Tesis por compendio / [ES] La fibrilación auricular (FA) es la arritmia más prevalente en el mundo y está asociada con una elevada morbilidad, mortalidad y costes sanitarios. A pesar de los avances en opciones de tratamiento farmacológico y terapia de ablación, el manejo de la FA todavía tiene margen de mejora. La imagen electrocardiográfica (ECGI) se ha destacado como un prometedor método no invasivo para evaluar la electrofisiología cardíaca y guiar las decisiones terapéuticas en casos de fibrilación auricular. No obstante, el ECGI se enfrenta a desafíos como la necesidad de resolver de manera precisa el denominado problema inverso de la electrocardiografía y de optimizar la calidad de las reconstrucciones de ECGI. Además, la integración del ECGI en los procesos clínicos rutinarios sigue siendo un reto, en gran medida debido a los costos que supone la necesidad de imágenes cardíacas. Por ello, los objetivos principales de esta tesis doctoral son impulsar la tecnología ECGI mediante la determinación de sus requisitos técnicos mínimos y la mejora de las metodologías existentes para obtener señales de ECGI precisas. Asimismo, buscamos evaluar la capacidad de ECGI para cuantificar de forma no invasiva la complejidad de la FA. Para lograr estos objetivos, se han llevado a cabo diversos estudios a lo largo de la tesis, desde el perfeccionamiento del ECGI hasta la evaluación de la FA utilizando esta tecnología. En primer lugar, se han estudiado los requisitos geométricos y de señal del problema inverso mediante el estudio de los efectos de la densidad de la malla del torso y la distribución de electrodos en la precisión del ECGI, lo que ha conducido a la identificación del número mínimo de nodos y su distribución en la malla del torso. Además, hemos identificado que para obtener señales de ECGI de alta calidad, es crucial la correcta disposición de los electrodos en la malla del torso reconstruido. Asimismo, se ha definido y evaluado una nueva metodología de ECGI sin necesidad de usar técnicas de imagen cardiaca. Para ello, hemos comparado métricas derivadas del ECGI calculadas con la geometría original del corazón de los pacientes con las métricas medidas en diferentes geometrías cardíacas. Nuestros resultados han mostrado que el ECGI sin necesidad de imágenes cardíacas es efectivo para la correcta cuantificación y localización de los patrones y zonas que mantienen la FA. En paralelo, hemos optimizado la regularización de Tikhonov de orden cero actual y la optimización de la curva L para el cálculo de las señales ECGI, investigando cómo el ruido eléctrico y las incertidumbres geométricas influyen en la regularización. A partir de ello, propusimos un nuevo criterio que realza la precisión de las soluciones de ECGI en escenarios con incertidumbre debido a condiciones de señal no ideales. En segundo lugar, en esta tesis doctoral, se han llevado a cabo múltiples análisis relativos a diferentes metodologías de procesado de señales y obtención métricas derivadas del ECGI con el fin de caracterizar mejor el sustrato cardíaco y la actividad reentrante en las señales de ECGI de pacientes con FA. Con el objetivo de obtener una comprensión más profunda de los mecanismos electrofisiológicos subyacentes a la FA, hemos establecido la estrategia de filtrado óptima para extraer patrones reentrantes específicos del paciente y métricas derivadas de señales ECGI. Además, hemos investigado la reproducibilidad de los mapas de reentradas derivados de las señales de ECGI y hemos encontrado su relación con el éxito de la ablación de venas pulmonares (PVI). Nuestros resultados han mostrado que una mayor reproducibilidad en los patrones reentrantes de FA detectados con ECGI está relacionada con el éxito de la PVI, creando una metodología para estratificar a los pacientes con FA antes de los procedimientos de ablación. / [CA] La fibril·lació auricular (FA) és l'arrítmia més prevalent al món i està associada amb una elevada morbiditat, mortalitat i costos sanitaris. Malgrat els avanços en opcions de tractament farmacològic i teràpies d'ablació, el maneig de la FA encara té marge de millora. La imatge electrocardiogràfica (ECGI) s'ha destacat com un prometedor mètode no invasiu per a avaluar l'electrofisiologia cardíaca i guiar les decisions terapèutiques en casos de fibril·lació auricular. No obstant això, l'ECGI s'enfronta a desafiaments com la necessitat de resoldre de manera precisa el denominat problema invers de la electrocardiografia i d'optimitzar la qualitat de les reconstruccions de ECGI. A més, la integració del ECGI en els processos clínics rutinaris continua sent un repte, en gran manera a causa dels costos que suposa la necessitat d'imatges cardíaques. Per això, els objectius principals d'aquesta tesi doctoral són impulsar la tecnologia de l'ECGI mitjançant la determinació dels seus requisits tècnics mínims i la millora de les metodologies existents per obtenir senyals d'ECGI precises. A més, busquem avaluar la capacitat de l'ECGI per quantificar de forma no invasiva la complexitat de la FA. Per a aconseguir aquests objectius, s'han dut a terme diversos estudis al llarg de la tesi, des del perfeccionament de l'ECGI fins a l'avaluació de la FA utilitzant aquesta tecnologia. En primer lloc, hem estudiat els requisits geomètrics i de senyal del problema invers mitjançant l'estudi dels efectes de la densitat de la malla del tors i la distribució d'elèctrodes en la precisió de l'ECGI, el que ha conduït a la identificació del nombre mínim de nodes i la seva distribució en la malla del tors. A més, hem identificat que per obtindre senyals d'ECGI d'alta qualitat, és crucial la correcta disposició dels elèctrodes en la malla del tors reconstruïda. També s'ha definit i avaluat una nova metodologia d'ECGI sense necessitat d'utilitzar tècniques d'imatge cardíaca. Per a això, hem comparat mètriques derivades de l'ECGI calculades amb la geometria original del cor dels pacients amb les mètriques mesurades en diferents geometries cardíaques. Els nostres resultats han mostrat que l'ECGI sense necessitat d'imatges cardíaques és efectiu per a la correcta quantificació i localització dels patrons i zones que mantenen la FA. Paral·lelament, hem optimitzat la regularització de Tikhonov d'ordre zero actual i l'optimització de la corba L per al càlcul de les senyals d'ECGI, investigant com el soroll elèctric i les incerteses geomètriques influeixen en la regularització. Addicionalment, vam proposar un nou criteri que reforça la precisió de les solucions d'ECGI en escenaris amb incertesa degut a condicions de senyal no ideals. En segon lloc, en aquesta tesi doctoral, s'han dut a terme múltiples anàlisis relatius a diferents metodologies de processament de senyals i obtenció de mètriques derivades de l'ECGI amb l'objectiu de caracteritzar millor el substrat cardíac i l'activitat reentrant en les senyals d'ECGI de pacients amb FA. Amb l'objectiu d'obtindre una comprensió més profunda dels mecanismes electrofisiològics subjacents a la FA, hem establert l'estratègia de filtrat òptima per extreure patrons reentrants específics del pacient i mètriques derivades de senyals ECGI. A més, hem investigat la reproductibilitat dels mapes de reentrades derivats de les senyals d'ECGI i hem trobat la seva relació amb l'èxit de l'ablació de venes pulmonars (PVI). Els nostres resultats han mostrat que una major reproductibilitat en els patrons reentrants de FA detectats amb ECGI està relacionada amb l'èxit de la PVI, creant una metodologia per estratificar els pacients amb FA abans dels procediments d'ablació. / [EN] Atrial fibrillation (AF) is the most prevalent arrhythmia in the world and is associated with significant morbidity, mortality, and healthcare costs. Despite advancements in pharmaceutical treatment alternatives and ablation therapy, AF management remains suboptimal. Electrocardiographic Imaging (ECGI) has emerged as a promising non-invasive method for assessing cardiac electrophysiology and guiding therapeutic decisions in atrial fibrillation. However, ECGI faces challenges in dealing with accurately resolving the ill-posed inverse problem of electrocardiography and optimizing the quality of ECGI reconstructions. Additionally, the integration of ECGI into clinical workflows is still a challenge that is hindered by the associated costs arising from the need for cardiac imaging. For this purpose, the main objectives of this PhD thesis are to advance ECGI technology by determining the minimal technical requirements and refining existing methodologies for acquiring accurate ECGI signals. In addition, we aim to assess the capacity of ECGI for noninvasively quantifying AF complexity. To fulfill these objectives, several studies were developed throughout the thesis, advancing from ECGI enhancement to AF evaluation using ECGI. Firstly, geometric and signal requirements of the inverse problem were addressed by studying the effects of torso mesh density and electrode distribution on ECGI accuracy, leading to the identification of the minimal number of nodes and their distribution on the torso mesh. Besides, we identified that the correct location of the electrodes on the reconstructed torso mesh is critical for the accurate ECGI signal obtention. Additionally, a new methodology of imageless ECGI was defined and assessed by comparing ECGI-derived drivers computed with the original heart geometry of the patients to the drivers measured in different heart geometries. Our results showed the ability of imageless ECGI to the correct quantification and location of atrial fibrillation drivers, validating the use of ECGI without the need for cardiac imaging. Also, the current state of-the-art zero-order Tikhonov regularization and L-curve optimization for computing ECGI signals were improved by investigating the impact of electrical noise and geometrical uncertainties on the regularization. We proposed a new criterion that enhances the accuracy and reliability of ECGI solutions in situations with uncertainty from unfavorable signal conditions. Secondly, in this PhD thesis, several analyses, signal processing methodologies, and ECGIderived metrics were investigated to better characterize the cardiac substrate and reentrant activity in ECGI signals from AF patients. With the objective of obtaining a deeper understanding of the electrophysiological mechanisms underlying AF, we established the optimal filtering strategy to extract patient-specific reentrant patterns and derived metrics in ECGI signals. Furthermore, we investigated the reproducibility of the obtained ECGI-reentrant maps and linked them to the success of PVI ablation. Our results showed that higher reproducibility on AF drivers detected with ECGI is linked with the success of PVI, creating a proof-of-concept mechanism for stratifying AF patients prior to ablation procedures. / This work was supported by: Instituto de Salud Carlos III, and Ministerio de Ciencia e Innovación (supported by FEDER Fondo Europeo de Desarrollo Regional DIDIMO PLEC2021- 007614, ESSENCE PID2020-119364RB-I00, and RYC2018- 024346B-750), EIT Health (Activity code SAVE-COR 220385, EIT Health is supported by EIT, a body of the European Union) and Generalitat Valenciana Conselleria d’Educació, Investigació, Cultura i Esport (ACIF/2020/265 and BEFPI/2021/062). / Molero Alabau, R. (2023). Estimation of Atrial Electrical Complexity during Atrial Fibrillation by Solving the Inverse Problem of Electrocardiography [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/199029 / Compendio

[ES] Los aisladores eléctricos de alta tensión desempeñan un papel fundamental de la red de distribución y transporte de energía eléctrica, pudiendo provocar fallos imprevistos de suministro eléctrico, dando lugar a importantes impactos socio-económicos. Las descargas disruptivas por contaminación o envejecimiento de los materiales amenazan continuamente la fiabilidad de la red eléctrica, constituyendo uno de los mayores retos para los diseñadores e ingenieros de mantenimiento de la red eléctrica. En la actualidad, no existen métodos eficaces para la monitorización continua de los niveles de envejecimiento de los materiales o de de contaminación en la superficie de los aisladores durante la operación normal, por lo tanto, se recurre al mantenimiento periódico de los mismos para garantizar la continuidad del suministro eléctrico. El desarrollo de una herramienta que permita monitorizar en tiempo real los depósitos de contaminación durante la operación normal proporcionaría información muy valiosa para el mantenimiento preventivo de los aisladores eléctricos de alta tensión y/o el seguimiento del estado superficial de los aisladores. La corriente de fuga registrada en los aisladores eléctricos podría utilizarse como una medida indirecta de los depósitos de contaminación. No obstante, además de por los depósitos de contaminación y el envejecimiento de los materiales, la medida de la corriente de fuga también se ve influenciada por una serie de factores ambientales, como temperatura, humedad, dirección y velocidad del viento entre otros. Por tanto, se pretende desarrollar una técnica de procesado para estimar la corriente de fuga asociada a los depósitos de contaminación (PLC) cancelando la influencia de las variables ambientales. / [CA] Els aïlladors elèctrics d'alta tensió exerceixen un paper fonamental de la xarxa de distribució i transport d'energia elèctrica, podent provocar errors imprevistos de subministrament elèctric, donant lloc a importants impactes socioeconòmics. Les descàrregues disruptives per contaminació o envelliment dels materials amenacen contínuament la fiabilitat de la xarxa elèctrica, constituint un dels reptes més grans per als dissenyadors i enginyers de manteniment de la xarxa elèctrica. En l'actualitat, no hi ha mètodes eficaços per a la monitorització contínua dels nivells d'envelliment dels materials o de de contaminació a la superfície dels aïlladors durant l'operació normal, per tant, es recorre al manteniment periòdic dels mateixos per garantir-ne la continuïtat del subministrament elèctric. El desenvolupament d"una eina que permeti monitoritzar en temps real els dipòsits de contaminació durant l"operació normal proporcionaria informació molt valuosa per al manteniment preventiu dels aïlladors elèctrics d"alta tensió i/o el seguiment de l"estat superficial dels aïlladors. El corrent de fugida registrat als aïlladors elèctrics podria utilitzar-se com una mesura indirecta dels dipòsits de contaminació. No obstant això, a més dels dipòsits de contaminació i l'envelliment dels materials, la mesura del corrent de fugida també es veu influenciada per una sèrie de factors ambientals, com ara temperatura, humitat, direcció i velocitat del vent entre d'altres. Per tant, es pretén desenvolupar una tècnica de processament per estimar el corrent de fugida associat als dipòsits de contaminació (PLC) cancel·lant la influència de les variables ambientals. / [EN] High-voltage electrical insulators play a fundamental role in the electricity distribution and transmission network, and can cause unforeseen power supply failures, giving rise to significant socio-economic impacts. Disruptive discharges due to contamination or aging of materials continually threaten the reliability of the electrical network, constituting one of the greatest challenges for designers and maintenance engineers of the electrical network. At present, there are no effective methods for the continuous monitoring of the levels of aging of the materials or of contamination on the surface of the insulators during normal operation, therefore, periodic maintenance is used to guarantee the continuity of electrical supply. The development of a tool that allows real-time monitoring of contamination deposits during normal operation would provide very valuable information for preventive maintenance of high-voltage electrical insulators and/or monitoring of the surface condition of the insulators. Leakage current recorded in electrical insulators could be used as an indirect measure of contamination deposits. However, in addition to the contamination deposits and the aging of the materials, the measurement of the leakage current is also influenced by a series of environmental factors, such as temperature, humidity, wind direction and speed, among others. Therefore, it is intended to develop a processing technique to estimate the leakage current associated with pollution deposits (PLC) canceling the influence of environmental variables. / Bueno Barrachina, JM. (2023). Contribución al mantenimiento de aisladores de alta tensión en servicio basado en medidas de corrientes de fuga [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/199256

[ES] El cáncer de mama es uno de los tumores más frecuentes en la población femenina, estableciéndose una prevalencia global en los países occidentales alrededor del 12,5%, es decir, aproximadamente una de cada ocho mujeres padecerá cáncer de mama a lo largo de su vida. En la lucha por la reducción del impacto de esta enfermedad en la sociedad y en las entidades sanitarias públicas, en los últimos años se han desarrollado diferentes propuestas, siendo la estratificación de la población general uno de dichos métodos. Estos sistemas de estratificación permiten clasificar a la población general en función del riesgo a padecer cáncer de mama de manera individual usando diferentes variables genéticas, fenotípicas o ambientales. En la presente tesis, partiendo de una cohorte caso - control retrospectivo, basado en población española femenina, se aplicarán diferentes modelos matemáticos utilizando variables genéticas, fenotípicas y combinando ambas. Estos modelos permitirán la estratificación de la población general femenina en función del riesgo individual a padecer cáncer de mama esporádico. En un primer estudio se evaluaron las variables genéticas como factor discriminante en la cohorte caso - control estudiado. Estas variables son variantes genéticas puntuales denominados SNPs (single nucleotide polymorphism). Estas variantes fueron seleccionadas mediante estudios GWAs (genome-wide association study) basados en cohortes casos-control, asociados a cáncer de mama esporádico y usando miles de mujeres de población general Caucásica. Estas alteraciones, estadísticamente significativas y asociadas a fenotipo, tienen escaso efecto funcional, poca penetrancia, son relativamente frecuentes en la población y con asociación individual a un riesgo bajo o moderado a padecer cáncer de mama. En la presente tesis, se utilizaron inicialmente 121 de estos SNPs descritos anteriormente y combinados mediante modelos "polygenic risk score" (PRS) para evaluar su poder discriminante en función del riesgo individual a padecer cáncer de mama esporádico en una cohorte caso-control representativa de la población española. En un segundo estudio se evaluaron las variables fenotípicas como factores discriminantes de la cohorte caso- control estudiado. Los factores de riesgo fenotípicos seleccionados se obtuvieron a partir de bibliografía científica mayoritariamente de población española y son; la densidad mamaria, el estatus de menopausia, la edad de la mujer, la edad de menarquia, edad el primer hijo nacido vivo y los posibles antecedentes familiares. En un tercer estudio se evaluó la significancia y el poder discriminante utilizando un modelo logístico que combina las variables genéticas agrupadas mediante un PRS, las variables fenotípicas, y la interacción de algunas de estas variables. Se evaluó la posible utilidad del modelo para la clasificación de la cohorte representativa de la población española en función del riesgo individual a padecer cáncer de mama esporádico. En la presente tesis se presenta un modelo matemático que combina factores genéticos y fenotípicos de riesgo a padecer cáncer de mama esporádico. En este estudio se demuestra la sinergia y la ausencia de colinealidad entre este tipo de variables, permitiendo obtener una capacidad discriminante entre las mujeresque desarrollaron cáncer de mama esporádico durante los siguientes cinco años después de la toma de los datos y mujeres sanas que no lo desarrollaron. Esta capacidad discriminante obtenida mediante estos modelos combinados de los factores de riesgo es mayor que la obtenida usando modelos basados solo en los factores de riesgo individuales. También permite, como prueba de concepto, valorar su posible utilidad en un sistema de cribado mediante la clasificación de la población general en diferentes categorías en función de su riesgo a padecer cáncer de mama esporádico / [CA] El càncer de mama és un dels tumors més freqüents en la població femenina, establintse una prevalença global als països occidentals al voltant del 12,5%, és a dir, aproximadament una de cada huit dones patirà càncer de mama al llarg de la seua vida. En la lluita per la reducció de l'impacte d'aquesta malaltia en la societat i en les entitats sanitàries públiques, en els últims anys s'han desenvolupat diferents propostes, sent l'estratificació de la població general un d'aquests mètodes. Aquests sistemes d'estratificació permeten classificar a la població general en funció del risc a patir càncer de mama de manera individual usant diferents variables genètiques, fenotípiques o ambientals. En la present tesi, partint d'una cohort case - control retrospectiu, basat en població espanyola femenina, s'aplicaran diferents models matemàtics utilitzant variables genètiques, fenotípiques i combinant ambdues. Aquests models permetran l'estratificació de la població general femenina en funció del risc individual a patir càncer de mama esporàdic. En un primer estudi es van avaluar les variables genètiques com a factor discriminant en la cohort case - control estudiat. Aquestes variables són variants genètiques puntuals denominats SNPs (single nucleotide polymorphism) . Aquestes variants van ser seleccionades mitjançant estudis GWAs (genome-wide association study) basats en cohorts casos-control, associats a càncer de mama esporàdic i usant milers de dones de població general Caucàsica. Aquestes alteracions, estadísticament significatives i associades a fenotip, tenen escàs efecte funcional, poca penetrancia, són relativament freqüents en la població i amb associació individual a un risc baix o moderat a patir càncer de mama. En la present tesi, es van utilitzar inicialment 121 d'aquests SNPs descrits anteriorment i combinats mitjançant models polygenic risk score (PRS) per a avaluar el seu poder discriminant en funció del risc individual a patir càncer de mama esporàdic en una cohort cas-control representativa de la població espanyola En un segon estudi es van avaluar les variables fenotípiques com a factors discriminants de la cohort case- control estudiat. Els factors de risc fenotípics seleccionats es van obtindre a partir de bibliografia científica majoritàriament de població espanyola i són; la densitat mamària, l'estatus de menopausa, l'edat de la dona, l'edat de menarquia, edat el primer fill nascut viu i els possibles antecedents familiars. En un tercer estudi es va avaluar la significança i el poder discriminant utilitzant un model logístic que combina les variables genètiques agrupades mitjançant un PRS, les variables fenotípiques, i la interacció d'algunes d'aquestes variables. Es va avaluar la possible utilitat del model per a la classificació de la cohort representativa de la població espanyola en funció del risc individual a patir càncer de mama esporàdic. En la present tesi es presenta un model matemàtic que combina factors genètics i fenotípics de risc a patir càncer de mama esporàdic. En aquest estudi es demostra la sinergia i l'absència de colinealidad entre aquesta mena de variables, permetent obtindre una capacitat discriminant entre les dones que van desenvolupar càncer de mama esporàdic durant els següents cinc anys després de la presa de les dades i dones sanes que no ho van desenvolupar. Aquesta capacitat discriminant obtinguda mitjançant aquests models combinats dels factors de risc és major que l'obtinguda usant models basats només en els factors de risc individuals. També permet, com a prova de concepte, valorar la seua possible utilitat en un sistema de garbellat mitjançant la classificació de la població general en diferents categories en funció del seu risc a patir càncer de mama esporàdic. / [EN] Breast cancer is one of the most common tumours in the female population, with a global worldwide incidence around 12.5%, that is, this means there is a 1 in 8 chance will suffer breast cancer throughout the live. In the investigation to reduce the impact of this disease on society and public health entities, in last years, different proposals have been developed, where the stratification of the general population being one of these methods. These stratification systems allow the general population to be classified based on the risk of suffering from breast cancer individually using different genetic, phenotypic or environmental variables. Was started from a retrospective case-control cohort based on the Spanish female population, different mathematical models will be applied using genetic and phenotypic variables and combining both of them. These models will allow the stratification of the general female population based on the individual risk of suffering sporadic breast cancer. In a first study, genetic variables were evaluated as a discriminating factor. These variables are genetic punctual variants called SNPs (single nucleotide polymorphism). These variants were selected using GWA (genome-wide association study) studies based on case-control cohorts, associated with sporadic breast cancer and using thousands of women from the general Caucasian population. These alterations, statistically significant and associated with phenotype, present modest functional effect, low penetrance, modest risk to development breast cancer and are relatively frequent in the general population. In this study, 121 of these previously described SNPs were initially used and combined using "polygenic risk score" (PRS) models to evaluate their discriminating capacity based on the individual risk of suffering sporadic breast cancer in a representative case-control cohort of the Spanish population. In a second part of the study, the phenotypic variables are evaluated as discriminating factors of the case-control cohort studied. The selected phenotypic risk factors were obtained from scientific literature, mainly from the Spanish population, and are: breast density, menopause status, age of the woman, age of menarche, age of first live birth and family history. In a third study, the significance and discriminant capacity were evaluated using a logistic model that combines the genetic variables grouped through a PRS score, the phenotypic variables, and the interaction of some of these variables. The possible usefulness of the model was evaluated for the classification of the representative cohort of the Spanish population based on the individual risk of suffering sporadic breast cancer. In this thesis, a mathematical model is presented where combines genetic and phenotypic risk factors for sporadic breast cancer. This study demonstrates the synergy and absence of collinearity between this type of variables, allowing obtaining a discriminant capacity between women who developed sporadic breast cancer during the following five years after data collection and healthy women. This discriminant capacity obtained using these combined models are greater than that obtained using models based only on the individual risk factors. It also allows, as a proof of concept, to assess its possible usefulness in a screening system by classifying the general population into different categories based on their risk of suffering sporadic breast cancer. / Triviño Pardo, JC. (2024). Estudio combinado de marcadores fenotípicos y genotípicos para la evaluación del riesgo individualizado a desarrollar cáncer de mama [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/205177

[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

[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 / [CA] 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]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/125700

Tesis por compendio / [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. / [CA] 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]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/134057 / Compendio

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]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1824

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]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1959

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]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2934

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]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3061