癌症是危害人体健康的第一大杀手,诊断癌症的主要方法是细胞病理学检查,而穿刺活检法则是细胞病理学诊断的首选方法。穿刺活检法就是利用空心穿刺针刺入病人体内,通过空心穿刺针切下软组织样本并留在空心针内随之取出,具有诸多优点,比如花费低、创伤小、并发症少和愈合较快等。但是,在实际的穿刺取样中,穿刺活检也出现了取样精度低和取样效率低的缺点,需要多次取样才能完成穿刺活检。随着计算机技术的发展与进步,虚拟显示技术与仿真相结合,能够很大程度的解决这个问题。外科医生通过虚拟现实技术可以极大提高手术成功率。由此可见,随着技术的发展,将穿刺仿真引入到微创手术中,能够有效提高穿刺手术的精确度和成功率,降低了术中患者的疼痛感,加快了患者的康复进程。本文通过对肌肉组织柔性针穿刺过程的有限元仿真进行研究,目的是建立适用于穿刺手术精确的仿真模型,并通过优化穿刺进程中的穿刺参数,为虚拟手术的发展奠定有力的仿真基础。首先,针对有限元仿真建模以及材料属性定义的问题,选择最优的肌肉组织本构方程并确定其参数。超弹性模型存在很多种,本文在众多模型中选择了较为典型的的超弹性本构(主要是基于拉伸量模型和不变量模型)进行了比较;利用万能试验机,选取猪肉的肌肉组织,进行了拉断实验、压缩实验和应力松弛实验,并且通过实验数据对超弹性以及粘弹性本构方程进行参数拟合,得到适用于肌肉组织的最优本构方程及其参数,为穿刺仿真软组织的材料属性定义奠定基础。其次,为提高穿刺活检的取样精度,开展肌肉组织穿刺柔性针变形的仿真研究。建立二维柔性针穿刺有限元模型,并进行模型准确性实验验证。搭建穿刺实验平台,对同一穿刺速度下不同穿刺针直径仿真模型与实验对比,验证所提出的穿刺仿真方法的正确性。并且进行不同穿刺参数下的柔性针变形情况、应力云图以及仿真形貌结果的比较分析,以达到合理规划穿刺进针路径的目的,提高穿刺精度。结果表明,穿刺针的直径、穿刺速度、旋转角度和穿刺深度对柔性针的变形具有显著影响。在进行穿刺时,在组织内部想得到较大的穿刺针变形路径可采用较小的穿刺针直径、较小的穿刺速度以及施加一定的旋转角度。最后,针对穿刺活检时的组织变形问题,提出一种在仿真过程中定义肌肉组织材料断裂特性的方法,采用双线型内聚力模型来仿真肌肉组织与穿刺针在接触时的断裂情况,建立三维穿刺有限元模型对肌肉组织的变形进行分析。根据实际穿刺针与肌肉组织形状定义三维穿刺有限元模型,设置双线型内聚力断裂准则和合理的网格划分等,进行不同穿刺直径、穿刺深度以及穿刺速度下的肌肉组织穿刺仿真,以及对不同参数情况下的应力云图和反作用力比较分析。根据仿真结果得出,在一定范围内,选择较小的穿刺针直径和较大的穿刺速度,能够有效的控制在穿刺活检手术时软组织变形,以达到有利于伤口愈合和减轻疼痛的目的。