穿刺针作为活检和近距离放射治疗的最主要工具，对活检组织取样、放射粒子精确种植和机器人辅助穿刺等临床手段的实现具有决定性作用。但是目前针对穿刺针几何外形的设计及穿刺性能的研究尚未形成成熟的理论体系。因此，深入分析穿刺针的几何外形特征和穿刺针与软组织间相互作用力，建立穿刺针几何模型和力学模型具有重要意义。　　首先以典型的单斜面穿刺针为例建立针尖的几何模型和针尖切削刃的数学模型。将针尖切削刃切削角度（刃倾角和刀前角）作为衡量切削性能的判定指标，阐明了其物理意义并建立了数学模型，得到其沿切削刃的分布规律。采用了“旋转穿刺”方式提高穿刺针的切削性能，并以单斜面穿刺针为例，从切削角度方面分析了其切削性能优势。分析了旋转穿刺针切削性能与其旋转运动的关系，并由此进行穿刺针型优化，设计了“圆柱螺线针”。详细分析了穿刺针与软组织间的相互作用力，将作用力分为：弹性抗力、摩擦力、挤压力和断裂力。从能量角度定义了断裂力，并将其作为衡量穿刺性能的重要指标。分析了穿刺过程中穿刺针的受力情况，并建立了力学模型，深入探讨了穿刺针切削角度与力学性能的关系，为穿刺针针型的设计与优化提供参考。最后，以猪肝脏组织为实验对象，针对穿刺深度、穿刺速度、穿刺针直径、针尖形状和旋转穿刺方式等穿刺参数进行实验。分析了穿刺过程中穿刺力的变化规律及影响因素，组织破裂现象与穿刺参数的关系。分离得到挤压力、摩擦力、断裂力在组织断裂阶段的变化情况及其与穿刺参数的关系。对实验曲线进行拟合，验证穿刺力及其分力理论模型的正确性。基于实验结果，进一步提出优化穿刺过程的方法。　　论文基于穿刺针的切削性能及穿刺力的变化规律，优化穿刺针针型、改进穿刺方式，为提高穿刺质量提供了重要的理论依据。