血管介入手术是目前治疗重度心脑血管疾病最为有效的方法之一,手术通过将金属导丝推送至病灶区域以实现对其有效治疗。然而,血管介入手术难度较高,且术中成像设备的X射线对医生伤害巨大。为了提高医生血管介入手术训练的技能,减轻X射线对医生身体的辐射伤害,本文构建了虚拟血管介入手术训练系统。本文对血管介入手术虚拟训练的血管与导丝的建模、碰撞检测及力反馈计算以及系统的构建进行了研究。具体工作内容如下:(1)对虚拟手术场景中血管和导丝的视觉模型建模与物理建模进行研究。针对血管光滑、弹性及不可压缩的物理特性,提出了基于张量有限元方法的血管物理模型及柔性形变计算方法,得到了较好的血管物理形变仿真效果与符合系统需求的实时性能。针对导丝的金属丝物理特性,提出了基于杆有限元的导丝物理模型及柔性形变计算方法,得到了符合导丝物理形变特性的模型,具有较好的仿真效果和实时性。(2)研究导丝和血管壁的碰撞检测方法与力反馈计算方法。在碰撞粗检测阶段将导丝与血管的图元划分为沿轴坐标的包围盒(AABB),并建立了轴向包围盒二叉树;在细检测阶段对相交的AABB包围盒内的图元进行几何相交检测,得到了较为准确的碰撞数据,具有良好的实时性。本文提出了针对导丝与血管碰撞的非线性力反馈计算方法,通过将接触点视为可移动接触的刚性小球,建立接触面积、接触面积质心与小球球心之间的非线性力学关系,得到了简单且有效的实时力反馈计算方法。(3)为遥操作方式的血管介入手术构建了一套可供医生进行手术训练的系统。该系统基于力反馈交互设备与医学图形仿真引擎,使用C++、QT实现了系统算法模块与手术训练功能。经过系统试验测试,完成了导丝介入血管的手术训练仿真过程,实现了手术虚拟训练系统的触觉力反馈与视觉反馈。最后,对本文的主要工作贡献及研究成果进行了总结,并展望了本课题未来的研究内容。