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为探究 ACDF 术后多节段生物力学变化，研究人员构建 C2–C7 颈椎有限元模型，对比 ZP 与 CP 器械在不同节段的应变应力分布。发现 ZP 组 ROM、应变及应力值更高，节段数量影响小。为临床术式选择提供量化依据。
在颈椎退行性疾病的治疗领域，颈椎前路椎间盘切除融合术（Anterior Cervical Discectomy and Fusion, ACDF）是恢复神经功能与重建颈椎曲度的经典术式。然而，针对 ACDF 术后多手术节段的生物力学变化，相关研究却较为有限。临床中，当面对多节段或跳跃节段椎间盘退变患者时，医生常需在传统 cage 和 plate（CP）结构与新型零切迹（Zero-Profile, ZP）装置之间权衡 —— 前者依赖钛板提供前路支撑，后者旨在减少术后吞咽困难风险，但长期随访显示 ZP 装置在多节段应用中存在融合率、沉降率及矫形丢失（Loss of Correction, LOC）等潜在问题。现有研究多聚焦于器械本身的应力分布，却缺乏对骨移植材料所承受的应力与应变的定量分析，而这些生物力学参数对骨重塑动态过程及多节段 ACDF 手术的长期稳定性至关重要。在此背景下，天津医院的研究团队开展了一项针对不同手术器械、节段数量及运动类型对植入物应变应力分布影响的研究，相关成果发表在《Computers in Biology and Medicine》，为临床优化术式选择提供了关键的力学依据。
该研究采用有限元（Finite Element, FE）分析方法，核心技术环节包括：①构建健康成人 C2–C7 颈椎有限元模型，模型基于一名 26 岁无颈椎病史的男性志愿者影像数据，经伦理委员会批准且获受试者知情同意；②建立四种术后模型，分别为两节段与三节段 ACDF 手术中使用 ZP 装置或 CP 结构；③通过施加不同力矩（1.0 N?m、1.5 N?m）模拟颈椎屈伸运动，分析术后运动范围（Range of Motion, ROM）及植入物应变应力特征。
术后运动范围（ROM）对比
研究发现，在融合节段，ZP 装置组的 ROM 值显著高于 CP 结构组。这表明 ZP 装置在允许融合节段保留更多生理活动度的同时，可能导致植入物承受更复杂的力学环境。
骨移植表面应变与应力特征
ZP 组骨移植表面的最大应变值及预测有效应变面积（Predicted Effective Strain Area, Pesa）均高于 CP 组。同时，ZP 组的最大应力与平均应力值也更大，而手术节段数量对应变应力分布的影响较小。双向方差分析（Two-way ANOVA）显示，手术器械类型对屈伸运动中多个力矩大小下的应力值有显著影响，仅在特定条件（如 1.0 N?m 与 1.5 N?m 伸展、1.5 N?m 屈曲）下，节段数量才显示出对应力的显著作用。
器械特性与临床启示
ZP 装置因应力更均匀分布于脊柱矢状面，载荷传递更接近正常节段，理论上可促进骨整合；但其较高的应力值可能增加骨移植 - 终板界面的负荷，客观上形成有利于骨生长的力学刺激。反观 CP 结构，钛板的刚性支撑虽降低了应变应力值，却可能因应力遮挡效应延缓骨融合进程，尤其在多节段手术中需警惕潜在的稳定性风险。
结论与讨论
研究结论指出，手术节段数量的增加对 ACDF 术后内植物生物力学影响微弱，而器械类型是关键变量：ZP 装置显著提升骨移植材料的应变与应力值，较大的 Pesa 面积及更高应力水平可能通过增强力学刺激促进融合节段的骨生长；CP 结构虽应力水平较低，但多节段应用时的长期稳定性需谨慎评估。这一发现为临床医生针对不同程度颈椎退行性病变患者选择术式提供了量化指导 —— 对于追求术后活动度且需降低吞咽并发症的多节段患者，ZP 装置的力学优势值得关注，但需结合长期随访评估；而单节段或对稳定性要求更高的病例，CP 结构仍具应用价值。研究通过聚焦骨移植生物力学，填补了既往 ACDF 多节段研究的空白，其有限元分析方法亦为脊柱手术器械的生物力学评估提供了可借鉴的研究范式。
