在众多外科学之中,神经外科是最难掌握的学科之一。神经外科手术的实施需要医生具备较高的理论掌握程度、较熟练的手术操作水平以及强大的心理抗压能力。然而,神经外科手术涉及到颅脑等特殊部位,缺少适用的手术模拟模型,因而局限于传统教学。传统教学由于不够直观、难以提供实践机会等缺陷导致学员学习曲线增长缓慢。随着医疗教育行业的进步,用于解决教学资源匮乏问题的培训手段开始出现并不断丰富完善。虚拟现实技术与力反馈技术因其提供的沉浸式体验、使用安全性与可重复性使其在神经外科手术培训中的应用成为一种趋势。对于神经外科手术而言,其虚拟手术培训系统的开发重点在于直观真实的三维颅脑解剖以及真实的手术操作模拟,而现有的神经外科虚拟手术培训系统或缺少颅脑解剖培训、或缺少力反馈;具有力反馈的系统多局限于单一状态的力反馈实现、计算模型参数的选取缺乏理论依据。另一方面,现有的虚拟手术培训系统因高昂的成本限制了其大规模推广的可能性,加重了医疗教育资源分布不均的问题。针对现有问题,论文主要研究内容包括以下三点:首先,提出形变物理模型所需参数的转化公式。基于人体软组织的生物力学特性假说与虚拟手术培训系统需求,选用质点弹簧模型构建软组织形变物理模型,利用提出的转化公式将软组织的杨氏模量与耗能模量转化为形变模型的弹性系数与阻尼比,使物理模型参数的选取有理可循。其次,提出具有层次感的穿刺力反馈计算模型。基于软组织生物力学特性假说,分析穿刺过程中软组织与手术器械间的交互情况,将软组织作用力总结分类为三种,基于此三种作用力设计计算参数。将三种作用力根据手术器械与软组织的交互状态以及软组织形变程度进行组合设计,得出穿刺力反馈计算模型,以便将其应用于侧脑室穿刺术中,使穿刺过程的力反馈模拟更接近真实穿刺。最后,根据神经外科手术的培训需求,结合虚拟现实设备与力反馈设备构建神经外科虚拟手术培训系统,并开发了解剖学习模块与手术操作模块。在解剖学习模块提供颅脑解剖学习模块与CT三维认知模块;在手术操作模块中实现侧脑室穿刺手术全过程模拟,并设计实验验证了力反馈模拟的真实性与层次感、系统虚实对应的准确性和系统提升手术技能的有效性。