Study on the non-linear metrics contribution to estimate atrial fibrillation organization from the surface electrocardiogram

La fibrilacion auricular (FA) es la arritmia mas frecuente y se caracteriza por una actividad auricular descoordinada, que impide que las auriculas bombeen sangre de manera eficaz. Se espera que la prevalencia de la FA aumente significativamente en las proximas decadas debido al envejecimiento de la poblacion. Sin embargo, tanto el conocimiento relativo a esta arritmia como su tratamiento son todavia mejorables. Estudios previos han relacionado la organizacion de la FA, que se puede definir como el grado de repetitividad de la actividad auricular, con el estado de la arritmia o su respuesta al tratamiento. Ademas, la estimacion de la organizacion de la FA a partir de registros electrocardiograficos (ECG) de superficie resulta especialmente interesante porque su obtencion es sencilla y barata. El objetivo de esta tesis doctoral es evaluar el uso de distintos indices no lineales para estimar la organizacion de la FA a partir del ECG. Ademas de los estimadores no invasivos de organizacion mas comunes, como la entropia muestral (SampEn) y la frecuencia auricular dominante (DAF), se han estudiado los siguientes metodos no lineales: la entropia borrosa, la entropia espectral, la complejidad Lempel-Ziv y los exponentes de Hurst. Ademas, se ha estudiado el uso de una estrategia destinada a la reduccion del ruido y los residuos de actividad ventricular para mejorar el desempeno de metodos no lineales. Asi, los indices estudiados tambien se han aplicado sobre la forma de onda fundamental de la actividad auricular, conocida como la onda auricular principal (MAW). Se han considerado los siguientes escenarios relacionados con la organizacion de la FA: la prediccion de la terminacion espontanea de la FA paroxistica, el estudio de los primeros indicios de terminacion espontanea de la FA y la clasificacion entre FA paroxistica y FA persistente a partir de registros ECG de corta duracion. Primero, se estudio la capacidad de los indices estudiados para distinguir eventos relacionados con la organizacion de la FA mediante el analisis de una base de datos de referencia para la prediccion de su terminacion espontanea. La mayoria de los indices propuestos consiguieron una mayor precision que los estimadores tradicionales de organizacion. Asi, varios de los indices obtuvieron una precision superior al 90% en la prediccion de la terminacion espontanea de la FA. En particular, los exponentes de Hurst generalizados de orden 1 y 2, H(1) y H(2), lograron los mejores resultados de clasificacion. Puesto que el calculo de H(2) depende de dos parametros criticos, la longitud del intervalo analizado (L) y el tamano maximo de la ventana donde buscar similitudes (tau), se llevo a cabo un estudio con 660 combinaciones de esos dos parametros junto con la frecuencia de muestreo (fs) del registro para determinar el uso optimo de este indice. Por otra parte, los trabajos previos que han estudiado la terminacion espontanea de la FA se han centrado en los ultimos 2 minutos antes de la terminacion. Por contra, en esta tesis doctoral se han estudiado por primera vez registros de mayor duracion para detectar los primeros indicios de la terminacion de la FA. Para ello, se eligio el uso de H(2) por su alta precision en la prediccion de la terminacion de la FA. Ademas, la DAF y SampEn se calcularon como referencias. En este estudio se ha comprobado que la organizacion de la FA solamente presenta variaciones significativas en los ultimos 3 minutos antes de su terminacion espontanea. Por ello, la prediccion temprana de la terminacion no parece posible con los medios actuales de analisis de la senal. Por ultimo, se aplico H(2) para clasificar entre FA paroxistica y FA persistente a partir de ECGs de corta duracion, obteniendo una mayor precision diagnostica que la DAF y SampEn. Este resultado sugiere que el analisis de ECGs ambulatorios por medio de H(2) puede ser en el futuro una alternativa al uso de registros Holter para la distincion entre FA paroxistica y persistente. La estimacion sencilla y precisa de la organizacion de la FA es de gran importancia para determinar la progresion de la arritmia en cada paciente. Puesto que el tratamiento de la FA todavia se basa en estrategias de prueba y error, esta tesis doctoral pretende proporcionar nuevos puntos de vista para la estimacion de la organizacion que podrian ser de utilidad en tecnicas diagnosticas y herramientas de ayuda para el desarrollo de terapias a medida para los pacientes con FA. Las futuras aplicaciones de los indices estudiados en diferentes escenarios tambien pueden proporcionar informacion clinica util y contribuir a mejorar la gestion de la FA, reduciendo sus costes asociados y los riesgos para los pacientes.