心脏病一直是人群中的高发病,每年进行的心脏手术非常多。相比于传统的开腔式心脏手术,微创心脏手术机器人以其疮口小,身体恢复速度快,而深受病人的青睐。但是,在进行微创心脏手术时,心脏的运动一直是影响着微创心脏手术效果的一个关键因素,它正在制约着微创心脏手术机器人的普及。所以,研究进行微创心脏手术时,病人心脏表面运动的跟踪工作成为了当务之急。本文提出了一种新的微创心脏手术中心脏运动跟踪的算法,利用心脏表面上的特征进行特征匹配,进而获得两帧图像上一些对应点的位置信息,然后结合基于B样条曲线的跟踪算法,对心脏表面的目标区域进行跟踪。相比于基于面积的跟踪方法,这种算法在不降低跟踪精度的情况下,同时保证非常高的跟踪效率。首先,提出了快速地检测并提取心脏表面的特征点的方法。同时,为了快速高效地进行特征匹配,本文应用了分层的快速进行二值化特征匹配的方法。其次,根据匹配后的对应特征点的位置信息,建立了心脏表面的稀疏运动场。利用获得的心脏表面的运动场,本文提出了一种快速稳定的基于B样条曲线运动模型的跟踪方法,可以完成对目标点的跟踪工作。同时,利用三角测量法完成了心脏表面上目标点的三维重建工作,获得心脏表面目标点的三维运动轨迹。最后,本文在心脏运动的视频上进行了大量的实验,对提出的基于B样条曲线的心脏运动跟踪算法进行了验证,获得了心脏表面上不同位置处目标点的运动轨迹,即不同时刻目标点的三维坐标信息。然后本文利用傅里叶函数对心脏运动的曲线进行了频率分析,获得了心脏运动的规律与频率特征。实验结果表明,本文提出的基于B样条曲线的心脏运动建模的方法能够快速准确地完成对心脏表面运动跟踪的问题。我们不仅利了用同一视频中的不同区域对此算法进行了实验分析,而且我们还利用了另一组视频对此算法进行了验证,都获得了非常理想的实验结果。对心脏运动的轨迹进行傅里叶变换后的结果表明,心脏的运动主要受呼吸频率和心脏频率两方面作用。