随着现代医疗技术的发展,微创穿刺手术被广泛应用于临床实践中,作为微创穿刺手术的必备工具,活检针在组织取样、局部近距离放射性治疗和机器人辅助穿刺技术等临床治疗中都起到了重要作用。然而在活检针的穿刺过程中,由于缺少对针尖切削外形的分析和穿刺力学模型研究,造成活检针对目标组织的定位不准确,最终导致临床手术的成功率大大降低。因此深入分析活检针尖的几何外形,并建立准确有效的穿刺力学模型成为当前研究的重点课题。本文首先对活检针的外形进行几何建模分析,推导得出针尖切削参数的数学表达式,探讨了不同活检针的倾斜角和刀前角随切削刃的分布变化特点,进而揭示了针尖切削参数对活检针切削性能的影响规律。通过对活检针与组织的穿刺作用特点进行分析,将组织穿刺过程分为组织接触变形阶段和组织断裂阶段,为了研究组织接触变形阶段中活检针的受力特点,建立活检针的接触力学模型,推导得出活检针的接触受力表达式,揭示了活检针的接触受力随组织剪切模量,针形的倾斜角和平面数的变化特点,综合多方面因素对针尖切削参数进行优化;同时研究了组织断裂阶段中活检针沿穿刺方向的受力问题,将活检针的穿刺力分为摩擦力、切割力和挤压力,并对各个分力进行建模分析;根据能量守恒定律对组织断裂过程中活检针的切削效率进行分析。最后,利用穿刺实验平台对试验硅胶组织进行穿刺实验分析,通过提取组织接触阶段活检针的受力数据,对接触理论模型进行验证分析;利用实验数据拟合得到活检针单位面积挤压力的数学表达式,通过对比分析验证了组织断裂阶段穿刺力模型的可行性。本研究深入探讨了活检针的几何外形特点,并对穿刺过程中活检针的穿刺力进行建模分析,为临床诊治过程中针尖切削性能的改善与目标组织的准确定位提供了理论依据;文中对多平面对称针进行接触受力分析,扩展了多平面对称体的接触分析理论。该研究对于组织与活检针穿刺机理的分析具有重要的的参考价值。