由于人口的老龄化、疾病以及意外事故等原因导致人体自我无法修复的大面积骨缺损问题在临床中十分常见。目前,人们多采用自体骨移植和异体骨移植来对缺损部位进行修复,但是这两种方法均有弊端。骨组织工程的发展为大面积骨缺损、骨肿瘤等问题提供了一种应用前景广阔的骨修复方法。骨组织工程的核心思想是利用与原骨组织生物力学等性能接近的骨支架作为临时替代物,辅助骨修复过程的完成。因此,骨支架是骨组织工程技术的基本要素之一,促进和支撑骨组织的再生。以往研究设计的骨支架通常是将微结构单胞以一定的方式排列得到,因此,这些结构单元的性能影响最终骨支架的性能。孔隙率、力学性能（比如弹性模量）、生物性能（比如渗透率）是骨支架设计需要考虑的三个重要方面。对这三者性能上的要求决定了骨支架多孔结构单胞的设计。支架需要较高的渗透率来进行营养物质和生长因子的运输与扩散,并代谢废物;支架具有的弹性模量大小需要与生物环境相匹配;孔隙率同时影响支架的渗透率和力学性能,是支架设计需要考虑的重要因素。三周期极小曲面（TPMS）是已有研究中骨支架设计最常用的多孔结构之一。然而,受制造工艺和支架性能要求的限制,目前基于TPMS设计的骨支架的孔隙率通常低于骨支架要求的最高孔隙率。因此,本文将TPMS与优化方法相结合,设计高孔隙率、高渗透率的力学性能满足要求的骨支架结构。在众多TPMS类型中,本文选取结构相对简单的P型曲面建立微结构单胞,并以最大化渗透率为目标,在曲面上进行拓扑优化设计,得到开孔TPMS的骨支架单胞概念模型;基于概念模型,进行参数优化设计,并根据参数优化设计结果分析孔隙率、孔隙形状、孔隙数量以及参数优化的目标函数选取对于结构的弹性模量、渗透率的影响。单孔模型参数优化的结果表明,孔隙率越大,单胞的渗透率越大,而弹性模量越小;孔洞形状和孔隙率一定时,参数优化的目标函数选取对设计结果影响不大;孔隙形状对单胞弹性模量影响较大,但对渗透率的影响可以忽略不计。通过对比开孔数量不同的模型的参数优化结果,发现在特定孔隙率和孔隙形状下,孔隙数量少的单胞具有较高的渗透率和弹性模量。因此,本文通过优化设计提出一种高孔隙率、高渗透率的骨支架微结构单胞的新构型,这种构型能够通过改变孔洞形状在渗透率基本不变的情况下调节结构的力学性能,为骨支架设计提供了一种新思路。