEEK融合器设置为椭圆盘型和箱型两种初始设计域。先后进行单工况和多工况下融合器拓扑优化，并结合加权柔度优化。经过两次拓扑优化后，再对融合器的构型提取分析。研究结果表明：PEEK融合器的优化结构为环形，前方缺失，材料集中分布于后部及两侧；当体积分数分别为50%和30%时，融合器优化为多孔径和单一大孔径的形状，前者比后者增加了与终板的接触面积；优化后的融合器通过降低自身应力，增加了内部植骨块所受的应力。本研究通过加权柔度的方法构建的颈椎融合器优化模型，不受初始设计域变化的影响，且可以有效减少应力遮挡，增加植骨块的应力传导，将有助于促进融合。