Застосування тривимірних цифрових технологій для відображення будови серця

Abstract

Вступ. Із-за багатокомпонентної об’ємної будови серця, повноцінно відобразити цей орган традиційними рисунками є складним завданням. Тому для зображення анатомії серця виникла необхідність у застосуванні тривимірних моделей, відповідні цифрові технології для яких стали доступними в останні десятиліття. Матеріал і методи. З бази MEDLINE відібрано статті, які відображають ключові етапи виникнення тривимірних цифрових технологій візуалізація анатомії серця і області їх медичного впровадження. Результати. Тривимірні реконструкції серця створюють методом сегментації з результатів променевих обстежень (комп’ютерна томографія, магнітно-резонансна томографія, ультразвукова діагностика). Створені моделі відтворюють анатомію серцево-судинної системи in vivo. Цифрові моделі володіють інтерактивністю, дозволяють досліджувати зовнішню форму та внутрішню будову. Зображення можна переглянути на екрані комп’ютера або стереоскопічно, користуючись гарнітурою віртуальної реальності та смарт-окулярами, моделі можна повернути під будь-яким кутом, “зануритись” в них чи розділити на частини. Над реконструкціями можна проводити повторні маніпуляції, що неможливі зі справжніми органами (віртуальний розтин). Нові засоби знайшли застосування в навчанні і викладанні анатомії, фундаментальних дослідженнях будови нормального і патологічно зміненого серця, вони доповнюють діагностичні кардіологічні звіти, використовуються при плануванні або виконанні ендоваскулярних та хірургічних втручань. Цифрові моделі можуть бути імпортовані в пристрої змішаної реальності і в такий спосіб використовуватись для навігації під час хірургічних та ендоваскулярних втручань. Висновки. Нові тривимірні технології здійснили поступ у навчанні, викладанні, науковому вивченні анатомії серця, а також діагностиці та лікуванні широкого спектру захворювань серцевосудинної системи. Цифрові зображення, на відміну від традиційних рисунків, є інтерактивними, при цьому їх можна переглядати як на комп’ютері, так і пристроями розширеної реальності. Застосування нових засобів відображення серця поглиблює розуміння фундаментальної анатомії, полегшує її вивчення, робить діагностичні висновки більш показовими, сприяє точнішому виконанню втручань. Позитивні результати впровадження цих технологій обґрунтовують і обумовлюють їх подальше поширення.

Material and methods. Manuscripts reflecting the key stages of the emergence of three-dimensional digital technologies for heart anatomy visualization and fields of their medical implementation were selected from the MEDLINE database. Results. The segmentation method creates three-dimensional reconstructions of the heart from the results of radiological examinations (computed tomography, magnetic resonance imaging, ultrasound diagnostics). The created models reproduce the anatomy of the cardiovascular system in vivo. Digital models are interactive and allow users to explore the external form and internal structure. The images can be viewed on a computer screen or stereoscopically using a virtual reality headset and smart glasses; the models can be rotated at any angle, “immersed” into or divided into parts. Repeated manipulations that are impossible with real organs can be performed on the reconstructions (virtual autopsy). The new tools are used in education and teaching anatomy, fundamental research of the structure of the normal and diseased heart, supplement diagnostic cardiology reports and are used in planning or performing endovascular and surgical interventions. Digital models can be imported into mixed reality devices and thus used for navigation during surgical and endovascular interventions. Conclusion. Novel three-dimensional technologies have made progress in education, teaching, and scientific study of heart anatomy, as well as the diagnosis and treatment of a wide range of diseases of the cardiovascular system. Digital images, unlike traditional drawings, are interactive and can be viewed both on a computer and with extended reality devices. Using the novel heart imaging modalities deepens the understanding of the fundamental anatomy, facilitates primary education, makes the diagnostic conclusions more descriptive, and contributes to the more accurate performance of interventions. The positive results of implementing these technologies justify and stipulate their further utilization.

Introduction. It is difficult to display the heart structure with traditional drawings due to its complex three-dimensional structure. Therefore, to depict the heart anatomy, it became necessary to use three-dimensional models, and appropriate digital technologies for the latter became available in recent decades. Material and methods. Manuscripts reflecting the key stages of the emergence of three-dimensional digital technologies for heart anatomy visualization and fields of their medical implementation were selected from the MEDLINE database. Results. Three-dimensional reconstructions of the heart are created by the segmentation method from the results of radiological examinations (computed tomography, magnetic resonance imaging, ultrasound diagnostics). The created models reproduce the anatomy of the cardiovascular system in vivo. Digital models are interactive and allow the user to explore the external form and internal structure. The images can be viewed on a computer screen or stereoscopically using a virtual reality headset and smart glasses. The models can be rotated at any angle, “immersed” into, or divided into parts. Repeated manipulations that are impossible with real organs can be performed on the reconstructions (virtual autopsy). The new tools are used in education and teaching anatomy, fundamental research of the structure of the normal and diseased heart, supplement diagnostic cardiology reports, and are used in planning or performing endovascular and surgical interventions. Digital models can be imported into mixed reality devices and thus used for navigation during surgical and endovascular interventions. Conclusion. Novel three-dimensional technologies have made progress in education, teaching, scientific study of heart anatomy, as well as diagnosis and treatment of a wide range of diseases of the cardiovascular system. Digital images, as opposed to traditional drawings, are interactive and can be viewed both on a computer and with extended reality devices. The use of novel heart imaging modalities deepens the understanding of the fundamental anatomy, facilitates basic education, makes the diagnostic conclusions more descriptive, and contributes to the more accurate performance of interventions. The positive results of the implementation of these technologies justify and stipulate their further utilization.