Né au Minnesota, le Dr Lillehei a obtenu son doctorat en chirurgie à l’université de sa ville natale, en 1951.

À cette époque, le monde médical est toujours à la recherche d’une technique permettant de faire une chirurgie à cœur ouvert, tout en assurant aux organes vitaux de recevoir l'oxygène.

L’arrêt de la circulation en hypothermie ne laisse que quelques minutes aux chirurgiens pour pratiquer l’opération. Ce court laps de temps ne permet toutefois pas de faire des chirurgies plus complexes. Le Dr Lillehei formera un groupe pour tenter de résoudre ce problème.

L’idée de départ est nourrie par le fait qu’un fœtus reçoit l’oxygène de la circulation de sa mère. La fonction pulmonaire est alors contournée; en effet, tous les échanges se font au niveau du placenta. 

Le placenta, attaché à l'utérus, est une structure hautement vascularisée. Un cordon de veines et d’une artère en ressort pour collecter le gaz carbonique (CO2) et oxygéner le sang du fœtus.

Ce qui marche dans l’utérus devrait bien fonctionner en dehors de celui-ci!

On en vient donc à l’idée de connecter un enfant atteint d'une malformation cardiaque congénitale à sa mère ou à son père pendant que le chirurgien pratique l’intervention chirurgicale.

Le groupe achète donc des tubes en plastique ainsi qu’une pompe qui fonctionne par compression circulaire. Une roulette tourne et compresse le tube rempli de sang dans un mouvement circulaire à vitesse ajustable afin de pousser le sang vers l’avant. De cette façon, il n’y a pas de contact avec le sang et les tubes sont jetés après usage.

Ils expérimentent l’appareil avec deux chiens : un donneur et l’autre receveur. Les chiens sont endormis et la pompe est mise en fonction pour une durée de 30 minutes.

Tout le sang qui arrive au cœur du donneur est dès lors dévié vers une veine du receveur. Le cœur du donneur arrête, la chirurgie cardiaque est possible à ce moment-ci. Le sang oxygéné du receveur retourne par une artère du receveur vers le « patient » qu’ils opèrent. Au réveil, les deux chiens se portent bien, l’intervention est qualifiée de réussite!

L’expérimentation ira plus loin. Ils créent un modèle de réparation cardiaque. Un trou entre les deux ventricules est pratiqué chez un chien. Le chien donneur est installé. La pompe connecte les deux chiens et la réparation du trou est exécutée en 24 minutes. Encore une fois, l’expérience s’est bien passée.

En mars 1954, Dr Lillehei compte effectuer la première réparation du septum interventriculaire.

Gregory Gitten, 2 ans à peine, est prévu pour la fermeture de cette communication. La controverse éclate cependant. Un débat sur l’éthique est lancé. Cette technique compromet la vie de deux personnes. Les risques de mortalité peuvent être de 200%.

Dr Lillehei trouve les appuis nécessaires pour que l’hôpital accepte que la chirurgie soit pratiquée. La chirurgie se passe donc telle que prévue. La communication interventriculaire (CIV) est réparée et le jeune patient se porte bien, de même que sa mère receveuse.

La suite de l’opération elle, ne va pas aussi bien. Gregory sera emporté par une pneumonie deux semaines après l’intervention.

Par après, un autre couple de parents demande consultation au Dr Lillehei. Annie Brown, 4 ans est porteuse de cette anomalie congénitale, de sorte qu’à chaque contraction de son cœur, une partie du sang traverse dans le ventricule droit et retourne aux poumons. Cela crée une surcharge en volume dans la circulation pulmonaire avec des effets catastrophiques à court ou à moyen terme, selon la grosseur du trou.

Annie Brown est destinée à une très courte vie. Elle est hospitalisée à de multiples reprises pour des pneumonies. Une compatibilité sanguine est présente uniquement avec le père, qui est désigné personne donneuse. L’opération a lieu après avoir d'abord été reportée à cause d'une pneumonie.

L’intervention débute et le cœur est ouvert, permettant l’accès au trou et ainsi de le ferme dans le septum des ventricules. À la fermeture du cœur, celui-ci reprendra sa contraction, mais de façon trop lente. Un trouble de conduction électrique auriculo-ventriculaire survient. Un coincement du passage électrique par la suture serait possiblement la cause.

Le cardiostimulateur cardiaque (notamment appelé pacemaker) n’existe pas à ce moment. Le passage électrique reprend spontanément, après 90 longues secondes.

Le père et Annie se réveillent sans problème apparent. Les suites de l’opération sont sans événement et Annie quitte pour la maison par la suite.

Au cours des 9 semaines suivantes, 7 patients sont opérés en utilisant cette méthode. De ces patients, 6 sont décédés et un receveur a fait un accident vasculaire cérébral (AVC) causé par une bulle d’air au cerveau.

Malgré toutes ces embûches, il corrigera la première tétralogie de Fallot, une maladie congénitale complexe. La « circulation croisée » est retirée. Une autre façon de faire devra être trouvée.

Le Dr Lillehel est décédé le 5 juillet 1999 à l’âge de 80 ans.