通过对大量学者关于关节骨和关节软骨生物力学模型研究的分析,总结各种模型的优势与缺陷,结合虚拟手术系统的特点,建立符合虚拟髋关节手术系统要求的合理关节骨及关节软骨的生物力学模型。关节骨的生物力学模型是基于图像CT值与对象材料的表观密度之间的线性关系来实现对骨骼材料的非均匀分布特性的模拟,同时引入有限元法中的各向异性弹性体的本构关系来实现骨骼材料各向异性的模拟。在模型的验证过程中通过MATLAB对三维有限元体网格进行读入,将赋予本文力学模型后的有限元模拟结果与体外生物力学实验结果进行对比说明模型的可用性。关节软骨的生物力学模型是基于复合材料理论中的复合圆柱体思想建立的,根据Hill等人的研究成果推导出与组成材料(胶原纤维和蛋白多糖基质)特性及微观结构信息相关的基础结构单元有效刚度,并利用粘弹性本构关系对纤维相有效刚度内的材料特性参数进行替换,从而得到与时间相关的,基于可由微创手段得到的微观结构信息的关节软骨生物力学模型。对模型的有效性验证过程做出了合理的设计并对具体步骤进行了具体解释。对比实验中的结果虽然有较大差异,但在各项误差不可避免的情况下可以认为模型是可用的。