得益于内窥镜微创手术在医疗领域的广泛应用,越来越多的患者选择该手术取代传统的开放式手术。由于微创手术操作难度高、初级医生培训手段缺乏且周期长,使得微创手术普及受到限制。虚拟手术仿真系统是虚拟现实技术在现代医学领域的全新应用,该系统为手术培训以及术前预演提供一种新的手段,它具有交互性强、实时性好、沉浸感深等特点。目前,虚拟手术仿真系统已成为国际生物医学工程、计算机仿真等领域研究的重点课题。膝关节镜半月板手术是最常见的关节镜手术之一,该手术对医生的手眼协调能力要求较高。力反馈交互是虚拟手术研究的重点内容之一,操作者通过力反馈技术感受虚拟场景中的力／触觉并作出实时、精准的反应。本文基于力反馈装置设计和力觉交互,开发虚拟膝关节镜半月板手术交互系统。本研究的主要内容如下：(1)交互装置设计及运动控制分析。根据膝关节镜手术的操作特点和功能需求,完成交互装置的结构设计,分析装置操作的运动特性,最终给出系统控制方案。(2)半月板物理模型构建与反馈力计算。分析半月板生物力学特点,确定虚拟手术交互系统中半月板的物理模型,并对模型的形变进行分析。视觉频率与触觉频率并不相同,但它们处于各自的刷新循环中。本文给出仿真与触觉的数据通讯结构原理图,以及模型受到作用后的反馈力计算方法。(3)力反馈场景交互设计。该部分研究内容包括力反馈交互控制流程图、连接软件和硬件接口、虚拟模型运动需求分析。在模型交互过程中,选择适当的碰撞检测算法,并对力觉信息进行处理和反馈。(4)虚拟半月板手术系统开发。介绍虚拟半月板手术系统的框架及各功能模块,采用医学仿真软件SOFA开发一个具有力反馈功能的虚拟膝关节半月板手术系统,最终实现能够满足膝关节镜手术培训需要的手术仿真。