The HeartBeatBox

A Virtual Reality System

Bernhard Kainz
Mario Wiesinger

06.2006

Überblick

Anhand von gespeicherten Konturen segmentierter MRI-Phasenkontrast Bilder des Herzens und den daraus berechneten Vektorfeldern wurde ein System zur Visualisierung des innerkardialen Strömungsfeldes entwickelt. Die Rohdaten wurden mit Hilfe des MRI-Scanners am LKH-Graz von Herrn Dr. Reiter (Siemens AG) generiert und anschließend segmentiert. Bei den Rohdaten handelt es sich um das System linker Vorhof, Ventrikel und aortaler Ausstrom. Es wird nicht das gesamte Herz abgeckt.
Die Bilddaten wurden Schichtweise (15 Schichten) und jeweils für die Dauer eines Herzschalges aufgenommen (zeitliche Auflösung 9 Phasen). Die händisch segmentierten Konturen wurden als Eingagsdaten verwendet. Die Vektorfelder wurden ebenso erzeugt.

Bisher können vierdimensionale Vektorfelder des Blutflusses nur schichtweise in Form von längen- und farbkorierten Vektorfeldern visualisiert werden. Die HeartBeatBox ermöglicht es, mittels getracktem Eingabegerät Partikel in den segmentierten Ventrikel einströmen zu lassen. Diese veranschaulichen den Blutfluss während der Systole. Die Anwendung ist mit Hilfe einer VR-Projektionswand und einem speziellen Eingabegerät bedienbar. Dem Anwender wird der Eindruck vermittelt, er befinde sich vor einem stark vergrößerten Teilabschnittes des menschlichen Herzens.

Laborumgebung

Die Laborumgebung setzt sich aus einer Rückprojektionswand und einem Infrarot-Trackingsystem (ART), sowie der dazugehörigen Infrastruktur zusammen. Für dieses Projekts wurden die vorhandenen Möglichkeiten des Labors genutzt.

Für die realisierung der HeartBeatBox wurde folgende Software verwendet:

• Studierstube
• Coin
• OpenTracker
• Qt

Dieses Bild zeigt das verwendete Eingabegerät.

HeartBeatBox - GUI

Buttons

• Particle: Wählt die Particle-Engine zur Visualisierung aus.
• Stream-line: Wählt die Streamline-Engine zur Visualisierung aus.
• Pathline: Wählt die Pathline-Engine zur Visualisierung aus.
• Pencil-fixed: Wenn aktiv: Partikel,-lines gehen von der Pencil-Spitze aus. (exclusiv mit Point-fixed)
• Point-fixed: Wenn aktiv: Partikel,-lines gehen von definierbaren Punkten im Raum aus.
• delete particle-sources: löscht alle gestetzen Partikelquellen (falls welche gesetz wurden.)
• Quit: beendet die Applikation

Slider

• Particle Count: erhöht oder vermindert die Maximal in der Scene zu sehenden Partikel.
• Particle Init-Distribution: erhöht oder vermindert die Anzahl der Start-Partikel
• Heartbeat: Ändert den Trigger mit der die Konturen eines Zeitpunktes geändert werden.

HeartBeatBox - State-Chart

Screenshots

Diese beiden Bilder zeigen die Strömungsverhältnisse anhand von duchgehenden Linien.

Dieses Bild zeigt, wie einzelne Partikel duch das Herz fliegen.

Fotos

Nun folgen noch einige Fotos die zeigen, wie das System bediehnt wird.

Weiterentwicklung

Eine Weiterentwicklung einer solchen Visualisierung könnte für diagnostische und preoperative Bereiche durchaus interessant sein. So ist zum Beispiel die Planung einer Herzklappenoperation heutzutage nicht ohne Probleme möglich oder die prenatale Diagnose eines nicht am ECG zu erkennenden Herzfehlers nahezu unmöglich.