随着骨组织工程学与快速成型技术的发展,使得利用种子细胞、生物因子和仿生支架构建的组织工程骨支架,成为了治疗大面积骨缺损的最有效途径,其中建立满足不同病例需求的个性化仿生支架是骨组织工程的核心。目前设计并制造出具有合适的仿生程度、生物活性、力学性能的骨支架仍然存在许多难题。本文面向骨组织工程领域,以临床手术实验和策划中使用的仿生支架作为研究对象,展开了以力学性能优化为目标,构建仿生支架内部微观结构模型与评价支架内部微观结构性能等一系列的研究工作。主要研究内容如下:(1)利用约束优化与遗传算法构建了仿生支架的内部微观孔隙结构模型。使用旋转椭球体作为基本单元体,建立了支架孔隙结构的负模型。将求解最优化模型的问题转换成求解非线性约束优化问题的数学模型,并使用改进的遗传算法对模型进行自动求解及优化。在收敛性、全局与局部寻优性、自适应性等方面对算法进行了全面的设计,提升算法的性能与效率。(2)分析了影响微观孔结构性能的因素,提出了以支架孔隙率、孔分布均匀性、孔尺寸均匀性、连通率作为评判支架内部结构性能的标准。基于支架微观孔隙负模型的几何特征,设计了各评判指标的计算方式。根据各项指标对支架综合性能的影响程度,使用PCA法确定了各项参数的权重系数,建立了目标优化函数。(3)确定了微观孔隙结构负模型与支架整体模型使用的数据格式,完成了负模型的文件输出、修复、重构及布尔运算等操作,将负模型转变为支架整体模型。使用立体光固化成型技术制备了支架实体模型的试样,并对其进行了系统的力学强度试验,得到了支架模型的力学性能参数。对采用该仿生支架修复的下颚骨整体模型进行了 CAE仿真分析,结果表明构建的仿生支架具有良好的力学性能。