与虚拟手术相关的研究从未停滞,虚拟手术系统是以医学影像为基础,通过图形学相关技术重建人体器官模型,来模拟虚拟手术环境。CT图像作为当前医学图像领域中最普遍的图像数据之一,软组织模型是仿真手术的训练对象,而穿刺软组织作为虚拟穿刺手术中的关键步骤,其效果取决于软组织的真实程度,即软组织模型的精度是虚拟穿刺手术系统能否反映出人体组织器官的真实力学行为的决定因素。本文以构建接近真实穿刺实验的针刺肝脏有限元模型为目标,以医学CT图像和软组织的力学特性为基础,将医学图像处理和有限元分析结合,从建模的流程出发,针对图像预处理、图像分割和针穿刺力学模型的构建这三个方面进行研究,具体内容如下:首先,对CT图像基础知识及预处理常用的滤波算法进行详细介绍,针对滤波算法中降噪效果较好的自适应中值滤波（AMF）存在的计算效率低、图像细节丢失等问题,进行算法的改进和完善。本文提出一种改进的快速AMF算法:对工作窗口大小进行快速确认,来减少不必要的计算量;对极值点添加判断操作,防止被当作噪声点进行清除,提高保护图像细节能力;排序滤波输出目标像素点,进一步提高算法运行效率。实验结果显示,在同一噪声密度下,改进的快速AMF算法对CT图像的降噪时间大大缩短,且效果和保留细节能力得到提升。然后,在传统Canny边缘检测算法的基础上提出改进算法对CT图像进行分割。首先使用快速AMF算法结合双边滤波代替高斯滤波进行图像的降噪处理,消除混合噪声干扰;然后采用8邻域模板来计算梯度幅值,使多个方向上的边缘信息被检测到;最后使用最大熵法结合Ostu法来分别确定高、低阈值,减少虚假边缘的产生。通过实验验证,结果证明本文分割算法的准确性得到了提升,取得了较好的分割效果。最后,将分割好的图像进行三维重建得到肝脏的几何模型,并进行平滑优化,导入到ANSYS中,通过分析软组织的超弹性、粘弹性及相关材料的力学变化特征,提出一种新的复合模型—强粘弹性模型,并推导出该模型的本构方程及拟合得到相关参数,从而搭建针穿刺肝脏的有限元生物力学模型。仿真实验表明,与单一模型相比,本文模型更贴合软组织的真实力学变化曲线,准确性更高。