虚拟手术系统作为计算机仿真技术在医学领域的主要应用,能够在无需活体组织的环境下,实现手术规划和手术培训,进而降低手术培训成本、提高手术成功率。人体组织的生物力学建模及仿真是虚拟手术系统的基本组成部分,皮下脂肪组织作为重要的人体软组织,其生物力学建模及快速仿真方法研究是当今虚拟手术工作中急需解决的问题。本研究主要针对皮下脂肪组织的生物力学建模与解算方法进行研究。首先根据人体皮下脂肪组织的解剖学结构及其生物力学特性,将皮下脂肪组织近似为不可压缩的非线性超弹性体,建立皮下脂肪组织的生物力学模型。其次,基于有限元理论,针对皮下脂肪组织的受力形变进行仿真计算。在非线性有限元计算过程中,结合形变的主不变量与Green应变之间的关系解决材料非线性问题;将应变张量分为线性和非线性两个部分,利用T.L.法分步进行模型的求解,解决几何非线性问题。最后,考虑到皮下脂肪组织的生物力学特性兼顾有限元计算的准确性与高效性,重点研究皮下脂肪组织形变计算中改进的线性、非线性混合计算方法,在Visual Studio环境下实现,并对皮下脂肪组织形变仿真结果的准确性及效率进行验证分析。本文在研究皮下脂肪组织的生物力学特性基础上,确定其生物力学模型。在Visual Studio环境下编译出一套独立的人体皮下脂肪组织快速有限元分析程序。将线性有限元计算融入非线性有限元计算中,采用合适的数学方法求解大型方程组系统,这些优化使仿真在计算精度和计算时间上达到了良好的平衡,提升了算法的计算效率。通过对人体皮下脂肪组织的受力形变计算结果进行验证,结果表明:该程序能够满足虚拟手术系统中人体皮下脂肪组织生物力学建模及其计算模块的要求,同时也为人体其他组织的建模与计算方法研究提供了参考。