斜尖柔性针利用其不对称的针尖与组织间的相互作用,可以在穿刺组织的过程中产生曲线轨迹以避开重要器官,但是柔性针存在矫正穿刺路径能力差和控制精度低的问题。因此本文针对采用一种套管柔性针来替代传统的斜尖柔性针进行穿刺手术的方案,对套管柔性针的运动学建模和路径规划问题进行深入研究。首先,建立了套管柔性针的运动学模型。根据套管柔性针的运动原理对其进行了运动学建模,通过对其弯曲特性进行理论分析,确定了影响套管柔性针穿刺软组织产生弯曲变形的参数,并进行了实验验证;在对不同套管柔性针的路径形式进行详细分析的基础上,确定了最佳路径形式。其次,基于套管柔性针的运动学模型,提出了一种基于目标导引策略的改进的快速探索随机树(RRT)算法。通过对基本RRT算法的特点进行分析,在其基础上嵌入套管柔性针的运动模型和目标导引策略,使搜索出的轨迹满足其运动学约束并提高了路径搜索效率,同时利用路径的最优准则策略搜索出最佳路径,克服了RRT算法搜索路径非最优的弊端。再次,利用改进的RRT算法进行了多目标点和多层组织的路径规划。在入针区域中优化入针点,提出了单入针点到多目标点的穿刺方案,并进行了路径规划;考虑到人体多层组织的情况,进行了多入针点到多目标点穿刺的路径规划。最后,进行了模拟人体组织的穿刺实验。制备了套管柔性针和仿生组织材料,并进行了穿刺实验。将实验结果与规划的路径进行对比,并进行了误差分析,验证了路径规划方法的可行性。本文针对套管柔性针穿刺多层组织问题开展研究,建立了套管柔性针的运动学模型,给出了基于目标导引策略改进的RRT算法的路径规划方法,并通过穿刺实验验证了改进RRT算法的可行性,为套管柔性针经皮穿刺的实际应用提供了理论基础。