Las arritmias supraventriculares, en particular la fibrilación auricular (FA), son las enfermedades cardíacas más comúnmente encontradas en la práctica clínica rutinaria. La prevalencia de la FA es inferior al 1\% en la población menor de 60 años, pero aumenta de manera significativa a partir de los 70 años, acercándose al 10\% en los mayores de 80. El padecimiento de un episodio de FA sostenida, además de estar ligado a una mayor tasa de mortalidad, aumenta la probabilidad de sufrir tromboembolismo, infarto de miocardio y accidentes cerebrovasculares. Por otro lado, los episodios de FA paroxística, aquella que termina de manera espontánea, son los precursores de la FA sostenida, lo que suscita un alto interés entre la comunidad científica por conocer los mecanismos responsables de perpetuar o conducir a la terminación espontánea de los episodios de FA. El análisis del ECG de superficie es la técnica no invasiva más extendida en la diagnosis médica de las patologías cardíacas. Para utilizar el ECG como herramienta de estudio de la FA, se necesita separar la actividad auricular (AA) de las demás señales cardioeléctricas. En este sentido, las técnicas de Separación Ciega de Fuentes (BSS) son capaces de realizar un análisis estadístico multiderivación con el objetivo de recuperar un conjunto de fuentes cardioeléctricas independientes, entre las cuales se encuentra la AA. A la hora de abordar un problema de BSS, se hace necesario considerar un modelo de mezcla de las fuentes lo más ajustado posible a la realidad para poder desarrollar algoritmos matemáticos que lo resuelvan. Un modelo viable es aquel que supone mezclas lineales. Dentro del modelo de mezclas lineales se puede además hacer la restricción de que estas sean instantáneas. Este modelo de mezcla lineal instantánea es el utilizado en el Análisis de Componentes Independientes (ICA). / Vayá Salort, C. (2010). Characterization and processing of atrial fibrillation episodes by convolutive blind source separation algorithms and nonlinear analysis of spectral features [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8416 / Palancia

Moya Payá, J. (2013). Estudio de la conectividad funcional en cerebros de animales de experimentación a partir del análisis de imágenes de resonancia magnética mediante técnicas de clasificación no supervisada [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/18238 / Palancia

The work for this thesis is in line with the field of Instrumentation for Particle Accelerators, so called Beam Diagnostics. It is presented the development of a series of electro-mechanical devices called Inductive Pick-Ups (IPU) for Beam Position Monitoring (BPM). A full set of 17 BPM units (16 + 1 spare), named BPS units, were built and installed into the Test Beam Line (TBL), an electron beam decelerator, of the 3rd CLIC Test Facility (CTF3) at CERN ¿European Organization for the Nuclear Research¿. The CTF3, built at CERN by an international collaboration, was meant to demonstrate the technical feasibility of the key concepts for CLIC ¿Compact Linear Collider¿ as a future linear collider based on the novel two-beam acceleration scheme, and in order to achieve the next energy frontier for a lepton collider in theMulti-TeV scale. Modern particle accelerators and in particular future colliders like CLIC requires an extreme alignment and stabilization of the beam in order to enhance its quality, which rely heavily on a beam based alignment techniques. Here the BPMs, like the BPS-IPU, play an important role providing the beam position with precision and high resolution, besides a beam current measurement in the case of the BPS, along the beam lines. The BPS project carried out at IFIC was mainly developed in two phases: prototyping and series production and test for the TBL. In the first project phase two fully functional BPS prototypes were constructed, focusing in this thesis work on the electronic design of the BPS on-board PCBs (Printed Circuit Boards) which are based on transformers for the current sensing and beam position measurement. Furthermore, it is described the monitor mechanical design with emphasis on all the parts directly involved in its electromagnetic functioning, as a result of the coupling of the EM fields generated by the beam with those parts. For that, it was studied its operational parameters, according the TBL specifications, and it was also simulated a new circuital model reproducing the BPS monitor frequency response for its operational bandwidth (1kHz-100MHz). These prototypes were initially tested in the laboratories of the BI-PI section¿Beam Instrumentation - Position and Intensity¿ at CERN. In the second project phase the BPS monitor series, which were built based on the experience acquired during the prototyping phase, the work was focused on the realization of the characterization tests to measure the main operational parameters of each series monitor, for which it was designed and constructed two test benches with different purposes and frequency regions. The first one is designed to work in the low frequency region, between 1kHz-100MHz, in the time scale of the electron beam pulse with a repetition period of 1s and an approximate duration of 140ns. This kind of test setups called Wire Test-bench are commonly used in the accelerators instrumentation field in order to determine the characteristic parameters of a BPM (or pick-up) like its linearity and precision in the position measurement, and also its frequency response (bandwidth). This is done by emulating a low current intensity beam with a stretched wire carrying a current signals which can be precisely positioned with respect the device under test. This test bench was specifically made for the BPS monitor and conceived to perform the measurement data acquisition in an automated way, managing the measurement equipment and the wire positioning motors controller from a PC workstation. Each one of the BPS monitors series were characterized by using this system at the IFIC labs, and the test results and analysis are presented in this work. On the other hand, the high frequency tests, above the X band in the microwave spectrum and at the time scale of the micro-bunch pulses with a bunching period of 83ps (12GHz) inside a long 140ns pulse, were performed in order to measure the longitudinal impedance of the BPS monitor. This must be low enough in order to minimize the perturbations on the beam produced at crossing the monitor, which affects to its stability during the propagation along the line. For that, it was built the high frequency test bench as a coaxial waveguide structure of 24mm diameter matched at 50¿ and with a bandwidth from 18MHz to 30GHz, which was previously simulated, and having room in the middle to place the BPS as the device under test. This high frequency test bench is able to reproduce the TEM (Transversal Electro-Magnetic) propagative modes corresponding to an ultra-relativistic electron beam of 12GHz bunching frequency, so that the Scattering parameters can be measured to obtain the longitudinal impedance of the BPS in the frequency range of interest. Finally, it is also presented the results of the beam test made in the TBL line, with beam currents from 3.5A to 13A (max. available at the moment of the test). In order to determine the minimum resolution attainable by a BPS monitor in the measurement of the beam position, being the device figure of merit, with a resolution goal of 5¿m at maximum beam current of 28A according to the TBL specifications. / García Garrigós, JJ. (2013). Development of the Beam Position Monitors for the Diagnostics of the Test Beam Line in the CTF3 at CERN [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34327 / TESIS

Las técnicas ablativas basadas en energía por radiofrecuencia (RF) se emplean con el fin de lograr un calentamiento seguro y localizado en el tejido biológico. En los últimos años ha habido un rápido crecimiento en el número de nuevos procedimientos médicos que hacen uso de dichas técnicas, lo cual ha ido acompañado de la aparición de nuevos diseños de electrodos y protocolos de aplicación de energía. Sin embargo, existen todavía muchas incógnitas sobre el verdadero comportamiento electro-térmico de los aplicadores de energía, así como de la interacción energía-tejido en aplicaciones concretas. El principal propósito de esta Tesis Doctoral es adquirir un mejor conocimiento de los fenómenos eléctricos y térmicos involucrados en los procesos de calentamiento de tejidos biológicos mediante corrientes de RF. Esto permitirá, por un lado, mejorar la eficacia y seguridad de las técnicas actualmente empleadas en la clínica en campos tan diferentes como la cirugía cardiaca, oncológica o dermatológica; y por otro, sugerir mejoras tecnológicas para el diseño de nuevos aplicadores. La Tesis Doctoral combina dos metodologías ampliamente utilizadas en el campo de la Ingeniería Biomédica, como son el modelado computacional (matemático) y la experimentación (ex vivo e in vivo). En cuanto al área cardiaca, la investigación se ha centrado, por una parte, en mejorar la ablación intraoperatoria de la fibrilación auricular por aproximación epicárdica, es decir, susceptible de ser realizada de forma mínimamente invasiva. Para ello, se ha estudiado mediante modelos matemáticos un sistema de medida de la impedancia epicárdica como método de valoración de la cantidad de grasa previo a la ablación. Por otra parte, se ha estudiado cómo mejorar la ablación de la pared ventricular por aproximación endocárdica-endocárdica (septo interventricular) y endocárdica-epicárdica (pared libre del ventrículo). Con este objetivo, se han comparado mediante modelado por computador la eficacia de los modos de ablación bipolar y unipolar en términos de la transmuralidad de la lesión en la pared ventricular. En lo que respecta al área de cirugía oncológica, la investigación se ha centrado en la resección hepática asistida por RF. Las técnicas de calentamiento por RF deberían ser capaces de minimizar el sangrado intraoperatorio y sellar vasos y ductos mediante la creación de una necrosis coagulativa por calentamiento. Si este calentamiento se produce en las cercanías de grandes vasos, existe un problema potencial de daño a la pared de dicho vaso. En este sentido, se ha evaluado con modelos matemáticos y experimentación in vivo si el efecto del flujo de sangre dentro de un gran vaso es capaz de proteger térmicamente su pared cuando se realiza una resección asistida por RF en sus cercanías. Además, se ha realizado un estudio computacional y experimental ex vivo e in vivo del comportamiento electro-térmico de aplicadores de RF bipolares internamente refrigerados, puesto que representan una opción más segura frente a los monopolares en la medida en que las corrientes de RF fluyen casi exclusivamente por el tejido biológico situado entre ambos electrodos. Respecto al área dermatológica, la investigación se ha centrado en mejorar el tratamiento de enfermedades o desórdenes del tejido subcutáneo (tales como lipomatosis, lipedema, enfermedad de Madelung y celulitis) mediante el estudio teórico de la dosimetría correcta en cada caso. Para ello, se han evaluado los efectos eléctricos, térmicos y termo-elásticos de dos estructuras diferentes de tejido subcutáneo durante el calentamiento por RF, y se ha cuantificado el daño térmico producido en ambas estructuras tras dicho calentamiento / González Suárez, A. (2014). Computational Models and Experimentation for Radiofrequency-based Ablative Techniques [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/36502 / TESIS

Antecedentes: Existen hasta la fecha bastantes trabajos de la respuesta metabólica y cardiovascular en adultos y algunos menos en niños pero muy pocos se han centrado en investigar acerca de las alteraciones cardiorespiratorias y metabólicas que implica la obesidad infantil. Una auténtica epidemia del siglo XXI. Se hace necesario instaurar nuevos marcadores para adaptar los tratamientos en este campo Objetivo: Mejorar y avanzar en el conocimiento que permita proponer nuevos métodos para estimar patrones de actividad física del niño obeso en situaciones ambulatorias y clínicas y estudiar su respuesta cardiorrespiratoria en situaciones de reposo y de esfuerzo con el fin de generar marcadores que ayuden a caracterizarlo mejor permitiendo aumentar la eficacia del tratamiento aplicado. Métodos: Para ello tres tipos de estudios se llevaron a cabo. Durante los estudios un grupo de señales fisiológicas (electrocardiograma (ECG), frecuencia respiratoria (BR), pulsioximetría (SpO2 )), y señales de acelerometría (ACC) han sido medidas por una nueva plataforma de sensorización que en su última versión se ha integrado en un tejido inteligente (TIPS shirt). Acompañadas de datos clínicos, las medidas del TIPS han sido correlacionadas con el consumo metabólico y la respuesta ventilatoria medida con un calorímetro. En el estudio A se midieron a 27 niños obesos y 29 niños con peso normal para determinar y analizar el metabolismo basal. En el estudio B se midió el consumo energético de un grupo de 61 niños obesos y 31 niños con peso normal que completaron una prueba de esfuerzo y una serie de actividades cotidianas de un niño en reposo y por último en el estudio C, 60 niños obesos y 40 normo peso completaron una prueba de esfuerzo y recuperación para analizar la respuesta cardiorrespiratoria. Todos los estudios fueron llevados a cabo en el Hospital General Universitario de Valencia y en el colegio Max UAB de Valencia. Resultados En el estudio A se compararon los valores obtenidos de medida del metabolismo basal frente a los valores predichos por modelos de la literatura y se encontró una alta variabilidad en las predicciones que aconsejan la medición real de este parámetro. Además se apreciaron diferencias significativas entre el grupo obeso y el grupo normo peso en la respuesta autónoma en reposo. En el estudio B los modelos que combinaron frecuencia cardiaca y acelerometría mostraron la relación más fuerte con las variables metabólicas medidas por el equipo de calorimetría indirecta y en el estudio C se encontraron diferencias significativas en la recuperación del esfuerzo máximo del obeso frente al normo peso especialmente en la recuperación del tono parasimpático. Conclusión: En esta Tesis se ha demostrado que la inclusión de determinadas pruebas clínicas y de nuevas técnicas de procesamiento de las medidas realizadas aumentarán la eficacia de la intervención en el tratamiento del niño obeso. En las mediciones del metabolismo basal realizadas se ha observado que es necesario determinar la respuesta del metabolismo basal de cada sujeto mediante una medida real y no por medio de modelos predictivos. Por otro lado, el realizar una medida de esfuerzo ha permitido determinar como caracterizar la respuesta individual tanto metabólica como cardiovascular del sujeto con sistemas ambulatorios menos costosos y más sencillos de manejar que los calorímetros usados habitualmente en pruebas de esfuerzo, especialmente analizando parámetros de disfunción que han aparecido en esta Tesis del sistema autónomo y aplicando los nuevos modelos de predicción del consumo metabólico extraídos exclusivamente de población obesa haciendo uso de la señal cardiaca y de la señal de acelerometría. Estos indicadores extraídos de este tipo de pruebas ayudarán al profesional de la salud a adaptar y personalizar la intervención a aplicar en cada caso clínico a tratar. / Guixeres Provinciale, J. (2014). Estudio y caracterización de la respuesta fisiologíca y metabólica del niño obeso en reposo y esfuerzo [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/39342 / TESIS

La influencia de la temperatura sobre la electrofisiología cardíaca es un hecho conocido, aunque los efectos de sus variaciones regionales sobre los parámetros electrofisiológicos del miocardio y sobre las características de la activación durante la fibrilación ventricular (FV) no han sido suficientemente investigados. En modelos experimentales, el análisis del efecto modulador ejercido por los cambios locales de temperatura puede aportar información sobre los mecanismos que sustentan la FV o los procedimientos encaminados a su control efectivo. En esta Tesis Doctoral se ha desarrollado un sistema de modificación de la temperatura miocárdica, en modelos de corazón aislado, capaz de crear condiciones de hipotermia e hipertermia controladas circunscritas a una región limitada del tejido. En su implementación se ha empleado un electrodo extraplano fabricado en tecnología thick-film que permite la aplicación de estímulos y el registro simultáneo de los electrogramas ventriculares a distintas temperaturas. Este sistema ha sido utilizado, en corazones aislados y perfundidos de conejo, para cuantificar los efectos de la hipotermia y la hipertermia locales sobre los parámetros característicos de la frecuencia de activación de la FV y sobre los parámetros electrofisiológicos obtenidos durante estimulación basal. Para ello, se ha modificado la temperatura epicárdica de la pared libre del ventrículo izquierdo entre 17 ºC y 42 ºC. Los resultados obtenidos muestran que la hipotermia local prolonga los períodos refractarios ventriculares y reduce la velocidad de conducción durante la estimulación basal, teniendo la hipertermia el efecto contrario. A pesar de estas variaciones, la longitud de onda del proceso de activación no sufre cambios significativos. Por otra parte, durante la FV la hipertermia local acelera de manera reversible la activación en la zona en la que es aplicada, mientras que la hipotermia la enlentece. En el margen de temperaturas estudiado, existe una relación / Tormos Ferrando, Á. (2005). Estudio experimental de los efectos de la hipotermia y la hipertermia locales sobre los parámetros electrofisiológicos del miocardio y la frecuencia de activación de la fibrilación ventricular [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1824 / Palancia

La aparición de heterogeneidades en las propiedades electrofisiológicas del tejido cardíaco, que acontece en distintas patologías como la isquemia miocárdica, es un factor clave en el proceso del bloqueo unidireccional (UDB), que conduce a la aparición de arritmias reentrantes potencialmente mortales, como la taquicardia ventricular o la fibrilación ventricular. Estas heterogeneidades en la duración del potencial de acción, del período refractario (PR) y la velocidad de conducción (VC) determinan la generación y mantenimiento de los períodos arrítmicos, siendo el PR al que mayor atención se le ha prestado. La mayoría de los estudios sugieren que la dispersión del PR ejerce un papel proarrítmico, aunque existen publicaciones que sostienen lo contrario. Por otro lado, en las últimas décadas, el gran desarrollo de los medios técnicos ha posibilitado la simulación de la actividad eléctrica de tejidos cardiacos con gran realismo permitiendo la extracción de datos y de parámetros imposibles de obtener experimentalmente. El objetivo general del presente trabajo consiste en el estudio teórico de las causas de los bloqueos que se producen en la propagación del potencial de acción y que dan lugar a las reentradas en el tejido cardíaco sometido a condiciones de isquemia aguda. Para ello, se ha simulado la actividad eléctrica de un tejido 2-D del epicardio mediante una versión modificada del modelo Luo-Rudy 2000 y mediante el empleo de un modelo realista de isquemia regional. Así mismo, se ha desarrollado una formulación del factor de seguridad en la conducción (SF) óptima a nivel computacional que posibilita su empleo en tejidos bidimensionales (SFm). Los resultados obtenidos muestran que durante los 10 minutos posteriores a la oclusión de la arteria coronaria, la vulnerabilidad de un tejido bidimensional a la reentrada, medida mediante la ventana vulnerable, corresponde a una distribución unimodal asimétrica, siendo el minuto 8 el instante en el que la probabilidad de reentra / Romero Pérez, L. (2007). Modelización matemática y simulación de los efectos de la isquemia miocárdica aguda sobre la conducción eléctrica en el tejido cardíaco ventricular [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1959 / Palancia

Hoy resulta más complejo que nunca abordar el estudio de los fármacos antiarrítmicos, en virtud de los vuelcos experimentados por la aparición de diferentes trabajos donde se ha comprobado la acción proarrítmica de este tipo de fármacos. Estos resultados han obligado a un replanteamiento en la terapia antiarrítmica actual. Por tal motivo, como objetivo principal de esta tesis se planteó la realización de un modelo matemático capaz de simular la acción de la lidocaína, para determinar las razones de la acción antiarrítmica o pro-arrítmica de este fármaco cuando es administrado bajo condiciones patológicas como la isquemia. En este trabajo se planteó y validó el modelo del efecto de la lidocaína, donde como aportación original se logró modelizar el efecto de la dependencia del pH a través de la utilización de los algoritmos genéticos para el ajuste de las constantes de asociación y disociación de las ecuaciones diferenciales. De esta forma, este modelo nos proporciona una herramienta útil a la hora de estudiar el efecto del fármaco en diferentes patologías. En nuestros resultados se observó como la lidocaína redujo parámetros como la corriente de sodio, la derivada máxima del potencial de acción y la velocidad de conducción. Estos efectos se incrementaron cuando la frecuencia de estimulación aumentó y el valor de pH disminuyó. Adicionalmente, se mostró como el período refractario se incrementó significativamente sólo para altas frecuencias de estimulación y concentración del fármaco. Al estudiar el efecto del fármaco bajo condiciones de isquemia aguda, se observó como la vulnerabilidad a reentradas se incrementó a medida que aumentaba la concentración del fármaco, proporcionando un efecto pro-arrítmico de la lidocaína bajo estas condiciones. Este efecto se atribuyó a la reducción de la velocidad de conducción en las diferentes zonas del tejido isquémico ocasionado por la lidocaína. Adicionalmente, se estudió la acción de la lidocaína en combinación con fármacos anti / Cardona Urrego, KE. (2008). Modelización matemática y simulación de los efectos de la lidocaína sobre la actividad eléctrica cardíaca en tejido ventricular [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2934 / Palancia

El objetivo de este trabajo ha sido obtener expresiones matemáticas para los parámetros elásticos y acústicos efectivos de sistemas heterogéneos en el límite de homogeneización, lo que ha permitido el diseño de nuevos dispositivos acústicos y elásticos funcionales en un amplio rango de longitudes de onda. Los sistemas heterogéneos estudiados han sido, principalmente, estructuras de cilindros elásticos inmersos en un medio fluido no-viscoso, aunque otras geometrías han sido comentadas. La periodicidad de estas estructuras permite reducir el problema al estudio de la "celda unidad"; es decir, a la región del espacio que se repite. Sin embargo, el método desarrollado en el presente trabajo ha permitido analizar el comportamiento cuando la periodicidad se ve alterada por defectos estructurales. Matemáticamente este problema ha sido tratado mediante la teoría de dispersión múltiple, ya que las geometrías del problema son principalmente circulares y dicha teoría ha demostrado ser la más adecuada en ese caso. Se ha utilizado la citada teoría de dispersión múltiple para analizar el comportamiento de un sólo cilindro y de un conjunto de cilindros. Este conjunto de cilindros ha sido ordenado, por un lado, en filas infinitas, dando lugar a expresiones para la reflectancia y transmitancia. Por otro lado, la extensión a todo el plano de las redes de cilindros ha permitido obtener resultados para la estructura de bandas. Para obtener los parámetros efectivos se han desarrollado dos métodos de homogeneización que, si bien coinciden en resultados para los casos elementales, han demostrado ser complementarios para calcular situaciones más complejas. El primero se basa en la propagación de ondas elásticas a través de medios periódicos. Se ha demostrado que, en el límite de baja frecuencia, la propagación de estas ondas presenta una relación de dispersión lineal, de cuya pendiente se ha podido obtener la velocidad de propagación efectiva del medio uniforme asociado. El segundo / Torrent Martí, D. (2008). Towards the full control of sound with sonic crystals and acoustic metamaterials [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3061 / Palancia

El objetivo general de esta Tesis es el estudio de las redes neuronales artificiales (ANN) con implementación hardware enfocadas hacia la compresión de imágenes y video en tiempo real. Como objetivos específicos, la Tesis se propone: explorar la factibilidad de utilizar las redes neuronales en las diferentes etapas de un sistema de compresión de imágenes; evaluar las redes Self Organizing Feature Map (SOM) en su implementación hardware utilizadas para la cuantización vectorial de imágenes; analizar la capacidad para procesar video en tiempo real de un sistema de compresión de imágenes que combine la cuantización vectorial basada en redes neuronales con otras técnicas; y estructurar un sistema para realizar el entrenamiento de redes neuronales utilizando esquemas de co-diseño hardware-software. La Tesis expone primeramente los conceptos fundamentales relacionados con la compresión de imágenes considerando tanto los principios teóricos subyacentes como las técnicas que se usan para llevar a cabo las tareas involucradas con las diferentes etapas que integran un compresor. A continuación efectúa una revisión de los trabajos de investigación en los que las ANN se utilizan para la compresión de imágenes, tarea que es precedida por un breve repaso del desarrollo que se ha observado en el campo de las ANN. En la parte práctica la Tesis tiene dos apartados. En el primero se desarrolla una red neuronal tipo SOM que se utiliza como cuantizador vectorial para la aplicación de que se ocupa. Partiendo del análisis de seis arquitecturas susceptibles de ser usadas, la red SOM se diseña utilizando una arquitectura masivamente paralela tipo SIMD y se implementa en hardware sobre una FPGA. Finalmente se experimenta con la red y se presentan los resultados. En el segundo apartado se estructura el banco de entrenamiento para la red SOM utilizando una metodología de codiseño hardware-software en la cual la red neuronal SOM se integra al banco como núcleo de un neurocoprocesador en u / Ramírez Agundis, A. (2008). Diseño y experimentación de un cuantizador vectorial hardware basado en redes neuronales para un sistema de codificación de video [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3444 / Palancia