639 research outputs found

    Automatic risk evaluation in elderly patients based on Autonomic Nervous System assessment

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    Dysfunction of Autonomic Nervous System (ANS) is a typical feature of chronic heart failure and other cardiovascular disease. As a simple non-invasive technology, heart rate variability (HRV) analysis provides reliable information on autonomic modulation of heart rate. The aim of this thesis was to research and develop automatic methods based on ANS assessment for evaluation of risk in cardiac patients. Several features selection and machine learning algorithms have been combined to achieve the goals. Automatic assessment of disease severity in Congestive Heart Failure (CHF) patients: a completely automatic method, based on long-term HRV was proposed in order to automatically assess the severity of CHF, achieving a sensitivity rate of 93% and a specificity rate of 64% in discriminating severe versus mild patients. Automatic identification of hypertensive patients at high risk of vascular events: a completely automatic system was proposed in order to identify hypertensive patients at higher risk to develop vascular events in the 12 months following the electrocardiographic recordings, achieving a sensitivity rate of 71% and a specificity rate of 86% in identifying high-risk subjects among hypertensive patients. Automatic identification of hypertensive patients with history of fall: it was explored whether an automatic identification of fallers among hypertensive patients based on HRV was feasible. The results obtained in this thesis could have implications both in clinical practice and in clinical research. The system has been designed and developed in order to be clinically feasible. Moreover, since 5-minute ECG recording is inexpensive, easy to assess, and non-invasive, future research will focus on the clinical applicability of the system as a screening tool in non-specialized ambulatories, in order to identify high-risk patients to be shortlisted for more complex investigations

    Multiclass Classifier based Cardiovascular Condition Detection Using Smartphone Mechanocardiography

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    Cardiac translational and rotational vibrations induced by left ventricular motions are measurable using joint seismocardiography (SCG) and gyrocardiography (GCG) techniques. Multi-dimensional non-invasive monitoring of the heart reveals relative information of cardiac wall motion. A single inertial measurement unit (IMU) allows capturing cardiac vibrations in sufficient details and enables us to perform patient screening for various heart conditions. We envision smartphone mechanocardiography (MCG) for the use of e-health or telemonitoring, which uses a multi-class classifier to detect various types of cardiovascular diseases (CVD) using only smartphone’s built-in internal sensors data. Such smartphone App/solution could be used by either a healthcare professional and/or the patient him/herself to take recordings from their heart. We suggest that smartphone could be used to separate heart conditions such as normal sinus rhythm (SR), atrial fibrillation (AFib), coronary artery disease (CAD), and possibly ST-segment elevated myocardial infarction (STEMI) in multiclass settings. An application could run the disease screening and immediately inform the user about the results. Widespread availability of IMUs within smartphones could enable the screening of patients globally in the future, however, we also discuss the possible challenges raised by the utilization of such self-monitoring systems.</p

    Progress Report No. 16

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    Progress report of the Biomedical Computer Laboratory, covering period 1 July 1979 to 30 June 1980

    Prediction of Cardiac Death Risk by Analysis of Ventricular Repolarization Restitution from the Electrocardiogram Signal

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    Las enfermedades cardiovasculares siguen siendo la mayor causa de muertes en todo el mundo, y se espera que el número de casos crezca progresivamente en los próximos años con el envejecimiento de la población. Por ello, se necesitan marcadores no invasivos con alta capacidad de predicción de muerte para reducir la incidencia de estos eventos fatales.La insuficiencia cardiaca crónica (CHF, del inglés "Chronic Heart Failure") describe la condición por la cual el corazón no es capaz de bombear suficiente sangre para alcanzar las demandas del cuerpo. Se ha demostrado que los pacientes con CHF pueden experimentar un empeoramiento progresivo de los síntomas, pudiendo llegar a producirse la muerte por fallo de bomba (PFD, del inglés "Pump Failure Death"), o sufrireventos arrítmicos malignos que lleven a la muerte súbita cardiaca (SCD, del inglés "Sudden Cardiac Death"). Uno de los factores electro-fisiológicos con mayor influencia en la generación de arritmias malignas es el aumento de la dispersión de la repolarización, o la variación espacio-temporal en los tiempos de repolarización. También se ha demostrado que la respuesta de esta dispersión a variaciones en el ritmo cardiaco, es decir, la dispersión de la restitución de la repolarización, está relacionada con mayor riesgo arrítmico y de SCD. Por otro lado, el empeoramiento de CHF se manifiesta con una reducción de la respuesta de los ventrículos a la estimulación autonómica, y con un balance simpato-vagal anormal. Con la llegada de los defibriladores cardioversores implantables (ICDs, del inglés "Implantable Cardioverter Defibrillators"), y de la terapia de resincronización cardiaca (CRT, del inglés "Cardiac Resynchronization Therapy"), los dos dispositivos más popularmente usados en la práctica clínica para prevenir SCD y PFD, respectivamente, la estratificación de riesgo se ha vuelto muy relevante. Específicamente, ser capaces de predecir el evento potencial que un paciente con CHF podría sufrir (SCD, PFD u otras causas) es de gran importancia. La señal de electrocardiograma (ECG) es un método barato y no invasivo que contiene información importante acerca de la actividad eléctrica del corazón.El objetivo principal de esta tesis es desarrollar marcadores de riesgo derivados del ECG que caractericen la restitución de la repolarización ventricular para mejorar la predicción de SCD y PFD en pacientes con CHF. Para ello, se han utilizado, por un lado, índices basados en intervalos temporales, como los intervalos QT y Tpe, ya que las dinámicas de estos intervalos están asociadas con la restitución de la repolarización, y con su dispersión, respectivamente, y, por el otro lado, índices basados en la morfología de la onda T. Para utilizar la información de la morfología, se ha desarrollado una metodología innovadora que permite la comparación de dos formas diferentes, y la cuantificación de sus diferencias.En el capítulo 2 se desarrolló un algoritmo completamente automático para estimar la pendiente y la curvatura de las dinámicas de los intervalos QT y Tpe a partir de registros ECG Holter de 24 horas de 651 pacientes con CHF. A continuación, se estudió la modulación del patrón circadiano de las estimaciones propuestas, y se evaluó su valor predictivo de SCD y PFD. Finalmente, se estudió la capacidad de clasificación del marcador analizado con mayor valor predictivo, individualmente y en combinación con otros dos marcadores de riesgo de ECG previamente propuestos, que reflejan mecanismos electro-fisiológicos y autonómicos. Los resultados demostraron que la dispersión de la restitución de la repolarización, cuantificada a partir de la pendiente de la dinámica del intervalo Tpe, tiene valor predictivo de SCD y de PFD, con pendientes altas indicativas de sustrato arrímico predisponiendo a SCD y pendientes planas indicativas de fatiga mecánica del corazón predisponiendo a PFD. Sin embargo, la pendiente de la restitución de la repolarización, cuantificada como la pendiente de la relación QT/RR, así como los parámetros de curvatura de las dos relaciones, no mostraron asociación con ningún tipo de muerte cardiaca. El patrón circadiano moduló estos parámetros, con valores significativamente mayores durante el día que durante la noche. Finalmente, los resultados de clasificación probaron que la combinación de los marcadores de riesgo derivados del ECG que reflejan información complementaria mejora la discriminación entre SCD, PFD y otros pacientes. Nuestros resultados sugieren que la pendiente de la dinámica del intervalo Tpe podría incluirse en la práctica clínica como herramienta para estratificar pacientes de acuerdo a su riesgo de sufrir SCD o PFD y, por lo tanto, aumentar el beneficio del tratamiento con ICDs o CRT.Considerando estos resultados, postulamos a continuación que la morfología de la onda T contiene información adicional, no tenida en cuenta al usar únicamente índices basados en intervalos temporales. Por lo tanto, en el capítulo 3 desarrollamos una metodología para comparar la morfología de dos ondas T, y propusimos y evaluamos la capacidad de nuevos marcadores derivados del ECG para cuantificar variaciones en la morfología de la onda T. Primero, comparamos la capacidad de eliminar la variabilidad en el dominio temporal de dos algoritmos, "Dynamic Time Warping" (DTW) y "Square-root Slope Function" (SRSF). Luego, se propusieron índices morfológicos y se evaluó su robustez ante la presencia de ruido aditivo con señales generadas sintéticamente. A continuación, se utilizó un modelo electrofisiológico cardiaco para investigarla relación entre los índices de variabilidad morfológica de onda T y los cambios morfológicos a nivel celular. Finalmente, se cuantificaron las variaciones en la morfología de la onda T producidas por una prueba de tabla basculante en registros de ECG con los marcadores propuestos y se estudió su correlación con el ritmo cardiaco y otros marcadores tradicionales. Nuestros resultados mostraron que SRSF fue capaz de separarlas variaciones en el tiempo y en la amplitud de la onda T. Además, los marcadores propuestos de variabilidad morfológica probaron ser robustos frente a ruido aditivo Laplaciano y demostraron reflejar variaciones en la dispersión de la repolarización a nivel celular en simulación y en registros de ECG reales. En conclusión, los índices propuestos que cuantifican variaciones morfológicas de la onda T han demostrado un gran potential para ser usados como predictores de riesgo arrítmico.En el capítulo 4, se exploró la restitución de la repolarización ventricular usando los índices de variabilidad morfológica presentados en el capítulo 3. Bajo la hipótesis de que la morfología de la onda T refleja la dispersión de la repolarización, hipotetizamos que la restitución de la morfología de la onda T reflejaría la dispersión de la restitución de la repolarización. Por lo tanto, calculamos la pendiente de la restituciónde la morfología de la onda T y evaluamos su valor predictivo de SCD y PFD. También estudiamos, como en el capítulo 2, la modulación del patrón circadiano y la capacidad de clasificación. Los resultados mostraron que la dispersión de la restitución de la repolarización cuantificada a través de la pendiente de la restitución de la morfología de la onda T, estaba asociada específicamente con SCD, sin ninguna relación con PFD. El patrón circadiano también moduló la restitución de la morfología de la onda T, con valores significativamente mayores durante el día que durante la noche. Finalmente, los resultados de clasificación también mejoraron al utilizar una combinación de marcadores de riesgo derivados del ECG. En conclusión, la pendiente de la restitución de la morfología de la onda T podría usarse en la práctica clínica como herramienta para definir una población de alto riesgo de SCD que podría beneficiarse de implantación con ICDs.Finalmente, aunque lo deseable es encontrar un índice individual con alto valor predictivo, los eventos de SCD y PFD son el resultado de una múltiple cadena de mecanismos. Por lo tanto, la predicción podría mejorarse todavía más si se usara un marcador que integrara varios factores de riesgo. En el capítulo 5 se propusieron modelos clínicos, basados en el ECG y otros combinando ambos tipos de variables, para predecir específicamente riesgo de SCD y de PFD. Además, se comparó su valor predictivo. Los modelos clínicos, basados en ECG y combinado demostraron mejorar la predicción de SCD y de PFD, comparado con los marcadores individuales. Para SCD, la combinación de variables clínicas y derivadas del ECG mejoró sustancialmente la predicción de riesgo, comparado con el uso de uno de los dos tipos de variables. Sinembargo, la predicción de riesgo de PFD demostró ser óptima al utilizar el modelo derivado del ECG, ya que la combinación con variables clínicas no añadió ninguna información predictiva de PFD. Nuestros resultados confirman la necesidad de utilizar un índice multi-factorial, que incluya información de mecanismos complementarios, para optimizar la estratificación de riesgo de SCD y de PFD.En conclusión, en esta tesis se han propuesto dos índices derivados del ECG, que reflejan dispersión de la restitución de la repolarización, y se ha demostrado su valor predictivo de SCD y PFD. Cada índice explota información diferente de la onda T, uno utiliza el intervalo Tpe y el otro utiliza la morfología completa de la onda T. Para la cuantificación de las diferencias en la morfología de la onda T, se ha desarrollado una metodología robusta que se basa en la re-parametrización en el tiempo.<br /

    Progress Report No. 15

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    Progress report of the Biomedical Computer Laboratory, covering period 1 July 1978 to 30 June 1979

    Progress Report No. 14

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    Progress report of the Biomedical Computer Laboratory, covering period 1 July 1977 to 30 June 1978

    The Contribution of Nonlinear Methods in the Understanding of Atrial Fibrillation

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    This work was supported by the projects TEC2010–20633 from the Spanish Ministry of Science and Innovation and PPII11–0194–8121 and PII1C09–0036–3237 from Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha.Alcaraz Martínez, R.; Rieta Ibañez, JJ. (2013). The Contribution of Nonlinear Methods in the Understanding of Atrial Fibrillation. En Atrial Fibrillation - Mechanisms and Treatment. InTech. 181-204. https://doi.org/10.5772/53407S18120

    A mechanistic basis for improving outcomes from paroxysmal atrial fibrillation ablation

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    Pulmonary vein isolation (PVI) is a recommended treatment for drug-refractory paroxysmal atrial fibrillation. However, success rates remain around 50-70% for a single procedure despite advances in mapping and ablation technologies. PV reconnection is found in almost all patients with AF recurrence and therefore improving lesion durability is the focus of technological developments such as robotic manipulation. We demonstrated that robotic-assistance improves catheter stability compared to manual catheter guidance during AF ablation, resulting in greater electrogram attenuation at matched RF settings. However, this has not translated into improved outcomes in recent non-randomised trials, which may reflect that we only studied acute lesions. Several recent studies suggest that late-gadolinium enhancement cardiac magnetic resonance imaging (LGE-CMR) can be used for studying chronic ablation lesions. We developed an automated LGE-CMR method to detect left atrial ablation scar and validated the technique by comparing co-located electrogram amplitude. A significant correlation between scar and endocardial low voltage was demonstrated. Interestingly, higher levels of pre-existing atrial scar were associated with lower success rates following ablation. Furthermore, whilst veins found to be isolated at the redo procedure had greater levels of ostial scar than reconnected veins, there was no difference in the amount of ostial scarring or the number of circumferentially scarred veins between patients with and without AF recurrence. This finding is in keeping with invasive studies which suggest that there is a significant degree of reconnection in asymptomatic patients and highlights inconsistencies in our understanding of PV mediated ectopy. It has been suggested that PVI inadvertently damages upstream regulators such as the atrial ganglionated plexi (GP) of the intrinsic cardiac autonomic nervous system and animal studies indicate that these may be potential targets for ablation to prevent AF. Continuous high frequency stimulation (HFS) of GPs produces AV block and this phenomenon has been used to identify and ablate the GPs as putative autonomic triggers for PV ectopy. However, animal studies have revealed a complex network of autonomic connections and these have not been investigated in detail in humans. We found that the right lower GP is the final common pathway to the AV node and must remain intact if all other GPs are to be identified and ablated. Heart rate variability has been suggested as a potential endpoint for autonomic modification. Using a novel intraprocedural, short-segment HRV tool, we found that the reduction in HRV following AF ablation occurs only after ablation of the right upper GP and therefore does not reflect the inputs from any other left atrial GP, precluding its use as an endpoint for left atrial denervation. Furthermore, it would seem logical to target the parts of the network that trigger PV ectopy rather than targeting GP sites that produce effects at the sinus node and AV node. We developed a technique to identify sites initiating ectopic triggers and found that the response could be abolished either by achieving PVI or by targeted RF ablation to the site. This raises the possibility of targeted autonomic denervation of culprit sites of atrial ectopy as an alternative strategy to PVI. These findings should now be applied prospectively to assess their impact on outcomes from AF ablation
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