医生在进行微创手术时，由于操作空间的局限性以及获取信息的间接性，会丢失大量触觉信息，很容易造成误操作，增加手术的风险。医疗辅助机器人的出现大幅提高了医生手术操作时的精确性与可靠性，对医疗水平的发展具有很大的意义。因此，对微创手术机器人及其关键技术的研究得到了越来越广泛的关注。微创手术机器人是一个遥操作系统，它主要借助于虚拟传感器技术在主手端通过触觉反馈设备重现从手端手术操作时的力/触觉临场感。计算机通过从手端获取的图像信息，对手术对象进行局部的在线实时三维建模，并计算三维模型的形变量，由此获得触觉信息（反馈力的大小），然后经由触觉反馈设备传递至操作者手上。本文主要工作有两个，其一是对医学图像分割技术的研究，它是进行医学图像三维重建的基础；其二是对触觉生成与再现技术的研究，它是操作者获取表征手术对象特性的触觉感知信息的关键。围绕这两部分，本文主要工作内容为：（1）基于水平集算法的医学图像分割技术研究。基于活动轮廓水平集算法的图像分割技术具有能够自然处理边界拓扑变化，数值求解稳定，适合任意维数等优点，对于结构复杂且各异、各组织器官轮廓曲线闭合的人体结构解剖图像尤为合适。本文采用一种基于C-V模型的多阈值单水平集算法，并应用李纯明惩罚因子对其进行改进，实现了医学图像的快速准确分割。（2）对柔性体形变模型的研究。在与虚拟环境进行交互的过程中，要想获得逼真的触觉感受，合适的形变模型和力觉生成算法是必不可少的。本文采用基于物理意义的同心圆分割法弹簧-质点模型，对心脏器官进行形变建模，能够准确表达心脏器官的物理学和运动学特性，获得逼真的形变效果和力觉感受。（3）对碰撞检测技术的研究。碰撞检测是虚拟现实中必不可少的环节，是保证操作真实性和安全性的重要手段，本文采用基于平衡二叉树的k-DOP层次树实现虚拟对象间的碰撞检测，并且当物体运动或变形时实时更新k-DOP树，增加仿真的逼真性。最后,基于以上研究成果搭建心脏微创手术系统平台，本平台主要是在实验室环境下对虚拟心脏进行手术操作，然后在此平台上对所研究的理论进行实验评估，以验证其可行性与可操作性。