[en] ------------------------------------ Atrial fibrillation (AF) is the most frequently diagnosed arrhythmia worldwide, representing a significant public health problem with a great impact on the quality of life of patients. Nevertheless, its underlying mechanisms are not completely known. What is established is that both altered electrical impulse propagation and substrate may be involved in the development of the disease. These considerations have led to an increasing interest towards AF treatment, which varies depending on the patient characteristics. Catheter ablation is a minimally invasive procedure to scar those areas responsible for initiation and/or perpetuation of irregular heartbeats, and is chosen when antiarrhythmic drugs are not effective. It employs catheters equipped with electrodes which can sense and record the local cardiac electrical signals, known as electrograms (EGMs), or release the energy needed to scar and destroy the arrhythmia triggers when inserted into the cardiac chambers. This thesis aims to characterize AF dynamics in order to find the most appropriate catheter ablation target and effectively terminate the arrhythmia. To do that, signal processing methodologies have been proposed and investigated, thus extracting EGM characteristics in terms of propagation patterns and substrate. In chapter 3, the modified omnipolar electrogram (MOP-EGM) method is introduced to overcome limitations affecting current characterization of atrial propagation patterns and substrate. Novel mapping strategies based on conduction velocity (CV) and voltage estimates were evaluated in a simulated bidimensional tissue including a fibrotic patch, and preliminary outcomes were also obtained from real epicardial EGMs. In both cases, multielectrode catheters during the mapping procedure were used, where the plane and homogeneous wave hypothesis into electrode cliques can be assumed. In a simulation context, maps based on the MOP-EGM method were compared with both bipolar electrogram (b-EGM) based approach and the original omnipolar (OP-EGM) one, revealing an improvement of the accuracy and robustness of the CV and voltage estimates and a reduction of the error induced by the b-EGMs dependence on catheter orientation. In a clinical scenario, CV and propagation direction estimates computed with the MOP-EGM were compared with those derived from manually detected local activation times (LATs). It shows that both approaches were able to reproduce the propagation pattern coherently with the reference one provided by LATs maps in case of sinus rhythm (SR). However, in case of more complex patterns, like the ones occurring in AF, the omnipolar estimates show a smoother and more homogeneous behaviour than those based on LATs, especially in areas with reentry circuits and multiple wavelets. In chapter 4, novel biomarkers of unipolar electrogram (u-EGM) waveform dispersion are proposed, also using multielectrode catheters, to detect fibrotic tissue in the atrium. Those markers are based on the concept of dominant-to-remaining eigenvalue dominance ratio (EIGDR), characterizing the waveform dispersion of u-EGMs in electrode cliques, which are hypothesized to be correlated with the presence of atrial fibrosis. Pixel maps were created for each biomarker computed from synthetic signals in a simulation scenario including a patch of dense fibrosis, with three catheter orientations with respect to the tissue preferential direction and two configurations of electrode cliques. Each map was evaluated in detecting the fibrotic patch assuming different unipolar noise levels and variable electrode-tissue distance and was compared with voltage maps based on the peak-to-peak amplitude of b-EGMs. Results show that the biomarker R^A based on the time alignment among u-EGMs within the clique provided comparable fibrosis detection accuracy to that of maximum bipolar voltage maps when signals are free from noise, and better performance when high noise levels are present, for both fixed and variable electrode-to-tissue distances. These results open the possibility of an alternative approach for the discrimination of fibrosis, which may overcome limitations affecting the standard approaches, including the one based on bipolar EGM voltage thresholding. In chapter 5, the EIGDR based markers previously introduced are computed and evaluated in clinical contexts. Mapping data are acquired with two different multipole catheters from patients showing two spatiotemporal patterns. Unipolar waveform dispersion is quantified in atrial depolarization windows following both single-beat and multibeat approaches. The aims of this analysis were to discriminate mapping points clearly belonging to fibrotic (F) and non-fibrotic (NF) areas in the atrium and to evaluate the effect of catheter geometry on the EGM dispersion. Results show that biomarkers based on the previous time alignment of u-EGMs, R^A and DeltaR^A, are able to identify fibrotic areas, revealing to better accomplish the plane wave hypothesis in grid-shaped mapping catheters. In conclusion, all findings suggest that the MOP-EGM method and the EIGDR approach may be used to reduce estimation errors during electroanatomic mapping (EAM), thus improving the detection of ablation final targets. Therefore, both contributions provided in this thesis may help the physician to guide the ablation procedure, taking into account both complexity of the underlying tissue and of the propagation rhythm.

[es] La fibrilación auricular (AF) es la arritmia cardíaca más frecuente a nivel mundial, y representa un importante problema de salud pública con un gran impacto en la calidad de vida de los pacientes. Sin embargo, sus mecanismos subyacentes no se conocen por completo. Lo que se conoce es que tanto la propagación alterada del impulso eléctrico como el sustrato pueden estar involucrados en el desarrollo de la enfermedad. Estas consideraciones han llevado a un creciente interés por el tratamiento de la AF, que varía según las características del paciente. La ablación con catéter es un procedimiento mínimamente invasivo para cicatrizar aquellas áreas responsables de la iniciación y/o perpetuación de los latidos cardíacos irregulares, y se elige cuando los medicamentos antiarrítmicos no son efectivos. Emplea catéteres equipados con electrodos que pueden detectar y registrar las señales eléctricas cardíacas locales, conocidas como electrogramas (EGMs), o liberar la energía necesaria para cicatrizar y destruir los desencadenantes de la arritmia cuando se insertan en las cavidades cardíacas. Esta tesis tiene como objetivo caracterizar la dinámica de la AF con el fin de encontrar el blanco más adecuado de ablación con catéter y terminar con la arritmia de manera efectiva. Para ello, se han propuesto e investigado metodologías de procesamiento de señales, extrayendo así las características de los EGMs en términos de patrones de propagación y sustrato. En el capítulo 3, se presenta el método de los electrogramas omnipolares modificado (MOP-EGM) para superar las limitaciones que afectan a la caracterización actual de los patrones de propagación auricular y del sustrato. Se han evaluado nuevas estrategias de mapeo basadas en estimaciones de voltaje y velocidad de conducción (CV) en un tejido bidimensional simulado que incluye un parche fibrótico, y también se han obtenido resultados preliminares de EGMs epicárdicos reales. En ambos casos, se han utilizado catéteres de electrodos múltiples durante el procedimiento de mapeo, donde se puede asumir la hipótesis de onda plana y homogénea en cliques de electrodos. En el contexto de simulación, los mapas basados en el método MOP-EGM se han comparado con el enfoque basado en electrogramas bipolares (b-EGMs) y el omnipolar original (OP-EGM), revelando que mejoran la precisión y robustez de las estimaciones de CV y voltaje y reducen el error inducido por la dependencia de los b-EGMs en la orientación del catéter. En el escenario clínico, las estimaciones de CV y dirección de propagación calculadas con los MOP-EGMs se han comparado con aquellas derivadas de los tiempos de activación locales (LATs) detectados manualmente. El estudio muestra que ambos enfoques fueron capaces de reproducir el patrón de propagación de forma coherente con el patrón de referencia proporcionado por los mapas de tiempos de activación local en caso de ritmo sinusal (SR). Sin embargo, en el caso de patrones más complejos, como los que ocurren en la AF, las estimaciones omnipolares muestran un comportamiento más suave y homogéneo que las basadas en LATs, especialmente en ´areas con circuitos de reentrada y ondas múltiples (wavelets). En el capítulo 4, se proponen nuevos biomarcadores de dispersión de forma de onda de electrograma unipolar (u-EGM), utilizando también catéteres multielectrodo, para detectar tejido fibrótico en la aurícula. Esos marcadores, basados en el concepto de relación de dominancia de autovalor (EIGDR) dominante al resto de autovalores, caracterizan la dispersión de la forma de onda de los u-EGMs en cliques de electrodos, y se hipotetiza que están correlados con la presencia de fibrosis auricular. Se han creado mapas de píxeles para cada biomarcador calculado a partir de señales sintéticas en un escenario de simulación que incluye un parche de fibrosis densa, con tres orientaciones de catéter con respecto a la dirección preferencial del tejido y dos configuraciones de grupos de electrodos. Cada mapa se evaluó para detectar el parche fibrótico asumiendo diferentes niveles de ruido unipolar y una distancia variable entre electrodo y tejido y se han comparado con mapas de voltaje basados en la amplitud pico a pico de los b-EGMs. Los resultados muestran que el biomarcador RA basado en la alineación de tiempo entre los u-EGMs dentro de la clique proporcionan una precisión de detección de fibrosis comparable a la de los mapas de voltaje bipolar máximo cuando las señaales están libres de ruido y un mejor rendimiento cuando hay mucho ruido. los niveles están presentes, tanto para distancias fijas como variables de electrodo a tejido. Estos resultados abren la posibilidad de un enfoque alternativo para la discriminación de la fibrosis, que puede superar las limitaciones que afectan a los enfoques estándar, incluido el basado en el umbral de voltaje bipolar. En el capítulo 5, los marcadores basados en la EIGDR presentados anteriormente se han calculado y evaluado en contextos clínicos. Se han adquirido los datos de mapeo con dos catéteres multipolares diferentes de pacientes que muestran dos patrones espaciotemporales. La dispersión de forma de onda unipolar se cuantifica en ventanas de despolarización auricular siguiendo enfoques de un solo latido y de varios latidos. Los objetivos de este análisis fueron discriminar puntos de mapeo claramente pertenecientes a áreas fibróticas (F) y no fibróticas (NF) en la aurícula y evaluar el efecto de la geometría del catéter en la dispersión del EGM. Los resultados muestran que los biomarcadores basados en el alineamiento temporal previo de los u-EGMs, RA y ΔRA, pueden identificar áreas fibróticas, cumpliendo mejor la hipótesis de onda plana en catéteres de mapeo en forma de parrilla. En conclusión, todos los hallazgos sugieren que el método MOP-EGM y el método de EIGDR pueden usarse para reducir los errores de estimación durante el mapeo electroanatómico (EAM), mejorando así la detección de blancos finales de ablación. Por tanto, las dos aportaciones de esta tesis pueden ayudar al médico a orientar el procedimiento de ablación, teniendo en cuenta tanto la complejidad del tejido subyacente como el ritmo de propagación.