Diseño y desarrollo de una plataforma para la predicción de fibrilación auricular a partir del procesado de señales de ECG

Abstract

[ES] La fibrilación auricular es una taquiarritmia supraventricular en la que las aurículas se activan de manera descoordinada sin contracción efectiva. Su presencia supone un aumento de riesgo de ictus y tromboembolismo periférico, suponiendo graves consecuencias para la salud. La predicción del riesgo a largo plazo es una prioridad para la prevención de la fibrilación auricular. El presente trabajo fin de máster aborda el estudio de la función auricular a través de la parametrización de las ondas P mediante algoritmos de detección automática. Se pretende conseguir una delineación precisa para obtener medidas de voltaje, dispersión y duración que describan la conducción auricular. Se utilizarán electrocardiogramas de seguimiento de diferentes pacientes con el objetivo de evaluar el potencial predictor de la variabilidad de los índices de onda P en la detección temprana de la fibrilación auricular. Para este objetivo se implementará una interfaz gráfica a través del software Matlab que permitirá dirigir el proceso de delineado. Se incluirá un módulo en el cual el especialista pueda visualizar de forma fácil e intuitiva las diferentes medidas y detectar así las posibles anomalías. Adicionalmente, se incluirá un módulo que permita al especialista delinear las señales electrocardiográficas de forma manual, obteniendo así anotaciones con la posición de cada onda. Esto permitirá llevar a cabo un proceso de validación de los diferentes algoritmos de delineación automática mediante el estudio de variables como la sensibilidad o el valor predictivo positivo de cada algoritmo. El trabajo se realizará en el Centro de Investigación e Innovación en Bioingeniería (Ci2B) de la Universitat Politècnica de València, en colaboración especial con el Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC) Carlos III y, en concreto, con el doctor David Filgueiras Rama, jefe investigador del grupo centrado en Desarrollo Avanzado sobre Mecanismos y Terapias de las Arritmias.

[CA] La fibril·lació auricular (FA) és una taquiarritmia supraventricular en la qual l'aurícula s'activa de manera descoordinada sense contracció efectiva. Es tracta d'una malaltia amb una elevada prevalença, mortalitat i morbiditat que, a més, s'esperen incrementades en els pròxims anys, concedint cada vegada més importància a la prevenció i diagnòstic precoç d'aquesta. Per tant, la FA suposa un triple repte: per als pacients, ja que suposa un important impacte clínic; en els metges, ja que es tracta d'una malaltia amb una àmplia varietat de tractaments amb variabilitat inter pacient; per als gestors, per suposar un elevat cost sanitari. Els índexs d'ona P són mesuraments electrocardiográficas que llancen informació rellevant sobre la conducció auricular. L'anàlisi d'aquests mesuradors electrocardiográficos juga un paper rellevant en la determinació prospectiva de FA. De fet, s'han desenvolupat importants estudis a nivell europeu que han analitzat l'associació entre els índexs d'ona P i el major risc de FA. El present treball fi de màster aborda l'estudi de la funció auricular a través de la parametrització de les ones P mitjançant algorismes de detecció automàtica. Per a això s'implementen dos algorismes de delineació amb diferents metodologies de detecció i base matemàtica. Aquests algorismes s'integren a través de l'elaboració d'una interfície senzilla i intuïtiva que permeta a l'expert guiar el procés de delineat de manera dinàmica i robusta. Amb tot això, es pretén donar cobertura al procés complet d'estudi de les dades contingudes en el conjunt de pacients proporcionats pel CNIC. Especialment, s'analitza la correlació i significança estadística de les diferències observades entre el control i el grup de pacients amb desenvolupament de FA, identificant paràmetres indicatius de major risc de FA. S'observen diferències de variabilitat i valor mig relatives a la duració, dispersió i voltatge de l'ona P en el subgrup de FA respecte al grup que no desenvolupa FA. No obstant això, l'única diferència estadísticament significativa és la que s'associa amb el voltatge de l'ona P (p<0.0006).

[EN] Atrial fibrillation is a supraventricular tachyarrhythmia in which the atria activate uncoordinatedly without effective contraction. Its presence leads to an increased risk of stroke and peripheral thromboembolism, with serious health consequences. Predicting long-term risk is a priority for the prevention of atrial fibrillation. This master's thesis addresses the study of atrial function through the parameterization of P waves using automatic detection algorithms. It is intended to achieve an accurate delineation to obtain voltage, dispersion and duration measurements describing atrial conduction. Follow-up electrocardiograms from different patients will be used to evaluate the predictive potential of the variability of the P wave indices in early atrial fibrillation detection. For this purpose, a graphical interface will be implemented in Matlab to perform the delineation process. A module for the specialist to easily and intuitively visualize different measurements and thus, detect possible anomalies, will be included. Additionally, a module for the specialist to manually delineate the electrocardiographic signals, obtaining annotations with the position of each wave, will be also included. This will allow a validation of the different automatic delineation algorithms by studying parameters such as their sensitivity or positive predictive value. The work will be carried out at the Centro de Investigación e Innovación en Bioingeniería (Ci2B) of the Universitat Politècnica de València, in close collaboration with the Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC) Carlos III and, specifically, with Dr. David Filgueiras Rama, chief researcher of the group Desarrollo Avanzado sobre Mecanismos y Terapias de las Arritmias.