Dreidimensionale Darstellung der Herzklappeninsuffizienzen beim Pferd: ein Lehrmedium

Abstract

In der vorliegenden Dissertation wurde ein Lehrmedium für Studenten der Tiermedizin sowie für Tierärzte erstellt. Es befasst sich mit kardiologischen Inhalten, genauer mit der Betrachtung von Herzklappeninsuffizienzen beim Pferd. Die Kardiologie ist ein wesentlicher Teil der beruflichen Tätigkeit des Tierarztes und ist eine wichtige Grundlage für die Allgemeinuntersuchung. Die Methoden in der herkömmlichen Ausbildung zum Tierarzt sind verbesserungswürdig. Dies gilt auch für die sonografische Kardiologie. Hier fehlt es bislang an grafischen Hilfen und medialer Unterstützung beim Erwerb der medizinischen Fachkompetenz. Visuelle Lehrmedien sind erforderlich, um die Grundlagen der Untersuchung von Herzproblemen zu verstehen und sie zu verinnerlichen. Die dreidimensionale Betrachtung der Herzklappenbewegungen macht es deutlich einfacher, Störungen am Herzen wahrzunehmen und richtig zu bewerten. Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist es, eine bislang existierende Lücke zwischen der Berufslebenserfahrung und dem tiermedizinischen Studium zu schließen. Dies erfolgt durch eine innovative 3D- Visualisierungsmethode und ihrer Implementierung in ein E-Learning-System. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde ein virtuelles 3D-Herzmodell kreiert. Die Herzklappen und die Blutflusspartikel wurden separat entwickelt, um unterschiedliche Blickwinkel auf das Pferdeherz zu ermöglichen. Um den Blutfluss zu simulieren und Undichtigkeiten der Herzklappen aufzuzeigen, wurde eine Blutpartikel-Animation entwickelt. Die Herzklappen sind so modelliert worden, dass Funktionalität präzisiert und gut beobachtet werden kann. Die Kombination aus Herzklappen- und Partikel-Animation simuliert die Herzklappenprobleme akkurat. Um pathologische mit physiologischen Herzklappenfunktionen vergleichen zu können, wurden physiologische Herzklappenfunktionen an einem virtuellen 3D-Herzmodell dargestellt. Die Echokardiographie ist eine verlässliche und gut etablierte Ultraschall- Technologie, die heute zum Standard in der tiermedizinischen Kardiologie geworden ist. Um die Echokardiographie als vertrauenswürdiges Instrument zur Diagnose und Prognose verwenden zu können, ist eine Erkennung der kardialen Strukturen, Funktionen und physiologischen Abläufe nötig. In dem konstruierten System werden 3D-Animationen und 2DUltraschallsequenzen parallel dargestellt. Die 3D-Animationen stellen die Ultraschallsequenzen mit alternativen Blickwinkeln dar und sind synchron mit diesen abgestimmt. Diese Abläufe ermöglichen es dem Betrachter, die 3DUmgebung des 2D-Ultraschallbildes zu verstehen. Die Benutzeroberfläche (das Interface) lässt die Darstellungsgröße und Geschwindigkeit der Videosequenzen kontrollieren. An der unteren linken Ecke ist ein Positionsfenster platziert. Es zeigt die Position des Schallkopfes. Die Benutzeroberfläche besitzt zusätzlich ein Textfenster. Dieses erhält relevante Literatur und zugehörige Quellen und lässt sich durch einen virtuellen Knopf verschieben. Dadurch können alle wichtigen Textdateien betrachtet werden, ohne das Animationsfenster zu verlassen. Eine Aufgabenleiste erlaubt ein unkompliziertes Wechseln zwischen den verschiedenen Inhalten. Alle Herzklappeninsuffizienzen und zugehörige pathologische Blutflüsse sind eingefügt worden, um eine solide Wissensbasis zu schaffen.

This Dissertation contains an educational medium which was created for veterinary students and veterinarians alike. It deals with cardiologic content for a more precise observation of the heart valve insufficiencies of the Horse. Cardiology is an essential part of the veterinary profession and a crucial part of the overall check-up. The traditional educational methods are in need of improvement. This also applies to sonographic cardiology. The support of multimedia content is still missing while obtaining field competence. Visual educational media is necessary to learn and understand the fundamentals of cardiological examination and heart diseases. The three- dimensional observation allow a better observation and evaluation of the functions and disorders of the heart valves. This ensues through an innovative 3D-visualisation implemented in an E-Learning environment. The goal of this dissertation is to fill the gap between the veterinary education and the professional experience. To reach this goal, a virtual heart model was designed. The heart valves and blood flow animation was added, to allow different observation perspectives of the equine heart. A particle animation method was used to demonstrate blood flow and simulate heart valve insufficiencies. The heart valves where modelled with high detail for precise observation. The combination of the heart valve models and the particle animation are accurate simulations of the heart valve disorders. A physiological 3D-model was also added to allow comparison between the pathological and physiological valve movements. Echocardiography is an undeniable, reliable and well established technology and is a standard instrument in today’s veterinary cardiology. To use Echocardiography as a trustworthy instrument. It is necessary to understand the cardiac structures, functions and physiology. In this system, ultrasound sequences are displayed parallel to 3D animation and pictures. The 3D animations show alternative perspectives and are synchronizid to the ultrasound sequences. The third dimension helps to understand the two-dimensional ultrasound view. The user interface allows changes in video speed. On the lower left corner is a scalable picture of the probe's position. The user interface contains a text box. This allows the viewer to read necessary literature without leaving the video page. The sources are added to promote further reading. The most common heart valve insufficiencies and their blood flow disorders where animated to offer the necessary fundamental knowledge.