Three-Dimensional Presentation of Cardiac Morphology

Summary

The results of a research project aiming to visualize cardiac anatomy in a 3-dimensional form for surgical planning are presented. Based on electronic data processing within a local area network environment, serial slices of CT- and MRI-machines were used to construct a 3-dimensional data cube that was illuminated by calculated sources of light. Light rays were traced through the entire “data volume”. Mathematically following each pathway of light through the space, the intensity of changes along this path were calculated. The results of applying this “Heidelberg Ray-tracing Technique” to cardiac anatomy are 3-dimensional “computer movies” that appear on any workstation within a computer network. Using special software, the surgeon can “walk” in any direction through the heart or he can break it into two or more parts in order to analyze regions of interest in detail. Even small structures such as papillary muscles, bifurcations, coronary arteries and cusps of cardiac valves become visible. This new technique may enable the surgeon to open the heart prior to surgery on the computer monitor working with a visualized model that corresponds to the visual experience of his daily intraoperative practice.

Zusammenfassung

Ergebnisse eines Pilotprojektes zur dreidimensionalen Darstellung kardialer Anatomie für die Operationsplanung werden dargestellt. Unter Nutzung eines Rechnernetzwerkes wurde das Datenrohmaterial serieller Schnitte von CT- oder MRI-Geräten benutzt, um einen dreidimensionalen “Datenwürfel” zu erreichen, der dann von berechneten Lichtquellen beleuchtet wird. Der Gang des Lichtes unter Berücksichtigung von Reflexion, Emission und Absorption durch den Datenwürfel wird berechnet. Das Ergebnis der Anwendung dieser sogenannten “Heidelberg-Raytracing-Technik” sind dreidimensionale “Computer-Filme”, die auf allen Arbeitsstationen im Rechnernetz verfügbar sind. Unter Nutzung spezieller Software kann sich der Chirurg in allen gewünschten Richtungen innerhalb des Herzens bewegen und es in zwei oder mehrere Stücke aufbrechen, um Regionen seines Interesses im Detail zu studieren. Selbst kleine Strukturen wie Papillarmuskeln, Bifurkation, Sehnenfäden und Klappensegel werden sichtbar gemacht. Diese neue Technik gestattet es dem Herzchirurgen, das Herz bereits vor dem chirurgischen Eingriff am Computermonitor zu öffnen und an einem Modell, das seinen optischen Sehgewohnheiten entspricht, Operationsstrategien zu entwickeln.

Key words

Cardiac surgery - 3D visualisation - Electronic data processing