[EN] Intestinal motility is responsible for the functions of segmentation, mixing and transport of the chime poured from the stomach. These functions are of main importance in the processes of nutrients digestion and absorption. Intestinal contractile activity is determined by the myoelectrical activity of intestinal muscular layers. Precisely, intestinal myoelectrical activity, which is also called electroenterogram (EEnG), is the result of two components: a low frequency component (slow wave, SW) that is always present and a high frequency component (spike bursts, SB) which is associated with bowel contractions. Despite of the diagnostic significance of internal recordings of EEnG, clinical application of this technique is limited due to its invasiveness. Thus, surface recording of EEnG could be a solution for non-invasive monitoring of intestinal motility. The aim of this Ph.D. Thesis is the recording of surface electroenterogram and the identification of slow wave and spike bursts activity in order to quantify bowel motor activity in dogs. We conducted simultaneous recordings of IMA in bowel serosa and on abdominal surface of Beagle dogs in fast state. Both signals were analyzed in spectral domain and a frequency band for slow wave and spike bursts energy were determined. Likewise, the effects of abdominal layers and of possible interferences on surface recording of EEnG were also studied. For this purpose it was necessary to define new signal-to-interference and attenuation functions. We calculated different spectral parameters of surface EEnG that quantify presence and intensity of SB taking into consideration the attenuation behavior of abdominal layers and interference effects. These parameters have shown a strong correlation with bowel contractile activity. The research about surface EEnG is complemented with an analysis of signal dynamics throughout the pattern of bowel motor activity in fast state. Stationarity of the signal was evaluated in every period of contractile activity with different window-lengths. The study finishes with the definition of an algorithm that provides a variable window-length, adapting EEnG analysis to the spectral content of signal at every moment. This permits the generation of a fast non-invasive index of bowel contractile activity for future real-time applications. Three main conclusions can be deduced out of the obtained results: - It is possible to identify both bowel’s slow wave and spike bursts activity on surface recordings of EEnG. - Quantification of SB activity on surface EEnG allows non-invasive monitoring of small bowel mechanical activity. - It has been developed a new adaptive analysis method that improves intestinal motility indexes based in traditional techniques as it considers non-stationarity of EEnG. / [ES] La motilidad intestinal es responsable de las funciones de segmentación, mezcla y transporte del quimo vertido desde el estómago. Estas funciones son fundamentales en los procesos de digestión y absorción de nutrientes. La actividad contráctil intestinal está determinada por la actividad mioeléctrica de las capas musculares intestinales. Concretamente, la actividad mioeléctrica intestinal, también denominada electroenterograma (EEnG), es el resultado de dos componentes: una componente de baja frecuencia que está siempre presente (onda lenta, OL); y una componente de alta frecuencia (potenciales rápidos de acción o spike bursts, SB) que está asociada directamente a las contracciones intestinales. A pesar del valor diagnóstico de los registros internos del EEnG, su aplicación clínica está limitada debido a su carácter invasivo. Por tanto, el registro en superficie del EEnG podría ser una solución a la monitorización no-invasiva de la motilidad intestinal. El objetivo de la presente tesis doctoral es el registro del electroenterograma de superficie y la identificación de la actividad de la onda lenta y de los spike bursts para la cuantificación no-invasiva de la actividad contráctil intestinal en perros. Se han llevado a cabo registros simultáneos del EEnG en la serosa intestinal y en superficie abdominal de perros Beagle en estado de ayunas. Ambas señales se han analizado en el dominio espectral para la determinación de los rangos de frecuencia en que se localiza la energía tanto de la OL como de los SB. Asimismo se ha estudiado la influencia de las capas abdominales y de posibles interferencias sobre el registro externo. Para ello ha sido necesario definir las funciones señal-interferencia y de atenuación, inéditas hasta la fecha. Teniendo en cuenta estos efectos de atenuación e interferencia, se han calculado distintos parámetros espectrales del EEnG de superficie que cuantifican la existencia e intensidad de SB. Estos parámetros han mostrado una elevada correlación con el grado de actividad contráctil intestinal interno. La investigación sobre el EEnG de superficie se complementa con un análisis de la dinámica de la señal a lo largo del patrón de motilidad intestinal en ayunas. Se ha valorado el grado de estacionariedad de la señal en cada estado de actividad contráctil para distintos anchos de ventana. El estudio finaliza con la definición de un algoritmo que proporciona un ancho de ventana variable, adaptando el análisis del EEnG al contenido espectral de la señal en cada momento. Esto permite generar un indicador no-invasivo de actividad contráctil intestinal, rápido de obtener, para futuras aplicaciones en tiempo real. De los resultados obtenidos se extraen tres conclusiones fundamentales: - Es posible identificar tanto la actividad de la onda lenta intestinal como la actividad de los potenciales rápidos de acción (SB) en el registro del EEnG de superficie. - La cuantificación de la actividad de los SB del EEnG de superficie permite la monitorización no invasiva de la actividad mecánica del intestino delgado. - Se ha desarrollado un método de análisis adaptativo que mejora los índices de motilidad intestinal basado en técnicas tradicionales, ya que tiene en cuenta la no estacionariedad del EEnG. / [CA] La motilitat intestinal és responsable de les funcions de segmentació, mixtió i transport del quimo abocat des de l'estómac. Aquestes funcions són fonamentals en els processos de digestió i absorció de nutrients. L'activitat contràctil intestinal està determinada per l'activitat mioelèctrica de les capes musculars intestinals. Concretament, l'activitat mioelèctrica intestinal, també denominada electroenterograma (EEnG), és el resultat de dos components: una component de baixa freqüència que està sempre present (ona lenta, OL); i una component d'alta freqüència (potencials ràpids d'acció o spike bursts, SB) que està associada directament a les contraccions intestinals. A pesar del valor diagnòstic dels registres interns del EEnG, la seva aplicació clínica està limitada a causa de el seu caràcter invasiu. Per tant, el registre en superfície del EEnG podria ser una solució al monitoratge no-invasiu de la motilitat intestinal. L'objectiu de la present tesi doctoral és el registre de l’electroenterograma de superfície i la identificació de l'activitat de l'ona lenta i dels spike bursts per a la quantificació no-invasiva de l'activitat contràctil intestinal en gos. S'han portat a terme registres simultanis del EEnG en la serosa intestinal i en superfície abdominal de gossos Beagle en estat de dejunes. Ambdues senyals s'han analitzat en el domini espectral per a la determinació dels rangs de freqüència on es localitza l'energia tant de la OL com dels SB. Així mateix s'ha estudiat la influència de les capes abdominals i de possibles interferències sobre el registre extern. Per a això ha estat necessari desenvolupar les funcions senyal-interferència i d'atenuació inèdites fins a la data. Tenint en compte aquests efectes d'atenuació i interferència, s'han definit distints paràmetres espectrals del EEnG de superfície que quantifiquen l'existència i intensitat de SB. Aquests paràmetres han mostrat una elevada correlació amb el grau d'activitat contràctil intestinal intern. La investigació sobre el EEnG de superfície es completa amb una anàlisi de la dinàmica del senyal al llarg del patró de motilitat intestinal en dejú. S'ha valorat el grau de estacionarietat del senyal en cada estat d'activitat contràctil per a distints amples de finestra. L'estudi finalitza amb la definició d'un algorisme que proporciona un ample de finestra variable, adaptant l'anàlisi del EEnG al contingut espectral del senyal a cada moment. Això permet generar un indicador no-invasiu d'activitat contràctil intestinal, ràpid d'obtenir, per a futures aplicacions en temps real. Els resultats obtinguts permeten extreure tres conclusions fonamentals: - És possible identificar tant l'activitat de l'ona lenta intestinal com l'activitat dels potencials ràpids d’acció (SB) en el registre del EEnG de superfície. - La quantificació de l'activitat dels SB del EEnG de superfície permet el monitoratge no invasiu de l'activitat mecànica de l'intestí prim. - S'ha desenvolupat un mètode d'anàlisi adaptatiu que millora els índexs de motilitat intestinal basat en tècniques tradicionals, ja que té en compte la no-estacionarietat del EEnG. / Garcia Casado, FJ. (2005). Identificación de la Señal Mioeléctrica del Intestino Delgado Registrada en Superficie Externa Abdominal. Comparativa con Registros Internos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/135956

Gastrointestinal diseases have a complicated diagnosis and a delay in treatment can lead to an aggravation of the disease, as is the case of intestinal ischemia, intestinal obstruction or paralytic ileus. These pathologies are revealed in intestinal motility which is determined by the myoelectric activity of the small intestine. EEnG is the signal associated to the recording of myoelectrical activity generated in the muscular layers of the small bowel, and electroenterography is a technique for the study of intestinal motility. At present, there is no non-invasive system for use in clinical settings that allow the recording of myoelectric intestinal activity. In the first part of this doctoral thesis, it has been tested an array of 3 active flexible concentric electrodes, which preamplifies and conditions the intestinal myoelectric signal captured on the surface as close as possible to the recording area. The results show that in the Laplacian recordings there was a better behavior against the influence of cardiac and respiratory interference with respect to bipolar with disc electrodes. However, in respect to low frequency interferences, concentric dry recording electrodes presented poorer performance than the gel recording disc electrodes. On the other hand, it was possible to identify the slow intestinal wave in about 93% of the analysis windows of the records with the matrix of concentric electrodes, compared to 88% of the bipolar records with disc electrodes. In the second part of the thesis, it has been attempted to improve the quality of the EEnG signals already achieved with the flexible concentric electrodes presented before with the design and implementation of flexible, self-adhesive flexible multi-ring concentric electrodes that can work in wet conditions (impregnation with electrolytic gel) and using two different substrates for the adhesive (adhesive-only and foam). Also it is aimed to determine the optimal configuration (monopolar vs bipolar concentric, MC vs BC) and dimension of ring, the appropriate material and the ideal position for picking up the slow intestinal wave. The adhesive material in concentric bipolar configuration and 30 mm ring diameter was most suitable to capture the slow intestinal wave; with an ability to detect the frequency of slow intestinal wave in a 95% of the cases. Improving 90% of the bipolar registers with conventional disc electrodes in the same position, and the results of the electrode matrix of the first part of the thesis. This work demonstrates the feasibility of recording the abdominal surface EEnG for the noninvasive monitoring of the slow intestinal wave and the better performance of the flexible substrate concentric electrodes compared to that of conventional disc electrodes. This is a further step to bring EEnG closer to clinical use and to the future development of diagnostic applications. In addition, the developed electrode can be used in other applications associated with the recording, monitoring and analysis of bioelectrical signals such as the fields of electrocardiography, uterine electromyography, respiratory muscle, etc. / Las patologías gastrointestinales son complicadas en su diagnóstico, y un retraso en el tratamiento puede llevar a un agravamiento de la enfermedad, como ocurre con la isquemia intestinal, la obstrucción intestinal o el íleo paralítico. Estas patologías se ven reflejadas en la motilidad intestinal y ésta está determinada por la actividad mioeléctrica del intestino delgado. El electroenterograma (EEnG) es la señal bioeléctrica asociada al registro de la actividad mioeléctrica intestinal generada en las capas del músculo liso; siendo la electroenterografía una técnica para el estudio de la motilidad intestinal. En la actualidad, no existe un sistema no invasivo de uso en entornos clínicos que permita registrar la actividad mioeléctrica intestinal. En la primera parte de la presente tesis doctoral, se ha ensayado una matriz de 3 electrodos anulares concéntricos, flexibles y activos, que preamplifica y acondiciona la señal mioeléctrica intestinal captada en superficie lo más cerca posible de la zona de captación. Los resultados muestran que en los registros laplacianos se tiene un mejor comportamiento frente a influencia de la interferencia cardiaca y respiratoria con respecto a los bipolares con electrodos de disco. Sin embargo, respecto a las interferencias de baja frecuencia los electrodos concéntricos de registro en seco presentaron peor comportamiento que los electrodos de disco de registro con gel. Por otro lado, fue posible identificar la onda lenta intestinal en alrededor del 93% de las ventanas de análisis de los registros con la matriz de electrodos concéntricos, frente al 88% de los registros bipolares con electrodos de disco. En la segunda parte de la tesis se ha pretendido mejorar la calidad en la captación de las señales EEnG captada con los electrodos concéntricos flexibles presentados anteriormente, con el diseño e implementación de electrodos concéntricos multianulares flexibles, autoadhesivos, que puedan trabajar en húmedo (impregnación con gel electrolítico) y empleando dos sustratos diferentes para el adhesivo (solo-adhesivo vs foam). Asimismo, se pretende determinar la dimensión y configuración (monopolar vs bipolar concéntrico, MC vs BC) óptima, el material adecuado y la posición idónea para la captación de la onda lenta intestinal con electrodos anulares. El material adhesivo en configuración bipolar concéntrica y de diámetro de 30 mm fue el más idóneo para captar la onda lenta intestinal, con una capacidad de detectar la frecuencia asociada a la onda lenta intestinal en un 95% de los casos; mejorando el 90% de los registros bipolares con electrodos convencionales de disco en la misma posición, y los resultados de la matriz de electrodos de la primera parte de la tesis. Con este trabajo se pone de manifiesto la viabilidad del registro del EEnG en superficie abdominal para la monitorización no invasiva de la onda lenta intestinal y las mejores prestaciones de los electrodos concéntricos de sustrato flexible frente a los convencionales electrodos de disco. Esto supone un paso más para acercar el EEnG al uso clínico y al desarrollo de futuras aplicaciones diagnósticas. Además, el electrodo desarrollado es susceptible de ser empleado en otras aplicaciones asociadas al registro, monitorización y análisis de señales bioeléctricas como la electrocardiografía, electromiografía uterina, de músculo respiratorio, etc / Les patologies gastrointestinals són complicades en el seu diagnòstic, i un retard en el tractament pot portar a un agreujament de la malaltia, com passa amb la isquèmia intestinal, l'obstrucció intestinal o l'ili paralític. Aquestes patologies es veuen reflectides en la motilitat intestinal i aquesta està determinada per l'activitat mioelèctrica de l'intestí prim. L'electroenterograma (EEnG) és el senyal bioelèctric associat al registre de l'activitat mioelèctrica intestinal generada a les capes del múscul llis; sent la electroenterografia una tècnica per a l'estudi de la motilitat intestinal. A la primera part de la present tesi doctoral, s'ha assajat una matriu de 3 elèctrodes anulars concèntrics, flexibles i actius, que preamplifica i condiciona els senyals mioelèctrics intestinals captats en superfície el més a prop possible de la zona de captació. Els resultats mostren que als registres laplacians es té un millor comportament enfront de influència de la interferència cardíaca i respiratòria respecte dels senyals bipolars captats amb elèctrodes de disc. No obstant això, respecte a les interferències de baixa freqüència, els elèctrodes concèntrics de registre en sec van presentar pitjor comportament que els elèctrodes de disc de registre amb gel. D'altra banda, va ser possible identificar l'ona lenta intestinal en al voltant del 93% de les finestres d'anàlisi dels registres realitzats amb la matriu d'elèctrodes concèntrics, enfront del 88% dels registres bipolars amb elèctrodes de disc. A la segona part de la tesi s'ha pretès millorar la qualitat en la captació dels senyals EEnG captada amb els elèctrodes concèntrics flexibles presentats anteriorment, amb el disseny i la implementació d'elèctrodes concèntrics multianulars flexibles, autoadhesius, que puguin treballar en humit (impregnació amb gel electrolític) i emprant dos substrats diferents per l'adhesiu (només-adhesiu vs foam). Així mateix, es pretén determinar la dimensió i configuració (monopolar vs bipolar concèntric, MC vs BC) òptima, el material adequat i la posició idònia per a la captació de l'ona lenta intestinal amb elèctrodes anulars. El material adhesiu en configuració bipolar concèntrica i de diàmetre de 30 mm era el més idoni per captar l'ona lenta intestinal, amb una capacitat de detectar la freqüència associada a l'ona lenta intestinal en un 95% dels casos; millorant el 90% dels registres bipolars amb elèctrodes convencionals de disc en la mateixa posició, i els resultats de la matriu d'elèctrodes de la primera part de la tesi. Amb aquest treball es posa de manifest la viabilitat del registre de l'EEnG en superfície abdominal per a la monitorització no invasiva de l'ona lenta intestinal i les millors prestacions dels elèctrodes concèntrics de substrat flexible enfront dels convencionals elèctrodes de disc. Això suposa un pas més per apropar el EEnG a l'ús clínic i al desenvolupament de futures aplicacions diagnòstiques. A més, l'elèctrode desenvolupat és susceptible de ser emprat en altres aplicacions associades al registre, monitorització i anàlisi de senyals bioelèctrics com a l'electrocardiografia, electromiografia uterina, de múscul respiratori, etc. / Zena Giménez, VF. (2017). Diseño e implementación de un sensor Laplaciano activo flexible. Aplicación al estudio del EENG humano en superficie [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86171

El aparato digestivo permite que los alimentos se conviertan en nutrientes y proporcionen al organismo las calorías y los elementos fundamentales para la vida, al mismo tiempo que se expulsan y eliminan los productos residuales de forma adecuada. La motilidad intestinal es muy importante para conseguir la segmentación del quimo y el tránsito intestinal y está determinada por la actividad mioeléctrica de las capas musculares intestinales. Dicha actividad también se le denomina electroenterograma (EEnG). La señal mioeléctrica es el resultado de una componente de baja frecuencia que en condiciones fisiológicas está siempre presente llamada onda lenta (OL) o ritmo eléctrico básico (BER) que constituye el marcapasos intestinal; y una componente de alta frecuencia llamada spike bursts o potenciales rápidos de acción que está asociada a las contracciones intestinales. El análisis del EEnG es un paso clave para monitorizar la actividad intestinal. El estudio del BER intestinal no sólo proporciona información acerca del ritmo básico de las contracciones del intestino, sino que puede ayudar a diagnosticar algunas patologías gastrointestinales. Para ofrecer esta herramienta como aplicación clínica, el registro de la señal del EEnG debe ser no invasivo. El objetivo de la presente Tesis Doctoral es detectar la actividad del marcapasos intestinal y caracterizar el ritmo eléctrico básico en el EEnG externo, comparándolo y estudiando su relación con el EEnG interno. Las señales analizadas fueron obtenidas simultáneamente en la superficie abdominal y en la serosa intestinal de perros Beagle en estado de ayuno. Los métodos de estimación autoregresivo (AR), autoregresivo de media móvil (ARMA), Prony y clasificación de señales múltiples (MUSIC), se emplearon para determinar la distribución espectral de potencia asociada a la actividad de la onda lenta, tanto en los registros internos como externos. Por otro lado, para estudiar la relación entre el espectro de la señal captada en superficie y las señales internas, se estimaron las funciones de coherencia utilizando los modelos autoregresivo multivariante (ARM) y MUSIC. / Moreno Vázquez, JDJ. (2011). Estudio espectral del ritmo eléctrico básico del intestino delgado para la monitorización no invasiva del marcapasos intestinal [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14276