目的:颈椎前路椎体次全切除减压融合内固定术(ACCF)是治疗脊髓型颈椎病的常用术式,术中所用传统融合器为钛网,钛网使用后可获得良好的稳定性和融合率,同时也带来了下沉这一严重的术后并发症。钛网的下沉和应力屏蔽效应及其与终板间的点状接触有关。本研究利用拓扑优化技术设计了新的个性化ACCF融合器,以改善应力屏蔽效应与点状接触问题;同时利用有限元法对比了新融合器与钛网,以验证新融合器的生物力学性能是否达到该目的。方法:根据一名19岁健康男性志愿者的CT数据重建了C3-C7的完整三维模型。椎体为弹性模量经CT值计算的非均质模型,椎间盘为Mooney-Rivlin超弹性模型,韧带为非线性弹簧单元ABT-199半抑制浓度。将C7下表面设置为XYZ三个方向上的完全约束,在C3上表面施加73.6N的预压力和六个不同方向1Nm的力矩,进行完整模型的有限元分析。通过分析前购买GDC-0068屈、后伸、左右轴向旋转、左右侧弯六种工况下各节段的活动度,对其进行有效性验证。切割C5椎体,去除C4/5、C5/6节段的前纵韧带、后Multiple markers of viral infections纵韧带和椎间盘,装配钛板、钛网和螺钉构建传统ACCF模型。将ACCF模型中的钛网替换为同尺寸圆柱形环,通过布尔逻辑运算等操作使该圆柱形环两端与终板相贴合。在Hypermesh中进行拓扑优化,优化目标为六个工况下的加权柔度最小化。调整材料密度以增减保留的体积,保留单元密度较高的区域为实体钛合金,将其他区域改为孔隙率为30%的多孔结构。对新融合器的ACCF模型进行有限元分析,与钛网模型相对比。结果:优化后的融合器峰值应力较钛网降低了68.7%-85.3%,且应力分布更加均匀,降低了其断裂的风险;平均应力降低了78.9%,新融合器上的应力减少,说明应力屏蔽效应有所减轻。在与新融合器接触的椎体终板上,峰值应力有所降低,而平均应力增加,在下位椎体的上终板上更为明显。C4下终板上,新融合器模型的峰值应力降低了22.2%,平均应力增加了14.6%;C6上终板上,新融合器模型的峰值应力降低了54.2%,平均应力增加了43.6%,从另一方面说明了应力屏蔽效应有所减轻。从终板应力云图中可知,新融合器与终板改点接触为面接触,进一步减小了下沉的风险。结论:本研究通过拓扑优化技术设计了新的ACCF融合器,并通过有限元法将其与传统钛网进行生物力学对比。新融合器减轻了应力屏蔽效应,且改变钛网与椎体间的点接触为面接触,从而降低了下沉风险。