Análisis espectral de electrogramas almacenados en desfibrilador automático implantable durante fibrilación ventricular

Abstract

La fibrilación ventricular (FV) es una arritmia cardiaca durante la cual las fibras del corazón se contraen de manera rápida e irregular. La comprensión de la dinámica de la FV sigue siendo incompleta y, específicamente, se ignora cuál es el grado de organización del tejido cardiaco durante esta arritmia. Recientemente, se han desarrollado técnicas de análisis espectral para cuantificar el grado de organización de la dinámica fibrilatoria. En el contexto de la FV, el electrograma (EGM) intracavitario registrado en desfibrilador automático implantable (DAI) constituye un marco clínico idóneo. No obstante, hasta la fecha no se han estudiado cuantitativamente las propiedades de captación de los sitemas de electrodos en DAI y su efecto sobre el espectro en potencia de los EGM registrados. En la presente Tesis Doctoral estudiamos, desde un punto de vista experimental y teórico, las propiedades de captación de los sistemas de electrodos en DAI. En primer lugar, se analizan los efectos del sistema de electrodos sobre las caracter ¿¿sticas espectrales de la FV a partir de una base de datos de EGM registrados en DAI. En segundo lugar, se desarrolla un marco teórico general para enlazar la resolución espacial, el espectro de señales electrofisiológicas y la dinámica de la fuente bioeléctrica que induce dichas señales. Finalmente, a partir de dicho marco teórico, se estudian numéricamente la resolución espacial y el espectro en potencia de EGM registrados en DAI. Nuestro análisis confirma que las características espectrales de las señales cardiacas reflejan las propiedades de captación del sistema de electrodos. El efecto del sistema de electrodos se manifiesta a través de una envolvente espectral de bajas frecuencias para EGM unipolares y de altas frecuencias para EGM bipolares. Como consecuencia, la frecuencia fundamental es una característica robusta, mientras que la frecuencia de pico, la frecuencia mediana y el índice de organizaci ón son características sensibles a las propiedades del sistema de electrodos. La resolución espacial del sistema de electrodos se ha revelado como un factor decisivo en la determinación del espectro de las señales cardiacas registradas. En nuestro estudio demostramos que el EGM unipolar posee una resolución más extensa que el EGM bipolar, lo cual explica las características espectrales observadas. Estos resultados tienen implicaciones profundas sobre la interpretación de índices cardiacos espectrales en términos del grado de organización espacio-temporal del tejido cardiaco durante FV.

In this Doctoral Dissertation the electrical properties of transvenous leads in Implantable Cardioverter-Defibrillator (ICD) are investigated. Firstly, the effect of the design of transvenous ICD leads on ventricular fibrillation (VF) spectrum is analyzed based on a database consisting of ICD-stored electrograms (EGM). Secondly, a theoretical framework is proposed that links the spatial resolution of leads and the power spectrum of electrophysiological signals with the spatiotemporal dynamics of bioelectric sources. Finally, the spatial resolution of transvenous ICD leads and the power spectrum of ICD-stored EGM are analyzed numerically. This study confirms that spectral features of cardiac signals are affected by the design of the lead. Specifically, unipolar EGM show a low frequency spectral envelope whereas bipolar EGM show a high frequency spectral envelope. As a consequence, fundamental frequency is a robust measurement, while peak frequency, median frequency and organization index are sensitive to the design of the lead. Furthermore, it is demonstrated that the spatial resolution of the lead has a central role in determining the power spectrum of electrophysiological signals. The numerical analysis of the spatial resolution of ICD leads shows that unipolar leads have a larger spatial resolution than bipolar leads. These discrepancies explain the features observed in the analysis of the power spectrum of ICD-stored EGM. These results must be taken into consideration when interpreting spectral measurements in terms of the spatiotemporal organization of cardiac tissue during VF.