最早的颈椎人工椎间盘置换见于五十年代Fernstrom 不锈钢小球的应用。1969年McKenzie 也把这种小球应用在临床进行了尝试。另外两位南非医生Reitz 和Joubert 在1964年对顽固性的头痛及颈肩痛的病人也做了这种所谓的Fernstrom 氏假体置换的手术治疗， 但没有长期随访的报道。颈椎人工椎间盘研究的重大进展是1989年英国西部港都Bristol市的Frenchay 医院Cummins 医生研发的一种假体，由不锈钢所制成并以螺钉固定在椎体上，在相应的节段活动范围不受限制。 Bryan颈椎人工椎间盘是由金属对聚合物的密封的结构而组成的。其中的聚合物髓核既能承载负荷又具有一定的弹性，且具有各种不同的旋转轴。Bryan 假体不需要额外的特殊固定。于2002年在FDA的指导下在美国境内开始临床试验。
　　颈椎人工椎间盘置换术的基本原理和优点
　　一、防止相邻节段退变及病变的发生
　　回顾性影像学研究发现ACDF术后许多患者在其融合区的相邻节段出现了退行性改变。在一项对180例ACDF患者随访超过5年的研究中共发现有92％的患者在邻近融合区的节段出现了新的退变或原有退变加重。最近的一组44例接受前路颈椎次全切除植骨融合的患者，平均随访18个月后进行MRI检查，有75％的患者在融合区的相邻节段出现了新的退行性改变。尽管这些患者中的大多数虽然出现影像学改变（特指相邻节段退变），但均未表现出明显的临床症状。
　　相邻节段病变的概念，特指颈椎前路融合术后由于融合区相邻运动节段退变而引起的神经根病或脊髓病。Hilibrand等人对409例颈椎前路融合而未行内固定的患者进行了总结，其中的374例随访21年。他们发现症状严重到需要再次手术的相邻节段病变，以每年2.9％的相对恒定的比率发生。C5-C6和C6-C7是最容易发生相邻节段病变的节段。他们认为颈椎前路融合术后10年内，约有超过1/4的患者会出现相邻节段的病变。
　　相邻节段出现的退行性改变是否是融合区相邻节段机械应力增加的结果，或者这些改变仅仅是退行性疾病本身自然病程的表现，目前尚无定论。很有可能两种因素在相邻节段病变的发病学中均起作用。对一组因颈椎外伤应用钢板内固定的ACDF患者随访5-9年后发现，有60％的患者出现不伴临床症状的相邻节段退变。在这样一组术前并不存在退行性脊柱关节病的患者中，相邻节段退变如此高的发生率表明了融合对相邻节段意义。但是必须指出这些患者中出现的相邻节段退变也可能和内固定的不当使用有关。Park和Riew就曾经对因颈前路钢板覆盖相邻椎间隙而出现相邻节段骨化的情况作过描述。
　　多项研究显示融合节段运动功能的丧失对相邻节段会产生生物力学上的负面的影响。颈椎活动时相邻节段动度代偿性的增加以及相邻椎间盘内压力的增高，皆可作为这种影响的表现而被定量测出。两项测量尸体模拟ACDF前后C5-C6相邻椎间盘内压力的研究，均显示颈椎屈伸时上下相邻椎间盘内压力都有增高。Dmifriev等人发现C4-C5的椎间盘内压力增加48％，C6-C7则增加125％。Eck等人发现，C4-C5的椎间盘内压力增加73％，而C6-C7则增加45％。
　　其它对尸体的测量研究同样发现邻近融合区的节段动度有所增加。Eck等人发现颈椎屈曲时上下相邻节段的动度均有增加，而上方相邻节段的动度增加更多。颈椎后伸时，更多的动度增加则出现在下方相邻节段。Summers等人发现两节段融合和单节段融合相比，前者相邻节段动度有更多的增加。Fuller等人的研究显示，非融合节段屈曲动度的增加与颈椎矢状面的总体活动度一致。他们还发现融合区上下相邻节段动度的增加较为均衡。
　　另有一些对尸体的研究则认为应用C-TDR可消除融合对相邻节段造成的不利的生物力学影响。Dmitriev等人发现PCM假体的相邻椎间盘内压力要比融合区的相邻椎间盘内压力小得多。正常脊柱和植入颈间盘假体的脊柱相比，两者的椎间盘内压力在任何负载条件下均无差别。两项分别采用两种不同颈间盘假体（Prestige I和ProDisc-C）的研究结果均显示颈间盘假体确能维持颈椎正常的运动状态。融合术造成融合节段动度丧失，作为代偿其相邻节段动度则会增加。C-TDR并不改变颈椎运动模式，无论是在置换节段或在其相邻节段。
　　上述在尸体上获得的生物力学研究发现已经为临床研究的结果所证实。Wigfield等人在他们的一项前瞻性随机化研究中，将行单节段C-TDR（12例，Prestige I）和单节段融合术（13例）的两组患者就其相邻节段动度的改变进行了比较分析。同术前相比融合组在术后6个月时相邻节段动度增加5％，12个月时增加15％。动度增加主要出现在术前为正常形态的相邻椎间盘水平。术后1年时，融合组相邻节段动度的增加明显高于C-TDR组。他们同时也发现C-TDR组同术前运动范围相比，相邻节段动度轻度减少。尚不清楚C-TDR术后相邻节段动度减少的意义所在。另外，Duggal等人发现行单节段C-TDR的患者（C6-C7，Bryan间盘），术后颈椎正常的生理活动得以恢复。同术前相比，C-TDR置换节段及其相邻节段动度均未改变。
　　最近的一项有关相邻节段退变发生率的前瞻性研究的结果可作为临床证据以支持C-TDR可有效防止相邻节段退变或病变发生的观点。研究对象为两组行单节段颈间盘切除的患者。一组187例采用椎间融合器（cage）行融合术，另一组80例应用C-TDR（Bryan）。两组均按同样的方法进行随访。随访2年时，融合组有27％的患者出现新的椎间盘退变的影像学改变，而C-TDR组为14％。颈肩臂疼痛的出现率，融合组32％，C-TDR组1％。因相邻节段退变而再次手术的情况两者相似，融合组3.2％，C-TDR组2.5％。由于该项研究未采用随机化原则，故仅作为参考依据而不能作为定论对待。另外作者也未就C-TDR组节段动度保留的量值和相邻节段退变的发生是否具有相关性作出分析。只有在长期随访中，坚持将C-TDR和ACDF进行前瞻性随机化的对比研究，才能明确C-TDR是否能有效防止或减少相邻节段病变的发生。
　　（二）避免假关节形成
　　ACDF术后假关节的发生率取决于患者自身或患者外的多种因素，如吸烟量、抗炎药物的应用以及抗体的免疫活性。手术相关因素包括融合节段的数目，使用自体植骨或同种异体植骨，以及是否应用内固定器械。Wang等人的研究结果显示对单节段自体植骨的ACDF，植骨不愈合率在使用钢板固定为4％，不使用钢板为8％。融合两个节段的ACDF，使用钢板固定为0％，不使用钢板为25％。融合三个节段的ACDF，使用钢板固定为18％，无钢板固定则高达37％。，在植骨不愈合的患者中，术后2年约有50％及术后5年约有33％尚未出现明显的临床症状。但是仍有约50％的患者需要行翻修手术。
　　实际上，应用C-TDR消除了假关节形成的风险。但C-TDR若要获得长期的稳定，还需要假体终板骨长入。已被观察到Bryan假体的多孔表层存在骨长入现象。在黑猩猩模型中骨长入面积约为10-50％，人体内的假体被取出后可发现有20-50％的骨长入。同样，应用在狒狒模型中的PCM假体亦显示有48％的表层骨长入。C-TDR假体终板的骨长入量要多于全髋关节置换假体，这可为C-TDR假体的长期稳定提供良好的保证。
　　（三）避免髂骨供骨区的疼痛问题
　　C-TDR和ACDF相比有一个明显的优势，即C-TDR不需要自体髂骨植骨，因此由植骨带来的若干问题可得以避免。一项以问卷表形式对134例单节段ACDF患者的回顾性研究报道了与髂骨植骨有关的近期合并症的发生率：行走困难，51％；抗生素过度应用，8％；引流时间延长，4％；刀口裂开，2％；需要行切开引流，1.5％。术后4年时，仍有26％的患者残留供骨区疼痛，平均的VAS评分为3.8。有11.2％的患者需要长期应用止痛药以缓解髂骨供区的疼痛。约有16％的患者出现供骨区感觉异常，但仅有5.2％的患者主诉穿衣时有不适感。因取髂骨导致的各种日常行为受损，对其发生率有如下评估：行走，13％；娱乐活动，12％；工作，10％；日常活动，8％；性生活，8％；家庭杂务，7％。
　　目前ACDF植骨来源的金标准是采用自体髂骨植骨。但近来出现了一些有关生物制品可促进融合的报道。如果将来这些技术被应用于临床，可能会减少对自体植骨的需求。另外，已有多项证据显示，同种异体植骨和钢板内固定的联合应用可作为对自体植骨的一种安全有效的替代。
　　（四）避免术后吞咽困难
　　颈前路术后1个月，约有50％的患者仍诉说吞咽困难。这种主观症状已被术后X线透视下出现的异常吞咽活动所证实。尽管吞咽困难在术后6个月时已逐渐减少到18％，但仍有12％的患者在术后1年时残留症状。年龄、女性及多节段手术被认为是术后持续吞咽困难的危险因素。
　　引起术后吞咽困难的原因可能是颈前路手术中对食道的牵拉。近来研究发现就术中对食道的干扰，C-TDR假体植入相对ACDF钢板植入要少。试验是通过一个4cm的横切口在尸体上完成ACDF和C-TDR（PCM，无固定螺钉）的器械操作，同时监测食道内压力。结果发现植入颈椎钢板时产生更大的食道内压力。推测其原因在于，植入颈前路钢板时需要将食道牵开更多，以便能完成对侧的钻孔、攻丝及拧入螺钉等操作。由于C-TDR并不需要将食道向对侧更多的牵开，理论上对食道产生的压力比较小。
　　术后吞咽困难的另一个危险因素可能和前方内植物的体积大小相关。最近有一项关于ACDF患者术后吞咽困难的前瞻性比较研究，采用薄窄和宽厚两种不同体积的颈前路钢板。结果发现两种钢板在术后1个月时发生吞咽困难的情况相似（各约50％）。但在术后2年时，体积较大的前路钢板组残留更多的症状（14％-0％）。由于前方内植物体积过大是引起术后持续吞咽的重要原因，所以应用前方切迹小的C-TDR假体（Prestige STIP, Bryan, ProDisc-C, PCT）可能会降低这种并发症的发生率。