Mapping of the electrical activity of human atria. Multiscale modelling and simulations

Abstract

La fibrilacion auricular es una de las arritmias cardiacas mas comunes observadas en la practica clinica. Por lo tanto, es de vital importancia desarrollar nuevas tecnologias destinadas a diagnosticar y acabar con este tipo de arritmia, para mejorar la calidad de vida de los pacientes y reducir los costes de los sistemas nacionales de salud. En los ultimos anos ha aumentado el uso de las nuevas tecnicas de mapeo auricular, basadas en sistemas multi-electrodo para mapear la actividad electrica en humanos. Dichas tecnicas permiten localizar y ablacionar los impulsores de la fibrilacion auricular, como son las fuentes focales o los rotores. Sin embargo, todavia existe incertidumbre sobre su precision y los procedimientos experimentales para su analisis estan limitados debido a su caracter invasivo. Por lo tanto, las simulaciones computacionales son una herramienta muy util para superar estas limitaciones, al permitir reproducir con fidelidad las observaciones experimentales, dividir el problema bajo estudio en sub-estudios mas simples, y realizar investigaciones preliminares imposibles de llevar a cabo en el practica clinica. Esta tesis doctoral se centra en el analisis de la precision de los sistemas de mapeo multi-electrodo a traves de modelos y simulaciones computacionales. Para ello, desarrollamos modelos realistas multi-escala con el objetivo de simular actividad electrica auricular reentrante, en primer lugar en una lamina de tejido auricular, y en segundo lugar en las auriculas completas. Posteriormente, analizamos los efectos de las configuraciones geometricas multi-electrodo en la precision de la localizacion de los rotores, mediante el uso de agrupaciones multi-electrodo con distancias inter-electrodo equidistantes, asi como a traves de cateteres de tipo basket con distancias inter-electrodo no equidistantes. Despues de calcular los electrogramas unipolares intracavitarios, realizamos mapas de fase, detecciones de singularidad de fase para rastrear los rotores, y mapas de frecuencia dominantes. Finalmente, descubrimos que la precision de los sistemas de mapeo multi-electrodo depende de su posicion dentro de la cavidad auricular, de la distancia entre los electrodos y el tejido, de la distancia inter-electrodo, y de la contribucion de las fuentes de campo lejano. Ademas, como consecuencia de estos factores que pueden afectar a la precision de los sistemas de mapeo multi-electrodo, observamos la aparicion de rotores falsos que podrian contribuir al fracaso de los procesos de ablacion de la fibrilacion auricular.; Atrial fibrillation is one of the most common cardiac arrhythmias seen in clinical practice. Therefore, it is of vital importance to develop new technologies aimed at diagnosing and terminating this kind of arrhythmia, to improve the quality of life of patients and to reduce costs to national health systems. In the last years, new atrial mapping techniques based on multi-electrode systems are increasingly being used to map the atrial electrical activity in humans and localise and target atrial…