心脑血管疾病的发病率和死亡率逐年增高,已成为危害人类健康的主要杀手。而血管介入手术是其主要的诊疗手段,因此提高临床介入医生的手术水平是整体提高心脑血管疾病诊疗水平的重要一环。随着虚拟仿真技术的革新,虚拟血管介入手术训练系统已经成为培训医生的一种有效的办法,有着低成本、无损伤性、可重复性和可指定性的巨大优势。虚拟血管介入手术系统关键在于仿真的实时性与精确度,而传统的物理建模手术训练系统缺少血管弹性特性,也没有对导管导丝介入后,血管内壁的穿刺力学行为进行深入研究。针对现有问题,本文的主要研究内容包括以下三点:第一,基于真实血管的物理实验参数获取。由于血管具有较复杂的物理特性,为了得到精确的血管的弹性模量,设计了真实血管轴向拉伸实验,应用最小二乘法拟合血管发生微小形变下的应力-应变曲线,求出血管的弹性模量值。第二,对不同角度穿刺下血管壁的力学行为进行研究,发现了规律,提出了一个新的数学模型。本文对真实猪心血管进行大量实验,分别对探针以15°、30°、45°、60°、90°穿刺血管内壁时获得的力学行为进行数据整理分析,得出了不同角度穿刺下的近似线性模型,为血管介入手术系统的建立提供了数据基础。第三,建立了一个基于质点-弹簧系统的血管物理模型。通过用真实血管测得的弹性模量,本文提出了一个等效模型,得到了真实血管的弹性模量E与质点-弹簧系统中弹性系数k的关系,创建了一套提高交互实时性的复杂血管组织物理模型。实验仿真部分用血管的有限元模型对不同角度穿刺下真实血管壁的力学行为进行仿真,发现当探针穿刺血管内壁使血管局部发生微小形变时,力学的特性分析结果和各向同性建模仿真的受力形变结果相似,可以近似的用直线来拟合,而且趋势都是随着角度的增加,弹性系数减小,精确度基本符合虚拟手术要求,在允许误差范围内。并通过有限元仿真去对比质点-弹簧模型仿真,验证了本文提出的模型在保证实时性的前提下,提高了仿真精度。