由外伤、感染和肿瘤切除造成的下颌骨连续性缺损是颌面部常见缺损之一,严重影响着患者的容貌、语言、咀嚼、吞咽和呼吸等生理功能。下颌骨缺损修复重建的目标是恢复患者下颌骨外形,保证重建系统稳定,在此基础上再进行义齿修复及咬合功能重建,从而实现真正意义上的下颌骨功能恢复。目前自体骨移植修复重建缺损下颌骨的方法由于骨垂直高度与体积不足而导致牙科假体修复成功率不高,因此很难保证咬合功能的恢复;金属植入体可以直接在相应的牙冠修复位置预留出修复基台的安装结构以恢复咬合功能,但金属与人体骨组织存在刚度等机械性能及导热性等热学性能方面的差异,容易产生应力屏蔽效应而导致植入体失效;组织工程骨移植方法作为一种最有潜力的修复方法,其主要问题在于还不能有效地保证组织工程支架与自体骨组织两者之间的骨愈合,短期内难以实现临床应用。目前,下颌骨修复重建中的生物力学问题仍不够清晰,修复所需的软组织塑型、初期稳定性、支撑咬合及骨生长引导无法同时得到满足,特别是无法实现符合下颌骨理想力学性能的精确重建。本论文旨在深入研究下颌骨缺损重建在生物力学方面存在的问题,构建下颌骨重建的生物力学原则,提出并设计一种具有复合结构(包括塑型、固定、支撑咬合及生长单元)的个性化下颌骨植入体,以提高下颌骨缺损修复重建的稳定性和成功率。首先对腓骨移植重建下颌骨的生物力学性能进行评估,提出了下颌骨植入体设计的生物力学原则;在此基础上,引入骨功能适应性理论,结合拓扑优化技术设计得到了符合生物力学要求的复合结构植入体;通过动物试验评估钛合金复合结构植入体在结构、生物学、力学方面进行下颌骨缺损重建的可行性;针对金属复合结构植入体存在的不足,提出了基于聚合物PEEK非降解支撑固定结构(包括塑型单元、固定单元、支撑咬合单元)和PLA可降解支架生长结构(生长单元)的个性化复合结构植入体,通过有限元仿真分析及仿真模型试验验证了其力学性能满足人体骨组织植入物的要求。本文的主要工作和研究成果如下:(1)研究了从CBCT数据精准构建下颌骨生物力学有限元模型的方法,以生物力学特性及下颌骨应力分布规律作为验证指标,验证了所构建的下颌骨生物力学有限元模型的有效性。(2)针对目前临床最常使用的腓骨移植修复重建缺损下颌骨的方法,创建了腓骨位于不同高度位置的重建下颌骨有限元模型,使用有限元法分析比较各组有限元模型的生物力学行为,得出自体腓骨植入体修复时存在的主要问题,为改善临床常用的下颌骨修复重建方法和研发新型植入体奠定良好基础。(3)构建了骨-支架系统的应变能随时间变化的关系,作为支架引导下骨生长的生物力学机理,提出了复合结构植入体的设计思想,利用拓扑优化技术设计得到了符合生物力学要求的复合结构植入体。(4)以比格犬下颌骨为例,使用增材制造技术得到了个性化钛合金复合结构植入体,通过动物试验验证了复合结构植入体用于下颌骨缺损重建的可行性和制备技术的有效性,明确了金属材料植入体存在的主要问题。(5)以PEEK高分子材料作为植入体材料,通过有限元法与组建的下颌骨生物力学测试平台对比分析了具有PEEK非降解支撑固定结构和PLA可降解支架生长结构的复合结构植入体重建下颌骨系统与含重建钛板的腓骨移植重建下颌骨系统的生物力学性能,验证了有限元计算结果的有效性,初步证实了PEEK材料作为下颌骨植入体的良好潜力。