在微创手术过程中,生物组织的物理性质可通过触觉传感器进行测量,并被反馈给操作医生。这些物理性质在手术过程的整体规划与具体操作中都起到重要作用。目前,对这类医疗触觉传感器的研究仍处于初始阶段。本文以二尖瓣闭合不全经皮导管介入微创修复手术为实际背景,重点对触觉传感器设计、心脏肌肉力学性质、及传感器与心脏肌肉组织之间的接触问题展开研究。考虑到介入导管狭小的操作空间与复杂的工作环境,本文设计了一种与介入导管构型匹配的、高鲁棒性的压阻式触觉传感器。该触觉传感器的主要元件为两个半径不同的圆形压阻式力传感器和一个填充环。在原型实验中,触觉传感器与几种不同橡胶材料发生接触后,其输出可正确地反映出这些橡胶材料硬度等级,从而可对它们进行准确的识别。在心脏跳动过程中,心房所经历的变形较小,因此,可采用两种线粘弹性模型–广义Kelvin模型和分数阶粘弹性模型–来描述心房肌肉组织的力学特性。这两种模型各有其优缺点,广义Kelvin模型的物理意义明确,而分数阶粘弹性模型的应用范围更广。为得到与心房肌肉组织力学特性相关的实验数据,通过动态机械分析实验对心房肌肉组织的粘弹性特性进行测量。在此基础上,利用遗传算法辨识出广义Kelvin模型和分数阶粘弹性模型中的物质参数。通过对比实验值与理论值,发现这两种模型的预测结果均与实验数据较好地吻合。在对心室肌肉组织的力学特性进行分析时,基于连续介质力学中的不变量理论和心室肌肉组织的微观结构,提出了一类正交各向异性、超粘弹性模型。在该超粘弹性中,通过引入内部状态变量使得热力学定律得到满足。根据心室肌肉组织的简单剪切变形的实验数据,利用遗传算法辨识出超粘弹性模型中的物质参数。在此基础上,分别对心室圆桶模型和心室轴对称模型进行分析。其分析结果表明,超粘弹性模型所预测的残余应力和透壁方向的Cauchy应力均与文献中给出的结果相符;在剪切应变分析时,相对于文献中的其他模型,超粘弹性模型给出的结果与实验数据更加吻合。在分析传感器与心房肌肉组织之间的接触时,对它们之间的光滑接触问题和摩擦接触问题进行分别求解。其中,经典接触力学可以用于对光滑接触问题进行求解。首先,基于边界值问题的Papkovich–Neuber一般解,运用Combination–of–Harmonics方法得到光滑接触问题的线弹性解。然后,通过粘弹性与弹性的对应原理,把线弹性解转化为线粘弹性解。在不同的边界条件下,触觉传感器与心房肌肉组织之间的接触过程可由该粘弹性解直接进行分析。其最终分析结果表明,虽然传感器能够对心房肌肉组织的硬度信息进行测量,但是传感器输出值还与作用于其上的法向外力密切相关。对摩擦接触问题进行分析时,采用了有限元方法。在此分析过程中,提出了一种本构关系分解策略。在该分解策略中,广义Kelvin模型被分解为若干经典Kelvin模型,从而可方便地进行有限元分析。摩擦模型是影响有限元接触分析收敛性的一个重要因素,本文采用基于接触面微观结构的非关联弹塑性摩擦模型。最终的摩擦接触分析结果表明,摩擦力延迟了心房肌肉组织与小力传感器发生接触的时间,但对传感器与心房肌肉组织之间的整个接触过程产生的影响较小。在心脏跳动过程中,心室所经历的变形较大,所以通过大变形接触有限元算法对传感器与心室肌肉组织之间的接触问题进行分析。为使接触分析具有更好的鲁棒性与收敛性,采用基于dual Lagrange乘子的mortar方法建立接触问题的积分弱形式。为提高计算效率,通过拟光滑Newton计算策略对积分弱形式进行求解。传感器与心室肌肉组织之间接触的分析结果表明,心肌纤维的分布模式对传感器与心室肌肉组织之间的接触过程影响较小;而心包膜等边界约束条件对接触过程影响较大。当心室外壁完全固定时,触觉传感器可以很好地测量心室肌肉组织的硬度信息,而当心室外壁可自由运动时,触觉传感器将不能正常工作。