随着虚拟手术系统的兴起,如何获得准确的软组织物理模型成为决定培训效果的关键技术难题,因此针对软组织力学特性的研究不仅能够实现该项技术的补足,还有着巨大的医学实用前景。本文以猪肝脏为实验对象,从力学实验和物理建模两部分展开研究,进行三个维度的压缩和应力松弛实验,重点分析了肝小叶结构对肝脏整体力学特性的影响。并针对软组织非线性参数的求解问题,面向不同使用条件采用了三种不同的参数反演方法。在直线电机、拉压力传感器基础上设计了单轴、双轴以及三轴三个维度的压缩测量平台。基于VC编写了力学参数获取的运动控制和数据采集程序,并针对数据采集过程中存在的噪声干扰问题,根据小波理论提出一种改进阈值函数的降噪方法,该方法在一定程度上能弥补软、硬阈值函数存在的缺陷。并以本文所用传感器降噪前后的数据对比验证了该降噪方法的有效性。针对物理建模的选型问题,利用COMSOL软件对常用的一维本构模型进行拟合效果对比,选出了最佳的模型形式,然后根据力学实验中软组织的真实接触状态增加几何修正项和应力修正项对其进行修正,经验证:修正后的模型有效地提高了组织一维小形变时的参数拟合结果;对Ogden、Neo-Hookean模型进行修正分别用于组织的二维和三维实验数据拟合。以猪肝脏为实验对象进行了单轴、双轴以及三轴的压缩与应力松弛实验,前者用于研究三个方向的力学特性,后者用于获取软组织的力学模型参数。实验结果指出猪肝脏的内部结构对其外在的力学响应在不同维度下有着不同程度的影响,但都呈现出一定的横观各向同性特征。求解软组织的稳定松弛应力,在三个维度上分别用三种不同的本构模型方程来表征猪肝脏的压缩力学特性。为了解决软组织物理建模时非线性求解问题,对基本遗传算法进行了自适应改进,该方法有着良好的寻优和收敛能力,验证可行性并将其用于软组织二维本构模型的参数反演;基于COMSOL和数值分析软件编写了联合参数反演方法程序,该方法兼顾寻优能力并能搭建出更贴近现实的仿真环境,验证该方法的有效性并将其用于软组织三维本构模型的参数反演中,两个方法各有利弊,需要根据具体要求进行选择。