Arritmias

UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID

TESIS DOCTORAL
Estudio de los mecanismos de las arritmias
cardiacas mediante modelado y procesado
robusto digital de se˜ al
n

Autor:
Felipe Alonso Atienza
Directores:
´
Dr. Jos´ Luis Rojo Alvarez
e
Dr. Arcadi Garc´ Alberola
ıa

˜
DEPARTAMENTO DE TEOR´ DE LA SENAL Y COMUNICACIONES
IA

Legan´s, Mayo de 2008
e

TESIS DOCTORAL

Estudio delos mecanismos de las arritmias cardiacas mediante
modelado y procesado robusto digital de se˜al
n

Autor:

Felipe Alonso Atienza

Directores:

´
Dr. Jos´ Luis Rojo Alvarez
e
Dr. Arcadi Garc´ Alberola
ıa

Firma del Tribunal Calificador:
Firma
Presidente:
Vocal:
Vocal:
Vocal:
Secretario:

Calificaci´n:
o

Legan´s,
e

de

de

Resumen
Las arritmias cardiacas sonalteraciones del funcionamiento el´ctrico normal
e
del coraz´n. Algunas, las arritmias patol´gicas, son potencialmente malignas y
o
o
constituyen una de las principales causas de mortalidad en el mundo occidental.
Hoy en d´ el estudio de los mecanismos de las arritmias patol´gicas se asienta
ıa,
o
sobre dos ´mbitos de investigaci´n: de un lado, el an´lisis de se˜ ales cardiacas
a
o
a
nregistradas mediante sistemas de captaci´n con electrodos en estudios cl´
o
ınicos y/o
experimentales, tales como los electrogramas intracavitarios y del electrocardiograma de superficie; de otro lado, el an´lisis de la din´mica del sustrato cardiaco
a
a
a partir im´genes proporcionadas por sistemas de mapeo ´ptico en estudios exa
o
perimentales in-vivo e in-vitro. A pesar de que estas dosaproximaciones se fundamentan en el an´lisis de la actividad el´ctrica cardiaca, suelen recibir un trato
a
e
independiente. Explorar la correspondencia entre los resultados proporcionados en
cada campo por separado, permitir´ definir nuevas estrategias para profundizar
ıa
en el estudio de los mecanismos de las arritmias cardiacas.
El objetivo principal de la presente Tesis Doctoral esconstruir el eje de una
investigaci´n integrada dedicada al estudio de los mecanismos involucrados la geo
neraci´n y perpetuaci´n de las arritmias cardiacas. Nuestra metodolog´ se basa
o
o
ıa
en la combinaci´n de herramientas de modelado y t´cnicas de procesado de se˜ al
o
e
n
para establecer una correspondencia directa entre la din´mica del sustrato cardiaa
co, las se˜ ales el´ctricasregistradas y la caracterizaci´n cl´
n
e
o
ınica mediante ´
ındices
cardiacos extra´
ıdos a partir del procesado de las se˜ ales el´ctricas cardiacas.
n
e
En esta disertaci´n desarrollamos los elementos que conforman un marco de
o
investigaci´n integrada siguiendo un enfoque incremental, desde la caracterizaci´n
o
o
de la din´mica cardiaca a nivel celular, hasta el procesado de ´
aındices cardiacos.
Concretamente, realizamos tres aportaciones principales. En primer lugar, analizamos a nivel celular los mecanismos de generaci´n de arritmias inducidas por
o
mutaciones cong´nitas a partir de un modelo detallado de c´lula cardiaca. Ese
e
te an´lisis permite definir la din´mica un sustrato pro-arr´
a
a
ıtmico de gran inter´s
e
cl´
ınico y experimental. En segundo lugar,abordamos la reconstrucci´n de la actio
vidad el´ctrica cardiaca a partir de se˜ ales el´ctricas remotas mediante algoritmos
e
n
e
de estimaci´n basados en m´quinas de vectores soporte (SVM). En este estudio,
o
a
establecemos una relaci´n bidireccional entre sustrato cardiaco y se˜ al cardiaca.
o
n
Por ultimo, proponemos y evaluamos un m´todo de detecci´n de arritmias basado
´
e
o
en´
ındices cardiacos mediante el uso clasificadores SVM y t´cnicas de selecci´n
e
o
de caracter´
ısticas. Con este m´todo es posible inferir, desde el punto de vista poe
blacional, conclusiones acerca de la din´mica del sustrato cardiaco. Cada una de
a
estas aportaciones sienta las bases de una aproximaci´n integrada al estudio de
o
las arritmias cardiacas. La combinaci´n de t´cnicas de...