[ES] La ablación por radiofrecuencia (RF) se ha convertido en una técnica ablativa importante, ampliamente utilizada en el área de las terapias mínimamente invasivas de la medicina moderna. El avance en el campo de las tecnologías basadas en RF a lo largo de los años ha llevado a un número creciente de aplicaciones en diferentes áreas terapéuticas tales como arritmias cardíacas, epilepsia, oncología, resección asistida, apnea, dolor o cirugía estética. Sin embargo, existe una constante necesidad de desarrollar estudios computacionales y experimentales para mejorar el rendimiento de estas técnicas. El enfoque principal de esta tesis doctoral está centrado en examinar los efectos térmicos y eléctricos de ablación por radiofrecuencia de tejidos para mejorar la eficacia y la seguridad de las terapias y dispositivos basados en energía de radiofrecuencia. Las dos áreas principales de interés han sido el tratamiento del dolor y la cirugía hepática oncológica, que se han organizado en tres estudios independientes. La metodología de los estudios se ha basado en modelos computacionales y estudios experimentales sobre phantom de agar, modelos ex vivo e in vivo y ensayos clínicos. El estudio focalizado en el tratamiento del dolor ha incluido el análisis de los efectos eléctricos y térmicos del tratamiento con radiofrecuencia pulsada (PRF) y el riesgo relacionado con el daño térmico al tejido. Se han estudiado diferentes protocolos pulsados empleados en la práctica clínica utilizando modelos computacionales. La exactitud del modelo se ha validado mediante un modelo en phantom de agar. Se han propuesto también modelos computacionales adicionales para los protocolos pulsados alternativos en los cuales se reduciría el efecto térmico sin afectar al efecto eléctrico. En el estudio se ha discutido también el concepto de electroporación leve como el resultado de PRF. En el área de la cirugía hepática oncológica se han analizado dos técnicas diferentes. El primer estudio se ha centrado en examinar la hidratación del tejido durante la ablación por RF con un nuevo electrodo ICW. El nuevo diseño ha incluido dos agujas de perfusión expandibles integradas en el catéter. El objetivo principal ha sido mejorar la precisión del modelo computacional de ablación por RF de tumor utilizando una geometría realista de la distribución de solución salina en el tejido y evaluar el rendimiento del catéter de RF. Se han modelado diferentes casos de tumor infundido con solución salina y los resultados simulados se han comparado con los datos clínicos de un ensayo en 17 pacientes con cáncer hepático. Con el fin de obtener una distribución espacial realista de la solución salina infundida, se ha empleado un estudio in vivo sobre el modelo de hígado de cerdo. El segundo estudio se ha centrado en el desarrollo de una nueva técnica de sellado endoluminal basada en catéter, como una alternativa más efectiva para el manejo del remanente pancreático. El método ha consistido en una ablación por radiofrecuencia guiada por impedancia con la técnica de pullback. El ajuste del tipo de catéter de RF y del protocolo de ablación se ha realizado mediante modelos porcinos ex vivo. Posteriormente, la efectividad del sellado se ha evaluado sobre un modelo de cerdo in vivo. / [CAT] L'ablació per radiofreqüència (RF) s'ha convertit en una tècnica ablativa important, àmpliament utilitzada en l'àrea de les teràpies mínimament invasives de la medicina moderna. L'avanç en el camp de les tecnologies basades en RF al llarg dels anys ha portat a un número creixent d'aplicacions en diferents àrees terapèutiques com ara arítmies cardíaques, epilèpsia, oncologia, resecció assistida, apnea, dolor o cirurgia estètica. No obstant això, hi ha una constant necessitat de desenvolupar estudis computacionals i experimentals per a millorar el rendiment d'aquestes tècniques. Aquesta tesi doctoral ha estat centrada en examinar els efectes tèrmics i elèctrics de l'ablació per radiofreqüència de teixits per tal de millorar l'eficàcia i la seguretat de les teràpies i dispositius basats en energia de radiofreqüència. Dos àrees principals són el tractament del dolor i la cirurgia hepàtica. Aquestos han sigut organitzats en tres estudis independents. La metodologia dels estudis ha estat basada en models computacionals i experimentals sobre phantom d'agar, models ex vivo i in vivo i assajos clínics. L'estudi enfocat en el tractament del dolor ha inclòs l'anàlisi dels efectes elèctrics i tèrmics del tractament amb radiofreqüència polsada (PRF) i el risc relacionat amb el dany tèrmic al teixit. S'han estudiat diferents protocols polsats emprats en la pràctica clínica utilitzant models computacionals. L'exactitud del model ha estat validada per mitjà d'un model de phantom d'agar. S'han proposat també models computacionals addicionals per a protocols polsats alternatius en els quals es reduiria l'efecte tèrmic sense afectar l'efecte elèctric. En aquest estudi s'ha discutit també el concepte d'electroporació lleu com el resultat de PRF. A l'àrea de la cirugía hepàtica han sigut analitzades dos tècniques diferents. El primer estudi s'ha centrat en la hidratació del teixit durant l'ablació per RF amb un nou elèctrode ICW. El nou disseny ha inclòs dos agulles de perfusió expandibles integrades en el catèter. L' objetiu principal ha sigut millorar la precisió del model computacional d' ablació de tumors per RF utilitzant una geometria realista per a la distribució de sèrum salií en el teixit i evaluar el rendiment del catèter de RF. S'han modelat diferents casos de tumor infundit amb sèrum salí i els resultats simulats han sigut comparats amb les dades clíniques d'un assaig dut a terme sobre 17 pacients amb càncer hepàtic. Amb l'objetiu d'obtenir una distribució espacial realista del sèrum salí injectat, s'ha du a terme un estudi in vivo basat en un model de fetge de porc. El segon estudi s'ha centrat en el desenvolupament d'una nova tècnica de tancament endoluminal bassat en catèter, com una alternativa més efectiva per a gestionar el romanent pancreàtic. El mètode ha consistit en una ablació per radiofreqüència guiada per impedància amb la tècnica de pullback. L'ajust del tipus de catèter de RF i del protocol d'ablació ha sigut realitzat per mitjà de models porcins ex vivo. Posteriorment, l'efectivitat del tancament ha sigut avaluada sobre un model de porc in vivo. / [EN] Radiofrequency (RF) ablation has become an important ablative technique widely used in the area of minimally invasive therapies of the modern medicine. The advancement in the field of RF-based technologies over the years has led to a growing number of applications in different therapeutic areas such as cardiac arrhythmias, epilepsy, oncology, assisted resection, apnea, pain or aesthetic surgery. There is, however, a constant need for the development of computer and experimental studies, which would enhance the performance and safety of these techniques. The main focus of this PhD Thesis was on examining the thermal and electrical phenomena behind tissue radiofrequency ablation in order to improve the efficacy and safety of the RF-based therapies and applicators. Two main areas of interest were pain management and oncology, which were organized into three independent studies. The research methodology was based on computer modeling and experimental studies on phantoms, ex vivo and in vivo models, and clinical trials. The research on pain management involved the analysis of electrical and thermal effects of the pulsed radiofrequency (PRF) treatment and the related risk of tissue thermal damage. Different pulse protocols used in clinical practice were studied using computer modeling and the study accuracy was validated by means of agar phantom model. Additional computer models for alternative pulse protocols were also proposed, in which thermal effect would be reduced but the electrical effect would remain unchanged. The study also discussed the concept of a mild electroporation from PRF. In the area of oncology, two different techniques were analyzed. First study focused on examining tissue hydration technique during RF ablation with a novel internally cooled wet (ICW) electrode. The new design involved two expandable perfusion needles built into the catheter. The main aim was to improve the accuracy of computer model of tumor RF ablation using a realistic geometry of saline distribution in tissue, and to assess the performance of the RF catheter. Different cases of saline-infused tumor were modeled and the simulated results were compared with the clinical data from a trial on 17 hepatic cancer patients. An in vivo study on pig liver model was used to obtain a realistic spatial distribution of the infused saline. The second study focused on the development of a new catheter-based endoluminal sealing technique as more effective alternative for management of the pancreatic stump. The method consisted of the impedance-guided radiofrequency ablation with pullback. Fine-tuning involving RF catheter type and ablation protocol was performed using ex vivo porcine models, and posteriorly, sealing effectiveness was assessed on an in vivo pig model. / The completion of this work would have not been possible without the financial support of the Spanish Ministerio de Economía, Industría y Competitividad that provided funding for the development of this research project, my Predoctoral scholarship, and also Travel Grant for the research stay in The Wellman Center for Photomedicine / Ewertowska, E. (2019). Computer modeling and experimentation in radiofrequiency-based minimally invasive therapies [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/134057 / TESIS

En esta Tesis se presentan dos aportaciones novedosas principales. La primera es la propuesta del control Robusto basado en modelo de referencia (RMF) para regular las corrientes de salida y la tensión del Bus DC de un convertidor NPC de tres niveles, trabajando como Filtro Activo Paralelo (FAP) en redes de media tensión. La segunda aportación importante de la tesis es el desarrollo de nuevos modelos de pequeña señal del convertidor NPC-FAP de tres niveles, que permiten diseñar con mayor precisión tanto los reguladores de corriente como los reguladores de tensión de Bus de continua (DC) del convertidor. Se ha propuesto una metodología de modelado de convertidores trifásicos en el sistema de referencia síncrono dq0, y se han desarrollado los modelos de pequeña y gran señal del convertidor NPC de tres niveles, para una aplicación de filtro activo paralelo a tres hilos. Se han obtenido las funciones de transferencia necesarias para el control lineal del convertidor, deduciendo las funciones de transferencia necesarias para el control de la corriente inyectada por el filtro y de la tensión de Bus DC del convertidor. Se ha realizado un estudio de nuevas alternativas para el control de las corrientes del FAP y de la tensión del Bus DC. Tras analizar el control convencional PI, se propone un nuevo control robusto RMF, aplicando ambos controles tanto a la regulación de armónicos de corriente como al control de la tensión de Bus DC. Se analiza también un "controlador resonante" basado en Integradores Generalizados (PIS) aplicado al control de corriente del convertidor. En todos los casos se desarrolla una metodología de diseño de los controladores, tanto en tiempo continuo como en tiempo discreto, y se lleva a cabo un análisis comparativo entre los distintos reguladores propuestos, tanto de corriente como de tensión. Se llega a la conclusión de que la mejor opción para el lazo de corriente es el controlador PIS, mientras que el controlador RMF es el óptimo para el lazo / Munduate Tellería, A. (2007). Control robusto basado en modelo de referencia de convertidores multinivel. Aplicación a filtros activos en conexión paralelo para corrección de armónicos en redes eléctricas de media tensión [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1942 / Palancia

Los sistemas de conversión conectados en paralelo constituyen una solución interesante al problema de proporcionar una tensión regulada a una carga que demanda corrientes elevadas, pues la paralelización de convertidores permite distribuir la corriente entre los diversos módulos, reduciendo el estrés sobre los interruptores y mejorando la fiabilidad del sistema. En sistemas multimodulares de convertidores se necesita normalmente un esquema de control modo corriente, como el control modo corriente media (ACC en inglés), que asegure una correcta compartición de corriente entre los distintos módulos. Con este tipo de control, las características dinámicas del lazo de control dependen considerablemente de las condiciones de línea y carga, así como del número de módulos conectados en paralelo. En esta tesis se han aplicado dos técnicas diferentes de control robusto basado en modelo de referencia (RMF en inglés) a sistemas de conversión en paralelo con el fin de mejorar la robustez del control ACC convencional. El trabajo realizado puede dividirse en tres grandes bloques: En primer lugar, se ha presentado un esquema de control RMF paso-alto que ha sido aplicado al lazo de tensión de un convertidor DC-DC multimodular tipo Buck. El esquema de control propuesto añade un lazo interno adicional a los lazos de corriente y de tensión del control ACC convencional, reduciendo la sensibilidad del lazo externo de tensión frente a los parámetros variables de la etapa de potencia: número de módulos, tensión de entrada, carga y tolerancias de los componentes. Además, el lazo mejora considerablemente el rechazo de perturbaciones del convertidor, esto es, impedancia de salida y audiosusceptibilidad en lazo cerrado, en baja frecuencia si se compara con el control ACC convencional. La principal limitación de este esquema de control es que su funcionamiento está limitado por el rizado de conmutación presente en la tensión de salida, dado que se utiliza un regulador auxiliar...... / Pascual Molto, M. (2008). Técnicas de control robusto basado en modelo de referencia aplicadas a sistemas modulares de alimentación [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1981 / Palancia

El trabajo presentado en esta tesis doctoral profundiza sobre el fenóme-no rugoso superficial y su contribución a la respuesta acústica del cristal resonador de cuarzo en medios líquidos. Su principal aportación se centra en el estudio de los parámetros geométricos que pueden representar de forma óptima la contribución rugosa sobre la impedancia acústica del sen-sor. Se propone un modelo empírico del efecto rugoso basado en los resul-tados de este estudio. Otra de las aportaciones de la presente tesis se centra en el estudio detallado de uno de los modelos de rugosidad propuestos más recientemente: el modelo de Arnau. Este modelo plantea la posibilidad de modelar la rugosidad mediante una distribución de casquetes semi-esféricos. En esta tesis se propone una corrección semi-empírica de dicho modelo que permita incluir el efecto de interferencia entre casquetes. Esta corrección se emplea en el estudio del comportamiento del efecto rugoso en superficies aleatorias. Se ha demostrado que el efecto de la rugosidad de una superficie aleatoria en la impedancia acústica puede ser modelado por la respuesta de una superficie equivalente formada por una distribución re-gular de casquetes semi-esféricos sobre una superficie plana. Asimismo, se ha demostrado que los parámetros geométricos de esta superficie equiva-lente están linealmente correlacionados con la proyección de la superficie aleatoria real en la dirección del movimiento. Esta afirmación se ha com-probado mediante medidas experimentales con microscopio de fuerza atómica (AFM). Palabras Clave: Piezoelectricidad, sensores de cuarzo, rugosidad, modo de cizalla en espesor. / Fernández Díaz, R. (2009). Estudio y análisis del efecto rugoso sobre la respuesta del sensor de cuarzo AT en medios fluidos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6141 / Palancia

Es un hecho incuestionable que las necesidades de los ciudadanos han cambiado a lo largo de los últimos tiempos. Objetos, bienes, cualidades y situaciones que antes nos eran indiferentes actualmente ocupan una elevada posición en nuestra escala de valores. Un ejemplo de ello es la seguridad que en la sociedad en la que vivimos es un activo en alza que está alcanzando cotas muy importantes. La seguridad vial se convirtió en una preocupación global en abril de 2004, cuando la Asamblea General de la Organización de las Naciones Unidad (ONU) aprobó una resolución en la que instaba a la mejora de la seguridad vial en el mundo [ONU04]. Esta preocupación se traspasó a todas las esferas de gobierno (ONU, UE, Gobiernos de España..). Así, el principal objetivo de todas las políticas y planes de seguridad vial se centran actualmente en la reducción de muertes en carretera [DGTO6a]. Uno de los escenarios donde se pone de manifiesto de forma más evidente y clara el problema de la seguridad vial y el objetivo de reducción de víctimas por accidentes de tráfico es el entorno urbano y metropolitano. Este conjunto de factores y circunstancias posiciona a la gestión de tráfico como uno de los factores estratégicos más relevantes hoy en día. Asimismo, implica a diversos sectores tales como el económico (dependencia de los combustibles), el ambiental (contaminación, ruido, emisión de gases de efecto invernadero ), la seguridad (de usuarios de la vía, tanto conductores, como peatones) y la salud (problemas respiratorios, circulatorios ). Los sistemas de transporte inteligentes, ITS (acrónimo del inglés Intelligent Transportation Systems), presentan una solución a las demandas de seguridad vial, gestión de tráfico y movilidad ciudadana, gracias al desarrollo y al uso de diversas aplicaciones y tecnologías [ITS08a, ITS8b]. La correcta gestión del tráfico rodado exige la utilización de una gran cantidad de información que presente un alto grado de fiabilidad. / Gallego Ripoll, MDLN. (2010). Requisitos técnicos para la aplicación de sensores de tecnología láser en sistemas inteligentes de transporte (ITS) [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/7381 / Palancia

[ES] En los últimos años, los investigadores han intentado explotar la información de las imágenes médicas a través de la evaluación de parámetros cuantitativos para ayudar a los clínicos con el diagnóstico de enfermedades. Esta práctica ha sido bautizada como radiomics. El análisis de texturas proporciona una gran variedad de parámetros que permiten cuantificar la heterogeneidad característica de diferentes tejidos, especialmente cuando se obtienen de imagen por resonancia magnética (IRM). Basándonos en esto, decidimos estudiar las posibilidades de los parámetros texturales extraídos de IRM para caracterizar varios trastornos cerebrales. El potencial de las texturas se analizó con enfoques de aprendizaje automático, usando diferentes clasificadores y métodos de selección de características para hallar el modelo óptimo para cada tarea específica. En esta tesis, la metodología radiomics se usó para realizar cuatro proyectos independientes. En el primer proyecto, estudiamos la diferenciación entre glioblastomas multiformes (GBMs) y metástasis cerebrales (MCs) en IRM convencional. Estos tipos de tumores cerebrales pueden confundirse al diagnosticarse, ya que presentan un perfil radiológico similar y los datos clínicos pueden no ser concluyentes. Con el fin de evitar procedimientos exhaustivos e invasivos, estudiamos el poder discriminatorio de texturas 2D extraídas de imágenes de referencia T1 filtradas y sin filtrar. Los resultados sugieren que los parámetros texturales proporcionan información sobre la heterogeneidad de los GBMs y las MCs que puede servir para distinguir con precisión ambas lesiones cuando se utiliza un enfoque de aprendizaje automático adecuado. En el segundo proyecto, analizamos la clasificación de las MCs según su origen primario en IRM de referencia. En un porcentaje de pacientes, las MCs son diagnosticadas como la primera manifestación de un tumor primario desconocido. Con el fin de detectar el tumor primario de una forma no invasiva y más rápida, examinamos la capacidad del análisis de texturas 2D y 3D para diferenciar las MCs derivadas de los tumores primarios más propensos a metastatizar (cáncer de pulmón, cáncer de mama y melanoma) en imágenes T1. Los resultados mostraron que se logra una alta precisión al usar un conjunto reducido de texturas 3D para diferenciar MCs de cáncer de pulmón de MCs de cáncer de mama y melanoma. En el tercer proyecto, evaluamos las propiedades del hipocampo en IRM para identificar las diferentes etapas de la enfermedad de Alzheimer (EA). Los criterios actuales para diagnosticar la EA requieren la presencia de déficits cognitivos severos. Con la idea de establecer nuevos biomarcadores para detectar la EA en sus primeras etapas, evaluamos un conjunto de texturas 2D y 3D extraídas de IRM del hipocampo de pacientes con EA avanzada, deterioro cognitivo leve y normalidad cognitiva. Muchos parámetros de textura 3D resultaron ser estadísticamente significativos para diferenciar entre pacientes con EA y sujetos de las otras dos poblaciones. Al combinar estos parámetros con técnicas de aprendizaje automático, se obtuvo una alta precisión. En el cuarto proyecto, intentamos caracterizar los patrones de heterogeneidad del ictus cerebral isquémico en IRM estructural. En IRM cerebral de individuos de edad avanzada, algunos procesos patológicos presentan características similares, como las lesiones por ictus y las hiperintensidades de la sustancia blanca (HSBs). Dado que los ictus afectan también al tejido adyacente, decidimos estudiar la viabilidad de texturas 3D extraídas de las HSBs, la sustancia blanca no afectada y las estructuras subcorticales para diferenciar sujetos afectados por ictus lacunares o corticales visibles en IRM convencional (imágenes T1, T2 y FLAIR) de sujetos sin ictus. Las texturas no sirvieron para diferenciar ictus corticales y lacunares, pero se lograron resultados prometedores para discernir pacientes qu / [CAT] En els últims anys, els investigadors han intentat explotar la informació de les imatges mèdiques a través de l'avaluació de nombrosos paràmetres quantitatius per ajudar els clínics amb el diagnòstic i la valoració de malalties. Aquesta pràctica ha sigut batejada com radiomics,. L'anàlisi de textures proporciona una gran varietat de paràmetres que permeten quantificar l'heterogeneïtat característica de diferents teixits, especialment quan s'obtenen a partir d'imatge per ressonància magnètica (IRM). Basant-nos en aquests fets, vam decidir estudiar les possibilitats dels paràmetres texturals extrets d'IRM per caracteritzar diversos trastorns cerebrals. El potencial de les textures es va analitzar amb mètodes d'aprenentatge automàtic, usant diferents classificadors i mètodes de selecció de característiques per trobar el model òptim per a cada tasca específica. En aquesta tesi, la metodologia radiomics es va emprar per realitzar quatre projectes independents. En el primer projecte, vam estudiar la diferenciació entre glioblastomes multiformes (GBMs) i metàstasis cerebrals (MCs) en IRM convencional. Aquests tipus de tumors cerebrals poden confondre's al diagnosticar-se ja que presenten un perfil radiològic similar i les dades clíniques poden no ser concloents. Per tal d'evitar procediments exhaustius i invasius, vam estudiar el poder discriminatori de textures 2D extretes d'imatges de referència T1 filtrades i sense filtrar. Els resultats suggereixen que els paràmetres texturals proporcionen informació sobre l'heterogeneïtat dels GBMs i les MCs que pot servir per distingir amb precisió ambdues lesions quan s'utilitza una aproximació d'aprenentatge automàtic adequada. En el segon projecte, vam analitzar la classificació de MCs segons el seu origen primari en IRM de referència. En un percentatge de pacients, les MCs són diagnosticades com la primera manifestació d'un tumor primari desconegut. Per tal de detectar el tumor primari d'una forma no invasiva i més ràpida, vam examinar la capacitat de l'anàlisi de textura 2D i 3D per diferenciar les MCs derivades dels tumors primaris més propensos a metastatitzar (càncer de pulmó, càncer de mama i melanoma) en imatges T1. Els resultats van mostrar que s'aconsegueix una alta precisió quan s'utilitza un conjunt reduït de textures 3D per diferenciar les MCs de càncer de pulmó de les MCs de càncer de mama i melanoma. En el tercer projecte, vam avaluar les propietats de l'hipocamp en la IRM per identificar les diferents etapes de la malaltia d'Alzheimer (MA). Els criteris actuals per diagnosticar la MA requereixen la presència de dèficits cognitius severs. Amb la idea d'establir nous biomarcadors per detectar la MA en les seues primeres etapes, vam avaluar un conjunt de textures 2D i 3D extretes d'IRM de l'hipocamp de pacients amb MA avançada, deteriorament cognitiu lleu i normalitat cognitiva. Molts paràmetres de textura 3D van resultar ser estadísticament significatius per diferenciar entre pacients amb MA i individus de les altres dues poblacions. En combinar aquests paràmetres amb tècniques d'aprenentatge automàtic, es va obtenir una alta precisió. En el quart projecte, vam intentar caracteritzar els patrons d'heterogeneïtat de l'ictus cerebral isquèmic en la IRM estructural. En la IRM cerebral d'individus d'edat avançada, alguns processos patològics presenten característiques similars, com les lesions per ictus i les hiperintensitats de la substància blanca (HSBs). Atès que els ictus tenen efecte també en teixit adjacent, vam decidir estudiar la viabilitat de textures 3D extretes de les HSBs, la substància blanca no afectada i les estructures subcorticals per diferenciar individus afectats per ictus llacunars o corticals visibles en IRM convencional (imatges T1, T2 i FLAIR) d'individus sense ictus. Les textures no foren útils per diferenciar ictus corticals i llacunars, però es van obtenir resultats prometedors per disce / [EN] Over the last years, researchers have attempted to exploit the information provided by medical images through the evaluation of numerous imaging quantitative parameters in order to help clinicians with the diagnosis and assessment of many lesions and diseases. This practice has been recently named as radiomics. Texture analysis supply a wide range of features that allow quantifying the distinctive heterogeneity of different tissues, especially when obtained from magnetic resonance imaging (MRI). With this in mind, we decided to study the possibilities of texture features from MRI in order to characterize several disorders that affect the human brain. The potential of texture features was analyzed with various machine learning approaches, involving different classifiers and feature selection methods so as to find the optimal model to accomplish each specific task. In this thesis, the radiomics methodology was used to perform four independent projects. In the first project, we studied the differentiation between glioblastomas (GBMs) and brain metastases (BMs) in conventional MRI. Sometimes these types of brain tumors can be misdiagnosed since they may present a similar radiological profile and the clinical data may be inconclusive. With the aim of avoiding exhaustive and invasive procedures, we studied the discriminatory power of a large amount of 2D texture features extracted from baseline original and filtered T1-weighted images. The results suggest that 2D texture features provide some heterogeneity information of GBMs and BMs that can help in their accurate discernment when using the proper machine learning approach. In the second project, we analyzed the classification of BMs by their primary site of origin in baseline MRI. A percentage of patients are diagnosed with BM as the first manifestation of an unknown primary tumor. In order to detect the primary tumor in a faster non-invasive way, we examined the capability of 2D and 3D texture analysis to differentiate BMs derived from the most common primary tumors (lung cancer, breast cancer and melanoma) in T1-weighted images. The results showed that high accuracy was achieved when using a reduced set of 3D descriptors to differentiate lung cancer BMs from breast cancer and melanoma BMs. In the third project, we evaluated the hippocampus MRI profile of Alzheimer's disease (AD) patients to identify the different stages of the disease. The current criteria for diagnosing AD require the presence of relevant cognitive deficits. With the purpose of establishing new biomarkers to detect AD in its early stages, we evaluated a set of 2D and 3D texture features extracted from MRI scans of the hippocampus of patients with advanced AD, early mild cognitive impairment and cognitive normality. Many 3D texture parameters resulted to be statistically significant to differentiate between AD patients and subjects from the other two populations. When combining these 3D parameters with machine learning techniques, high accuracy was obtained. In the fourth project, we attempted to characterize the heterogeneity patterns of ischemic stroke in structural MRI. In brain MRI of older individuals, some pathological processes present similar imaging characteristics, like in the case of stroke lesions and white matter hyperintensities (WMH) of diverse natures. Given that stroke effects are present not only in the affected region, but also in unaffected tissue, we investigated the feasibility of 3D texture features from WMH, normal-appearing white matter and subcortical structures to differentiate individuals who had a lacunar or cortical stroke visible on conventional brain MRI (T1-weighted, T2-weighted and FLAIR images) from subjects who did not. Texture features were not useful to differentiate between post-acute cortical and lacunar strokes, but promising results were achieved for discerning between patients presenting an old stroke and normal-ageing patients who never had a stroke. / Ortiz Ramón, R. (2019). Radiomics for diagnosis and assessing brain diseases: an approach based on texture analysis on magnetic resonance imaging [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/119118 / TESIS

[ES] La presente tesis se enmarca en el campo de la generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables, la mejora de la calidad del suministro eléctrico y de la estabilidad de redes de baja potencia como las micro redes y las redes inteligentes. Estas redes se basan en la integración de generadores distribuidos, entre ellos los basados en sistemas de generación de energía eólica. Dichos sistemas de generación se conectan a la red por medio de convertidores electrónicos con una potencia limitada, esta característica provoca que las redes con alta integración de generadores distribuidos se vean afectadas en mayor medida por problemas de calidad del suministro, debido a su baja corriente de cortocircuito. Con la finalidad de mantener la calidad del suministro eléctrico debe cumplirse que el sistema conste de tensiones senoidales, de frecuencia fundamental y simétricas; y de cargas que consuman corrientes senoidales de frecuencia fundamental, equilibradas y en fase con las tensiones. Cuando alguna de estas condiciones no se cumple, se producen fenómenos que disminuyen la eficiencia del sistema y degradan la calidad del suministro, estos fenómenos pueden ser mitigados mediante el uso de compensadores activos conectados en serie o en paralelo al sistema eléctrico. Los compensadores activos conectados en paralelo generan las corrientes ineficientes demandadas por las cargas, permitiendo que por la red transiten únicamente las corrientes eficientes, mejorando el rendimiento del sistema. Las corrientes que deben ser inyectadas por el convertidor son calculadas a partir de una teoría de la potencia eléctrica que permita una correcta identificación de las componentes ineficientes consumidas por la carga. Una compensación global puede llevarse a cabo siempre que el límite de potencia de los convertidores lo permita, si las ineficiencias son mayores que la capacidad de un convertidor se puede considerar la compensación parcial o bien la compensación selectiva de los fenómenos ineficientes. Los convertidores electrónicos utilizados para la conexión de los generadores distribuidos a la red tienen la misma topología que los compensadores activos, dando paso al desarrollo de sistemas híbridos de generación y compensación. Dada la naturaleza intermitente de las fuentes de energía renovables, los sistemas de generación basados en éstas no hacen uso de la potencia nominal del convertidor en todo momento, por lo que la diferencia entre la potencia activa inyectada y la potencia nominal del convertidor puede ser utilizada para la compensación de ineficiencias. En la presente tesis se plantea el estudio de los sistemas híbridos de generación y compensación basados en sistemas de minieólica, con la finalidad de optimizar el uso de la potencia disponible en el convertidor de conexión a red para ayudar a mejorar la calidad del suministro y la estabilidad del sistema. El sistema propuesto abarca el control del sistema de generación de minieólica, la transferencia de energía a la red y la compensación de ineficiencias, optimizando el aprovechamiento del convertidor de conexión a red. Se propone la utilización de técnicas de control borroso para la búsqueda del punto de máxima potencia del aerogenerador y el control de la tensión del bus DC; así como la aplicación de técnicas de control no lineal para la estimación de la velocidad de giro de la turbina eólica. En la conexión a red se presenta un algoritmo de optimización del aprovechamiento de la potencia disponible en el inversor para la compensación de potencias ineficientes en forma selectiva, resultando un sistema de generación y compensación. Se presentan los resultados de simulación que ayudan a validar el sistema; así como los resultados experimentales de los subsistemas que han sido implementados. Se finaliza con las conclusiones, aportaciones, líneas de trabajo futuro y las publicaciones derivadas de la presente tesis doctoral / [CAT] La present tesi s'emmarca en el camp de la generació d'energia elèctrica a partir de fonts renovables, la millora de la qualitat del subministrament elèctric i de l'estabilitat de xarxes de baixa potència com les micro xarxes i les xarxes intel·ligents. Aquestes xarxes es basen en la integració de generadors distribuïts, entre ells els basats en sistemes de generació d'energia eòlica. Aquests sistemes de generació es connecten a la xarxa per mitjà de convertidors electrònics amb una potència limitada, aquesta característica provoca que les xarxes amb alta integració de generadors distribuïts es vegen afectades en major mesura per problemes de qualitat del subministrament, a causa de la seua baixa corrent de curtcircuit. Amb la finalitat de mantindre la qualitat del subministrament elèctric ha de complir-se que el sistema conste de tensions sinusoïdals, de freqüència fonamental i simètriques; i de càrregues que consumisquen corrents sinusoïdals de freqüència fonamental, equilibrades i en fase amb les tensions. Quan alguna d'aquestes condicions no es compleix, es produeixen fenòmens que disminueixen l'eficiència del sistema i degraden la qualitat del subministrament, aquests fenòmens poden ser apaivagats mitjançant l'ús de compensadors actius connectats en sèrie o en paral·lel al sistema elèctric. Els compensadors actius connectats en paral·lel generen els corrents ineficients demandades per les càrregues, permetent que per la xarxa transiten únicament els corrents eficients, millorant el rendiment del sistema. Els corrents que han de ser injectades pel convertidor són calculades a partir d'una teoria de la potència elèctrica que permeta una correcta identificació de les components ineficients consumides per la càrrega. Una compensació global pot dur-se a terme sempre que el límit de potència dels convertidors ho permeta, si les ineficiències són majors que la capacitat d'un convertidor es pot considerar la compensació parcial o bé la compensació selectiva dels fenòmens ineficients. Els convertidors electrònics utilitzats per a la connexió dels generadors distribuïts a la xarxa tenen la mateixa topologia que els compensadors actius, donant pas al desenvolupament de sistemes híbrids de generació i compensació. Donada la naturalesa intermitent de les fonts d'energia renovables, els sistemes de generació basats en aquestes no fan ús de la potència nominal del convertidor en tot moment, per la qual cosa la diferència entre la potència activa injectada i la potència nominal del convertidor pot ser utilitzada per a la compensació d'ineficiències. En la present tesi es planteja l'estudi dels sistemes híbrids de generació i compensació basats en sistemes de minieòlica, amb la finalitat d'optimitzar l'ús de la potència disponible en el convertidor de connexió a xarxa per a ajudar a millorar la qualitat del subministrament i l'estabilitat del sistema. El sistema proposat abasta el control del sistema de generació de minieòlica, la transferència d'energia a la xarxa i la compensació d'ineficiències, optimitzant l'aprofitament del convertidor de connexió a xarxa. Es proposa la utilització de tècniques de control borrós per a la cerca del punt de màxima potència de l'aerogenerador i el control de la tensió del bus DC; així com l'aplicació de tècniques de control no lineal per a l'estimació de la velocitat de gir de la turbina eòlica. En la connexió a xarxa es presenta un algorisme d'optimització de l'aprofitament de la potència disponible en l'inversor per a la compensació de potències ineficients en forma selectiva, resultant un sistema de generació i compensació. Es presenten els resultats de simulació que ajuden a validar el sistema; així com els resultats experimentals dels subsistemes que han sigut implementats. Es finalitza amb les conclusions, aportacions, línies de treball futur i les publicacions derivades de la present tesi doctoral. / [EN] This thesis is part of the field of electric power generation from renewable sources, the improvement of power quality and the stability of low power networks such as microgrids and smart grids. These networks are based on the integration of distributed generators, including those based on wind power generation systems. These generation systems are connected to the grid by means of electronic converters with limited power; this feature causes networks with high integration of distributed generators to be affected to a greater extent by power quality problems, due to their low short circuit current. In order to maintain the quality of the electrical supply, the system must consist of sinusoidal, fundamental frequency and symmetric voltages; and loads that consume sinusoidal currents of fundamental frequency, balanced and in phase with the voltages. When any of these conditions is not met, phenomena occur that decrease the efficiency of the system and decrease the power quality, these phenomena can be mitigated by the use of active compensators connected in series or in parallel to the electrical system. The active compensators connected in parallel generate the inefficient currents demanded by the loads, allowing only the efficient currents to pass through the network, improving the performance of the system. The currents that must be injected by the converter are calculated based on an electric power theory that allows a correct identification of the inefficient components consumed by the load. A global compensation can be carried out whenever the power limit of the converters allows it, if the inefficiencies are greater than the capacity of a converter it can be considered partial compensation or selective compensation of inefficient phenomena. The electronic converters used for the connection of the generators distributed to the grid have the same topology as the active compensators, giving way to the development of hybrid generation/compensation systems. Given the intermittent nature of renewable energy sources, generation systems based on these do not make use of the nominal power of the converter at all times, so the difference between the active power injected and the nominal power of the converter can be used for inefficiencies compensation. In the present thesis the study of generation and compensation hybrid systems based on small wind energy systems is proposed, with the purpose of optimizing the use of the available power in the grid-connected converter to help to improve the power quality and the stability of the system. The proposed system covers the control of the small wind energy system, the transfer of energy to the grid and the compensation of inefficiencies, optimizing the use of the grid-connected converter. The use of fuzzy control techniques is proposed for the maximum power point tracking of the wind turbine and the control of the DC bus voltage; as well as the application of nonlinear control techniques for estimating the speed of rotation of the wind turbine. In the grid side, an algorithm for optimizing the use of the available power in the inverter is presented for the compensation of inefficiencies selectively, resulting in a generation/compensation system. The simulation results that help validate the system are presented; as well as the experimental results of the subsystems that have been implemented. It ends with the conclusions, contributions, lines of future work and publications derived from this doctoral thesis. / Martínez Márquez, CI. (2019). Contribuciones a la mejora de la eficiencia energética mediante convertidores electrónicos trifásicos de generación y compensación aplicados en sistemas de generación minieólica [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/125700 / TESIS

[ES] Las enfermedades cardiovasculares constituyen la principal causa de morbilidad y mortalidad a nivel mundial, causando en torno a 18 millones de muertes cada año. De entre ellas, la más común es la enfermedad isquémica cardíaca, habitualmente denominada como infarto de miocardio (IM). Tras superar un IM, un considerable número de pacientes desarrollan taquicardias ventriculares (TV) potencialmente mortales durante la fase crónica del IM, es decir, semanas, meses o incluso años después la fase aguda inicial. Este tipo concreto de TV normalmente se origina por una reentrada a través de canales de conducción (CC), filamentos de miocardio superviviente que atraviesan la cicatriz del infarto fibrosa y no conductora. Cuando los fármacos anti-arrítmicos resultan incapaces de evitar episodios recurrentes de TV, la ablación por radiofrecuencia (ARF), un procedimiento mínimamente invasivo realizado mediante cateterismo en el laboratorio de electrofisiología (EF), se usa habitualmente para interrumpir de manera permanente la propagación eléctrica a través de los CCs responsables de la TV. Sin embargo, además de ser invasivo, arriesgado y requerir mucho tiempo, en casos de TVs relacionadas con IM crónico, hasta un 50% de los pacientes continúa padeciendo episodios recurrentes de TV tras el procedimiento de ARF. Por tanto, existe la necesidad de desarrollar nuevas estrategias pre-procedimiento para mejorar la planificación de la ARF y, de ese modo, aumentar esta tasa de éxito relativamente baja. En primer lugar, realizamos una revisión exhaustiva de la literatura referente a los modelos cardiacos 3D existentes, con el fin de obtener un profundo conocimiento de sus principales características y los métodos usados en su construcción, con especial atención sobre los modelos orientados a simulación de EF cardíaca. Luego, usando datos clínicos de un paciente con historial de TV relacionada con infarto, diseñamos e implementamos una serie de estrategias y metodologías para (1) generar modelos computacionales 3D específicos de paciente de ventrículos infartados que puedan usarse para realizar simulaciones de EF cardíaca a nivel de órgano, incluyendo la cicatriz del infarto y la región circundante conocida como zona de borde (ZB); (2) construir modelos 3D de torso que permitan la obtención del ECG simulado; y (3) llevar a cabo estudios in-silico de EF personalizados y pre-procedimiento, tratando de replicar los verdaderos estudios de EF realizados en el laboratorio de EF antes de la ablación. La finalidad de estas metodologías es la de localizar los CCs en el modelo ventricular 3D para ayudar a definir los objetivos de ablación óptimos para el procedimiento de ARF. Por último, realizamos el estudio retrospectivo por simulación de un caso, en el que logramos inducir la TV reentrante relacionada con el infarto usando diferentes configuraciones de modelado para la ZB. Validamos nuestros resultados mediante la reproducción, con una precisión razonable, del ECG del paciente en TV, así como en ritmo sinusal a partir de los mapas de activación endocárdica obtenidos invasivamente mediante sistemas de mapeado electroanatómico en este último caso. Esto permitió encontrar la ubicación y analizar las características del CC responsable de la TV clínica. Cabe destacar que dicho estudio in-silico de EF podría haberse efectuado antes del procedimiento de ARF, puesto que nuestro planteamiento está completamente basado en datos clínicos no invasivos adquiridos antes de la intervención real. Estos resultados confirman la viabilidad de la realización de estudios in-silico de EF personalizados y pre-procedimiento de utilidad, así como el potencial del abordaje propuesto para llegar a ser en un futuro una herramienta de apoyo para la planificación de la ARF en casos de TVs reentrantes relacionadas con infarto. No obstante, la metodología propuesta requiere de notables mejoras y validación por medio de es / [CA] Les malalties cardiovasculars constitueixen la principal causa de morbiditat i mortalitat a nivell mundial, causant entorn a 18 milions de morts cada any. De elles, la més comuna és la malaltia isquèmica cardíaca, habitualment denominada infart de miocardi (IM). Després de superar un IM, un considerable nombre de pacients desenvolupen taquicàrdies ventriculars (TV) potencialment mortals durant la fase crònica de l'IM, és a dir, setmanes, mesos i fins i tot anys després de la fase aguda inicial. Aquest tipus concret de TV normalment s'origina per una reentrada a través dels canals de conducció (CC), filaments de miocardi supervivent que travessen la cicatriu de l'infart fibrosa i no conductora. Quan els fàrmacs anti-arítmics resulten incapaços d'evitar episodis recurrents de TV, l'ablació per radiofreqüència (ARF), un procediment mínimament invasiu realitzat mitjançant cateterisme en el laboratori de electrofisiologia (EF), s'usa habitualment per a interrompre de manera permanent la propagació elèctrica a través dels CCs responsables de la TV. No obstant això, a més de ser invasiu, arriscat i requerir molt de temps, en casos de TVs relacionades amb IM crònic fins a un 50% dels pacients continua patint episodis recurrents de TV després del procediment d'ARF. Per tant, existeix la necessitat de desenvolupar noves estratègies pre-procediment per a millorar la planificació de l'ARF i, d'aquesta manera, augmentar la taxa d'èxit, que es relativament baixa. En primer lloc, realitzem una revisió exhaustiva de la literatura referent als models cardíacs 3D existents, amb la finalitat d'obtindre un profund coneixement de les seues principals característiques i els mètodes usats en la seua construcció, amb especial atenció sobre els models orientats a simulació de EF cardíaca. Posteriorment, usant dades clíniques d'un pacient amb historial de TV relacionada amb infart, dissenyem i implementem una sèrie d'estratègies i metodologies per a (1) generar models computacionals 3D específics de pacient de ventricles infartats capaços de realitzar simulacions de EF cardíaca a nivell d'òrgan, incloent la cicatriu de l'infart i la regió circumdant coneguda com a zona de vora (ZV); (2) construir models 3D de tors que permeten l'obtenció del ECG simulat; i (3) dur a terme estudis in-silico de EF personalitzats i pre-procediment, tractant de replicar els vertaders estudis de EF realitzats en el laboratori de EF abans de l'ablació. La finalitat d'aquestes metodologies és la de localitzar els CCs en el model ventricular 3D per a ajudar a definir els objectius d'ablació òptims per al procediment d'ARF. Finalment, a manera de prova de concepte, realitzem l'estudi retrospectiu per simulació d'un cas, en el qual aconseguim induir la TV reentrant relacionada amb l'infart usant diferents configuracions de modelatge per a la ZV. Validem els nostres resultats mitjançant la reproducció, amb una precisió raonable, del ECG del pacient en TV, així com en ritme sinusal a partir dels mapes d'activació endocardíac obtinguts invasivament mitjançant sistemes de mapatge electro-anatòmic en aquest últim cas. Això va permetre trobar la ubicació i analitzar les característiques del CC responsable de la TV clínica. Cal destacar que aquest estudi in-silico de EF podria haver-se efectuat abans del procediment d'ARF, ja que el nostre plantejament està completament basat en dades clíniques no invasius adquirits abans de la intervenció real. Aquests resultats confirmen la viabilitat de la realització d'estudis in-silico de EF personalitzats i pre-procediment d'utilitat, així com el potencial de l'abordatge proposat per a arribar a ser en un futur una eina de suport per a la planificació de l'ARF en casos de TVs reentrants relacionades amb infart. No obstant això, la metodologia proposada requereix de notables millores i validació per mitjà d'estudis de simulació amb grans cohorts de pacients. / [EN] Cardiovascular diseases represent the main cause of morbidity and mortality worldwide, causing around 18 million deaths every year. Among these diseases, the most common one is the ischaemic heart disease, usually referred to as myocardial infarction (MI). After surviving to a MI, a considerable number of patients develop life-threatening ventricular tachycardias (VT) during the chronic stage of the MI, that is, weeks, months or even years after the initial acute phase. This particular type of VT is typically sustained by reentry through slow conducting channels (CC), which are filaments of surviving myocardium that cross the non-conducting fibrotic infarct scar. When anti-arrhythmic drugs are unable to prevent recurrent VT episodes, radiofrequency ablation (RFA), a minimally invasive procedure performed by catheterization in the electrophysiology (EP) laboratory, is commonly used to interrupt the electrical conduction through the CCs responsible for the VT permanently. However, besides being invasive, risky and time-consuming, in the cases of VTs related to chronic MI, up to 50% of patients continue suffering from recurrent VT episodes after the RFA procedure. Therefore, there exists a need to develop novel pre-procedural strategies to improve RFA planning and, thereby, increase this relatively low success rate. First, we conducted an exhaustive review of the literature associated with the existing 3D cardiac models in order to gain a deep knowledge about their main features and the methods used for their construction, with special focus on those models oriented to simulation of cardiac EP. Later, using a clinical dataset of a chronically infarcted patient with a history of infarct-related VT, we designed and implemented a number of strategies and methodologies to (1) build patient-specific 3D computational models of infarcted ventricles that can be used to perform simulations of cardiac EP at the organ level, including the infarct scar and the surrounding region known as border zone (BZ); (2) construct 3D torso models that enable to compute the simulated ECG; and (3) carry out pre-procedural personalized in-silico EP studies, trying to replicate the actual EP studies conducted in the EP laboratory prior to the ablation. The goal of these methodologies is to allow locating the CCs into the 3D ventricular model in order to help in defining the optimal ablation targets for the RFA procedure. Lastly, as a proof-of-concept, we performed a retrospective simulation case study, in which we were able to induce an infarct-related reentrant VT using different modelling configurations for the BZ. We validated our results by reproducing with a reasonable accuracy the patient's ECG during VT, as well as in sinus rhythm from the endocardial activation maps invasively recorded via electroanatomical mapping systems in this latter case. This allowed us to find the location and analyse the features of the CC responsible for the clinical VT. Importantly, such in-silico EP study might have been conducted prior to the RFA procedure, since our approach is completely based on non-invasive clinical data acquired before the real intervention. These results confirm the feasibility of performing useful pre-procedural personalized in-silico EP studies, as well as the potential of the proposed approach to become a helpful tool for RFA planning in cases of infarct-related reentrant VTs in the future. Nevertheless, the developed methodology requires further improvements and validation by means of simulation studies including large cohorts of patients. / During the carrying out of this doctoral thesis, the author Alejandro Daniel López Pérez was financially supported by the Ministerio de Economía, Industria y Competitividad of Spain through the program Ayudas para contratos predoctorales para la formación de doctores, with the grant number BES-2013-064089. / López Pérez, AD. (2019). Computational modelling of the human heart and multiscale simulation of its electrophysiological activity aimed at the treatment of cardiac arrhythmias related to ischaemia and Infarction [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/124973 / TESIS

[EN] Chronic pain disease has 35-50% of prevalence worldwide. When drugs stop working, spinal cord stimulation (SCS) therapy is a non-drug alternative treatment for several conditions of chronic pain, such as neuropathic pain. In the last 40 years, SCS computational modeling has been the key tool to analyze and understand the effect of the stimulation parameters on neural response. However, the lack of realistic models limits the model-based predictions accuracy for SCS therapy optimization concerning the stimulation parameters management and the development of clinical applications. This thesis presents three improvements in SCS modeling from cellular to organic levels: · Cellular level: a human A -beta sensory myelinated nerve fiber model is shown. The model simulates the action potential creation and propagation of human sensory fibers produced by electrical stimulation. Moreover, to consider the current losses produced at the internodal compartments, a realistic myelin model is included. · Organic level: two spinal cord volume conductor models are presented. The first one is a generalized SCS model, which is based on in vivo 3T high-resolution magnetic resonance images from the human spinal cord, solving then one of the main limitations of previous SCS models, which is the inclusion of cadaveric measurements. The second one is a 3D patient-specific SCS model, which includes the entire spinal cord geometry variation of three different vertebral levels (T8, T9, and T10) from patients undergoing SCS treatment. This novel approach is validated clinically, showing that patient-specific modeling improves model-based predictions accuracy compared to generalized SCS models. In addition to this, this thesis presents three studies related to SCS therapy by using the three computational models developed previously: - Role of stimulation frequency: it is performed using the human A-beta sensory myelinated nerve fiber model. The outcome of this study showed that frequency could have a significant influence on the reduction or increase of the neuron activity, participating thus in the selection of the targeted neural elements in SCS therapy, in tonic stimulation. - Effect of electrode polarity: using the 3D generalized SCS model, the effect of the most used and known polarities (bipolar, guarded cathode, and dual-guarded cathode) is shown. The results showed that, unlike guarded cathode, dual-guarded cathode maximized the activating area and depth in dorsal columns, also increasing the probability of activating dorsal roots fibers. - Clinical applications: the pre-implantation selection of the electrode polarity was performed with the 3D patient-specific model. The findings showed that this clinical application could determine the electrode configurations that best overlapped paresthesia coverage to the painful dermatomes of the patient before the SCS device implant. On the other hand, the effect of offset electrodes was also investigated. In this case, the results revealed that staggered offset placement canceled the left- or right-activation displacement in the dorsal columns, suggesting that offset electrodes placement should be avoided in tonic stimulation. / [ES] El dolor crónico es una enfermedad que tiene una prevalencia de entre el 35% y el 50% de la población mundial. Cuando los fármacos dejan de hacer efecto, la terapia de estimulación de médula espinal (EME) es una alternativa no farmacológica que se usa para el tratamiento de diversas condiciones de dolor crónico, como el dolor neuropático. En los últimos 40 años, el modelado computacional de la EME ha sido la herramienta clave para analizar y entender el efecto de los parámetros de estimulación eléctrica en la respuesta neuronal. Sin embargo, la falta de modelos realistas limita la precisión de las predicciones de los modelos para la optimización de la terapia de EME, en referencia a la programación de los parámetros de estimulación y el desarrollo de aplicaciones clínicas. Esta tesis presenta tres mejoras en el modelado computacional de la terapia de EME, desde el nivel celular hasta el nivel orgánico: · Nivel celular: se presenta un modelo de fibra mielínica A-beta sensitiva humana. El modelo simula la creación y propagación del potencial de acción de fibras humanas sensitivas que se produce bajo el efecto de un estímulo eléctrico. Además, con el fin de considerar las pérdidas de corriente producidas en los compartimentos internodales, la mielina se modeliza de forma realista. · Nivel orgánico: se presentan dos modelos de conductor volumétrico de médula espinal. El primero se trata de un modelo de EME generalizado, el cual está basado en imágenes de resonancia magnética de 3T de alta resolución de médula espinal humana obtenidas in vivo. Esta propuesta resuelve una de las principales limitaciones presente en modelos de EME anteriores, que es la inclusión de medidas geométricas obtenidas de cadáveres. El segundo modelo es un modelo tridimensional personalizado al paciente, el cual incluye la variación de la geometría de la médula espinal en tres niveles vertebrales diferentes (T8, T9 y T10) a partir de pacientes sometidos al tratamiento de EME. Esta novedosa propuesta es validada clínicamente, mostrando además que el modelado computacional personalizado mejora la precisión de las predicciones del modelo en comparación a un modelo generalizado. Además, esta tesis presenta tres estudios relacionados con la terapia de EME usando los tres modelos desarrollados previamente: - El papel de la frecuencia de estimulación: se realiza mediante el uso del modelo de fibra mielínica A -beta sensitiva humana. Los resultados de este estudio muestran que la frecuencia podría tener una influencia significante en la reducción o aumento de la actividad de la neurona, participando de este modo en la selección de los elementos neurales objetivo en la terapia de EME, en estimulación tónica. - Efecto de la polaridad del electrodo: usando el modelo 3D generalizado de EME, se muestra el efecto de las polaridades más conocidas y usadas: bipolar, cátodo guardado y doble-cátodo guardado. Los resultados muestran que, a diferencia del cátodo guardado, la polaridad de doble-cátodo guardado maximiza el área y profundidad de activación en los cordones posteriores, aumentando también la probabilidad de activar las fibras de las raíces dorsales. - Aplicaciones clínicas: usando el modelo 3D personalizado al paciente, se ha realizado la selección pre-implante de la polaridad del electrodo. Los resultados muestran que esta aplicación clínica podría determinar las configuraciones de electrodos que mejor solapan la cobertura de parestesia con los dermatomas dolorosos del paciente antes del implante del dispositivo de EME. Por otro lado, también se ha estudiado el efecto de la posición escalonada de los electrodos en el paciente. En este caso, los resultados revelan que el posicionamiento escalonado cancela el desplazamiento izquierdo o derecho de la activación neuronal en los cordones posteriores, sugiriendo así que el posicionamiento escalonado debería evitarse cuando se aplica la estimu / [CAT] El dolor crònic es una enfermetat amb una prevalència d'entre el 35% i el 50% de la població mundial. Quan els fàrmacs deixen de fer efecte, la teràpia d'estimulació de mèdul·la espinal (EME) és una alternativa no farmacològica que s'usa per al tractament de diverses condicions de dolor crònic, com el dolor neuropàtic. En els últims 40 anys, el modelatge computacional de l'EME ha sigut la ferramenta clau per a analitzar i entendre l'efecte dels paràmetres d'estimulació elèctrica en la resposta neuronal. No obstant això, la falta de models realistes limita la precisió de les prediccions dels models per a l'optimizació de la teràpia d'EME, en referència a la programació dels paràmetres d'estimulació i el desenvolupament d'aplicacions clíniques. Esta tesi presenta tres millores en el modelatge computacional de la teràpia d'EME, des del nivell cel·lular fins al nivell orgànic: · Nivell cel·lular: es presenta un model de fibra mielínica A-beta sensitiva humana. El model simula la creació i propagació del potencial d'acció de fibres humanes sensitives que es produeix baix l'efecte d'un estímul elèctric. A més a més, amb la finalitat de considerar les pèrdues de corrent produïdes als compartiments internodals, la mielina es modela de forma realista. · Nivell orgànic: es presenten dos models de conductor volumètric de mèdul·la espinal. El primer es tracta d'un model d'EME generalitzat, el qual es basa en imatges de ressonància magnètica de 3T d'alta resolució de mèdul·la espinal humana obtingudes in vivo. Esta proposta resol una de les principals limitacions present en models d'EME anteriors, que és la inclusió de mesures geomètriques obtingudes de cadàvers. El segon model és un model tridimensional personalitzat al pacient, el qual inclou la variació de la geometria de la mèdul·la espinal en tres nivells vertebrals diferentes (T8, T9 i T10) a partir de pacients sotmesos al tractament d'EME. Aquesta innovadora proposta és validada clínicament, demostrant també que el modelatge computacional personalitzat millora la precisió de les prediccions del model en comparació a un model generalitzat. A més, esta tesi presenta tres estudis relacionats amb la teràpia d'EME utilitzant els tres models desenvolupats prèviament: - El paper de la freqüència d'estimulació: es realitza mitjançant l'ús del model de fibra mielínica A-beta sensitiva humana. Els resultats d'este estudi mostren que la freqüència podria tindre una influència significant en la reducció o augment de l'activitat de la neurona, participant així en la selecció dels elements neurals objectiu en la teràpia d'EME, en estimulació tònica. - Efecte de la polaritat de l'elèctrode: usant el model 3D generalitzat d'EME, es mostra l'efecte de les polaritats més conegudes i utilitzades: bipolar, càtode guardat i doble-càtode guardat. Els resultats mostren que, a diferència del càtode guardat, la polaritat de doble-càtode guardat maximitza l'àrea i profunditat d'activació en els cordons posteriors, augmentant també la probabilitat d'activar les fibres de les arrels dorsals. - Aplicacions clíniques: usant el model 3D personalitzat al pacient, s'ha realitzat la selecció pre-implant de la polaritat de l'elèctrode. Els resultats mostren que esta aplicació clínica podria determinar les configuracions d'elèctrodes que millor solapen la cobertura de parestèsia amb els dermatomes dolorosos del pacient abans de l'implant del dispositiu d'EME. D'altra banda, també s'ha estudiat l'efecte de la posició esglaonada dels elèctrodes en el pacient. En este cas, els resultats revelen que el posicionament esglaonat cancel·la el desplaçament esquerre o dret de l'activació neuronal en els cordons posteriors, sugerint així que el posicionament esglaonat deuria evitar-se quan s'aplica l'estimulació tònica. / Solanes Galbis, C. (2021). Patient-specific computational modeling for spinal cord stimulation therapy optimization [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/176007 / TESIS

Existen muchos trabajos relacionados con el diseño y desarrollo de nodos sensores, donde se presentan gran variedad de aplicaciones. Las redes de sensores inalámbricos pueden facilitarnos y mejorar algunos aspectos de nuestra vida diaria. Es fácil, pensar que si este tipo de dispositivo es tan beneficioso para nosotros y para el entorno donde vivimos, su precio debería ser relativamente barato. Pero podemos comprobar que esto no es así. ¿Por qué estos dispositivos son tan caros? ¿Sería posible desarrollar dispositivos con las mismas capacidades y precios más económicos? ¿Cómo puedo fabricar mis nodos sensores de bajo coste? Esta tesis responde a estas preguntas y muestra algunas de las muchas aplicaciones que los nodos sensores pueden tener. En esta tesis hemos propuesto (e implementado en algunos casos) el desarrollo de nodos sensores para la monitorización del medio, a partir de dispositivos de bajo coste. Para la implementación de un nodo sensor, y en definitiva la red que une a todos estos nodos, es importante conocer el medio donde trabajarán. A lo largo de este documento se presentan las investigaciones llevadas a cabo para el desarrollo de sensores en tres ámbitos de aplicación. En el primero de ellos, se desarrollan dispositivos multisenores para la monitorización del medio. La aplicación de las redes de sensores inalámbricas al medio natural, precisa un estudio de cómo se ven afectadas las señales, en función de la distancia, vegetación, humedad del ambiente, etc. Focalizamos nuestros desarrollos en la verificación de incendios en zonas rurales y en el control de plagas en viñedos donde la detección precoz de estos eventos genera elevados ahorros económicos. También proponemos el desarrollo de una red de collares sensores para ganado domestico, que nos ayudará a reducir y prevenir en muchos casos, los ataques de lobos y hurtos de crías. Por último, dentro de este grupo, presentamos una red permite detectar anomalía de los materiales en edificios y red de sensores que nos permite monitorizar las personas mayores o deficientes, que se mueven junto con un grupo, en una excursión o actividad. El segundo grupo de aplicaciones, hace referencia a la monitorización de espacios en entornos de interior. Para ello hemos analizado el comportamiento de las señales inalámbricas en diferentes escenarios. Los resultados, nos han permitido extraer un nuevo método de diseño de las redes inalámbricas en interiores. Nuestro método, permite definir la mejor ubicación de los dispositivos de red y nodos sensores en interiores con un ahorro en el número de sensores del 15%. Por último, se presenta el estudio sobre las comunicaciones subacuáticas basadas en las ondas electromagnéticas donde analizamos la dependencia de las comunicaciones subacuáticas en agua dulce en función de la frecuencia, temperatura, tasas de transferencia de datos y modulación. Relacionado con el medio subacuático, presentamos 2 propuestas. La primera de ellas hace referencia a la implementación de una red de sensores para granjas marinas que nos permite reducir la cantidad de residuos depositados en el lecho marino y reducir el porcentaje de comida desperdiciada. La segunda propuesta es el desarrollo de dos sensores oceanográficos que nos permitirían controlar la cantidad de comida y heces depositadas en el suelo y controlar la turbidez del agua de manera muy simple y económica Todos estos desarrollos y propuestas, han estado precedidos por un exhaustivo estudio sobre los problemas energéticos que las redes de sensores inalámbricas presentan y las técnicas que pueden emplearse, para prolongar la vida útil de la red y mejorar su estabilidad. / There are many works related to the design and development of sensor nodes which present several applications. Wireless sensor networks can facilitate and improve some aspects of our daily lives. It is easy to think that if this type of device is so beneficial to us and to our environment, its price should be relatively cheap. But we can see that this is not true. Why these devices are so expensive? Would it be possible to develop devices with the same capabilities and lower prices? How can I make my low-cost sensor nodes? This dissertation answers these questions and shows some of the many applications that sensor nodes may have. In this dissertation, we propose (and implement in some cases) the development of sensor nodes for environmental monitoring, from low-cost devices. For the implementation of a sensor node and network which joins all these nodes, it is important to know the environment where they will work. Throughout this dissertation, we present the research carried out for the development of sensors in three main application areas. In the first of these areas, we present multisensor devices developed for environmental monitoring. The application of wireless sensor networks to the environment requires a study of how signals are affected depending on the distance, vegetation, ambient humidity, etc. We focus our developments on the fire detection in rural areas and on the control of pests in vineyards where the early detection of these events generates high economic savings. We also propose the development of a sensor network which will help us to reduce and prevent wolves¿ attacks and theft in livestock. Finally, within this group, we present a network to detect material anomalies in building and a sensor network which allows us to monitor the elderly or disabled people who move along with a group on a tour or activity. The second group of applications is related to the monitoring of spaces in indoor environments. For this, we analyze the behavior of wireless signals in different scenarios. These results allowed us to extract a new method for designing wireless networks in indoor environments. Our method allows defining the best location of network devices and sensor nodes indoors saving 15% of the sensors needed. Finally, we present a study on underwater freshwater communications based on electromagnetic waves, where we analyze the dependency of underwater communications as a function of working frequency, temperature, data transfer rates and modulation. Related to underwater environment, we present two proposals. First one refers to the implementation of a sensor network for marine farms which allows us to reduce the amount of waste deposited on the seabed and reduce the percentage of wasted food. The second proposal is the development of two oceanographic sensors which allow us to control the amount of food and feces deposited in seabed and the water turbidity control in a very simple and inexpensive way. All these developments and proposals have been preceded by a comprehensive study on the energy problems in wireless sensor networks. We have also presented several techniques which can be used to prolong the network lifetime and improve its stability. / Sendra Compte, S. (2013). Deployment of Efficient Wireless Sensor Nodes for Monitoring in Rural, Indoor and Underwater Environments [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/32279 / Alfresco