股骨是人体的主要负重骨之一,也是骨肿瘤最常发生的部位之一。目前临床上使用的股骨肿瘤假体存在生物活性较低、与骨缺损部位解剖形状匹配性不足及应力遮挡等问题,这会导致股骨修复支架的松动甚至失效。因此如何快速设计力学和生物学性能好、与患者解剖形状匹配的个性化股骨修复支架成为股骨重建的关键。本文利用模块化设计方法结合3D打印技术提出了一种个性化的多孔股骨组合式支架设计方法。在股骨组合式支架模块化设计、支架多孔结构设计与选取、支架表面改性、支架不同模块修复材料的选取和支架固定方式等问题上进行了研究。本文的主要研究内容和结果如下:（1）传统致密钛合金股骨修复支架存在生物活性低、应力遮挡效应等问题,研究提出了利用3D打印多孔钛合金支架对股骨缺损进行修复的方法。多孔结构降低了材料的弹性模量并允许骨组织长入支架内部。利用骨重建理论对传统股骨支架和3D打印多孔钛合金支架对周围骨组织的力学刺激和骨重建情况进行了分析,结果表明3D打印多孔钛合金支架具有良好的骨重建功能。结合人体股骨结构和现有骨修复材料的力学与生物学性能特点,提出了模块化的股骨组合式支架设计思路。模块化设计根据支架不同功能模块采用相匹配的支架材料和多孔结构,能够实现快速的个性化定制,为后续设计高强度、高生物活性和高稳定性的股骨修复支架奠定了坚实的基础。（2）股骨修复支架首要的目标是与缺损部位的力学性能进行匹配,但如何在一定弹性模量下提高支架的细胞活性仍不清楚。研究提出了一种推导孔隙功能梯度支架（PFGS）设计中均质结构的设计参数、孔隙率和力学性能之间数学关系的方法。PFGS结构的设计是通过设计参数的匹配将不同的均质结构组合在一起。采用选择性激光熔化（SLM）方法制备了尺寸为10×10×12mm孔隙功能梯度和均质结构钛合金支架,并研究了这些结构的力学性能和细胞增殖情况。结果表明,弹性模量、屈服强度和孔隙率的数学模型可以准确地预测结构的力学性能。对于PFGS结构,细胞增殖率从4天至7天为140%,而均质结构只有90%,说明PFGS结构更适合于骨组织植入。（3）多孔骨支架的几何结构对其骨长入情况有着至关重要的影响,但目前仍缺乏对这一方面的深入研究。研究建立了孔隙率为65%和孔径大小为650μm的曲面结构和支柱结构多孔支架。采用兔股骨远端植入的方法研究了其体内骨长入性能。通过计算机流体力学计算了支架结构内部的流体力学性质和流体流线轨迹。结果表明曲面结构支架比支柱结构支架的体内骨长入性能更好,但力学性能不如支柱结构支架。支架结构内部流体流线情况和速度差都对骨长入有很大影响,相同情况下支架结构内部流体速度差越小,流体流经的区域越大骨长入的越好。研究结果表明,骨支架设计时可以根据不同植入部位优化支架几何结构以满足不同植入部位的需求。（4）多孔支架的表面状态对细胞在支架上的增殖粘附有很大的影响,3D打印制备的钛合金支架表面并不利于细胞生长粘附。研究利用飞秒激光对3D打印钛合金表面进行了改性,得到了表面粗糙度高、波谷多于波峰并具有抗菌性能的尖峰表面。体外实验结果表明改性后的表面比改性前的表面润湿性更好,表面结构更有利于羟基磷灰石的沉积。采用兔胫骨植入的方法研究了其体内骨长入情况,结果表明改性后的支架表面有更强的细胞粘附和扩散能力。研究表明,利用飞秒激光对3D打印钛合金表面改性可以改进其表面的润湿性、粗糙度、峰度、偏度等物理特性,使其有更强的骨整合能力。（5）人体股骨皮质骨和松质骨力学性能和生物学性能差别很大,用一种材料、一种结构来匹配宿主骨组织的力学和生物学性能显然是不现实的。相比于钛合金支架,可降解硅酸钙生物陶瓷支架生物活性好,力学性能也与股骨松质骨部分更加匹配,因此选用生物陶瓷支架对股骨松质骨部分进行修复。首先,建立了孔隙率和孔径大小相同的钛合金和掺镁硅酸钙生物陶瓷支架。然后,采用兔颅骨植入的方法研究了两种支架材料体内骨长入性能和抗压强度的差异。最后,通过化学沉淀法将锶离子加入掺镁硅酸钙中,对其生物学性能进行了改性。结果表明,掺镁硅酸钙生物陶瓷支架体内骨长入性能比钛合金支架高,但随着植入时间的延长其抗压强度下降较快,并不适用于负重区的骨缺损修复。锶离子的加入虽然降低了其抗压强度,但提高了掺镁硅酸钙生物陶瓷支架的生物活性和降解速率。研究结果表明,生物陶瓷支架在非负重区的骨修复效果明显优于钛合金支架,而钛合金支架在体内可以保持良好的抗压强度可以用于负重骨的修复。（6）以一例恶性股骨肿瘤患者为例,通过磁共振成像、CT三维重建、模拟截骨以及个性化的股骨组合式支架模块化设计等流程,设计了一种个性化的钛合金和生物陶瓷组合的股骨修复支架。利用有限元法对支架不同固定方式进行了稳定性分析。结果表明,与传统钢板加固定螺钉的固定方式相比,一体化的固定方式有更强的稳定性。以临床实际为例,通过设计分析展示了模块化设计在个性化股骨修复方面的巨大潜力,为后续临床上定制力学性能和解剖形状均满足不同患者个性化需求的股骨修复支架奠定了基础。