近年来,乳腺癌发病率逐年增长,对乳腺手术微创化和精细化要求不断提高,乳腺微创手术机器人逐渐成为医疗领域的研究热点。在乳腺微创手术过程中,操作者面临视野受限、手眼操作不协调、病灶随乳房穿刺变形而发生位移等问题。因此,针对不同患者搭建与其对应的乳房形变仿真模型并进行虚拟手术仿真尤为重要。大多数手术形变仿真模型主要针对内脏等弹性较弱且组织参数较为简单的器官,而乳房中生物组织较为复杂且乳房内脂肪组织与腺体组织生物力学参数差距较大,所以研究者较少。本文针对乳房软组织生物力学形变模型开展研究,实现了对乳腺微创虚拟手术仿真。实现了基于主从遥操作的乳腺微创手术虚拟仿真。设计了乳腺手术机器人虚拟仿真场景,根据实际搭建了手术台并建立相应的虚拟仿真环境;完成对双机械臂的几何建模和运动学建模,设计了相应的碰撞检测预警算法,保证了手术实验的安全性;搭建起虚拟仿真与乳腺微创手术平台的主从遥操作通信框架,实现了仿真机械臂的遥操作控制。开展对乳房软组织形变建模方法研究。通过分析乳房生物力学特性,采用分层建模思想构建乳房形变模型。根据乳房MRI图像数据进行图像分割及三维重建,建立乳房和病灶分割的几何模型,提出了理想模型。利用基于网格质点-弹簧法完成乳房的分层形变模型,并利用基于无网格的径向基插值法提高乳房软组织形变模型的仿真精度,建立在一定程度上能真实反映乳房力学特性的软组织模型,从而保证软组织模型形变的同时又能满足实时性要求。完成对乳房软组织模型力学性能及其虚拟手术仿真实验验证。根据乳房生物力学参数制备了PVA水凝胶实验假体,通过实验对比验证软组织仿真模型的弹性力学参数及假体表面变形参数,并根据实验数据对比分析不同方法仿真模型的准确度。针对乳腺微创虚拟手术术前培训仿真和术中超前模拟仿真不同任务需求,分别分析了虚拟手术仿真的实时性和真实性。