1 research outputs found
High-Density Mapping Analysis of Electrical Spatiotemporal Behaviour in Atrial Fibrillation
Tese de mestrado integrado, Engenharia Biomédica e Biofísica (Sinais e Imagens Médicas), 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasDoenças cardiovasculares, tais como arritmias, são a principal causa de morte no mundo,
especialmente no Sul e no Este da Ásia, e nos Estados Unidos da América [1]. As arritmas são
caracterizadas pela alteração no ritmo sinusal normal do coração.
Em particular, a fibrilhação auricular (FA) é a arritmia cardíaca mais comum na prática clínica,
contribuindo para mais de 200 mil mortes globalmente em 2017 [2]. Caracteriza-se pela contração
rápida e dessincronizada das aurículas, e está associada ao aumento da mortalidade e afecta de forma
negativa a qualidade de vida dos pacientes. A FA é geralmente tratada através de medicação, porém
quando esta falha, a ablação por cateter é indicada, sendo um tratamento de referência para combater
esta patologia. A ablação apresenta uma taxa de sucesso de aproximadamente 50% no primeiro
procedimento, sendo necessário efectuar vários procedimentos para aumentar a eficácia do tratamento
[3]. A detecção desta patologia envolve, numa primeira fase, a realização de um electrocardiograma
(ECG) e, posteriormente um estudo electrofisiológico para saber com precisão onde se localiza e o
mecanismo subjacente à mesma. Este último implica o registo da actividade eléctrica através de
electrogramas (EGM) locais em diferentes pontos das aurículas e dos ventrículos, com o auxílio de
sistemas de mapeamento tridimensionais (3D) electroanatómicos, sendo um procedimento invasivo.
Existem diversos métodos lineares e não lineares que permitem a análise dos EGMs nos
domínios do tempo, frequência, fase, entre outros, com a finalidade de melhor compreender os
mecanismos subjacentes à FA e, consequentemente aumentar a taxa de sucesso do processo de
ablação e melhorar a sua eficiência. Esta área de estudo progrediu significativamente, tanto a nível de
hardware, como de software. Apesar disso, os métodos desenvolvidos não têm nem acrescentado
benefícios adicionais, nem melhorado significativamente a taxa de sucesso do processo de ablação.
Existem várias razões para tal, e grande parte deve-se ao facto destes métodos de análise estarem
incorporados nos sistemas de mapeamento e o seu software ser exclusivo. Isto leva a que não
consigamos perceber como é que os algoritmos funcionam nos diferentes sistemas de mapeamento
para comparar as suas diferenças e semelhanças. Devido a estes constrangimentos, os investigadores
são compelidos a desenvolver os seus próprios métodos de análise e técnicas de mapeamento, o que
leva à existência de uma multitude de métodos e técnicas de mapeamento que parecem ser diferentes
entre si, resultando em informação ambígua e conflituosa no que diz respeito aos mecanismos da FA,
e a conclusões distintas entre estudos. O sucesso do tratamento poderia aumentar se tivéssemos uma
melhor compreensão dos métodos de análise e da sua aplicação no contexto da FA; perceber se os
métodos apontam para o mesmo fenómeno de fibrilhação, se existe alguma correlação entre os
métodos, e se a informação fornecida pelos mesmos é complementar ou redundante. Assim, o
objectivo deste trabalho consistiu em implementar diferentes métodos para analisar os EGMs e a
estrutura 3D da aurícula esquerda (AE) de doentes com FA, numa tentativa de responder às questões
que motivaram a realização deste projecto. Em última análise, ao observar os mapas 3D da AE tendo
uma melhor compreensão dos métodos, poderemos identificar com precisão as regiões na AE
responsáveis por iniciar a FA, e ter mais conhecimento sobre os mecanismos responsáveis pela
mesma. Desta forma, o processo de ablação poderá alcançar o seu potencial.
Para este projecto, foram incluídos os mapas 3D electroanatómicos da AE de dez doentes com
FA paroxística ou persistente do hospital de Santa Marta, recolhidos com o sistema de mapeamento
CARTO 3. Cada ponto electroanatómico dos mapas inclui as 12 derivações do ECG, e os EGMs
unipolares e bipolares registados com o cateter de mapeamento Pentaray de 20 pólos. Porém, apenas
os EGMs bipolares foram incluídos na análise. Processaram-se os sinais bipolares e, devido a algumas
limitações, foi possível apenas a implementação de dois métodos diferentes para os analisar: um no
domínio da frequência – Frequência Dominante (FD) –, e outro no domínio da Teoria da Informação
– a entropia de Shannon. De seguida, criaram-se três tipos de mapas 3D electroanatómicos da AE para
cada doente: um de voltagem, cuja informação foi adquirida com o sistema de mapeamento, um de
FD, e outro de entropia. A informação de cada mapa estava organizada segundo um padrão de cores.
Observando os diferentes tipos de mapas da AE paralelamente, foi possível comparar os métodos, e perceber que tipo de informação cada um deles fornecia, numa tentativa de melhor compreender os
mecanismos da FA.
Foi possível observar em algumas regiões da AE, principalmente nos mapas de voltagem e de FD,
a presença de “centros de activação” ou “centros de fibrilhação”, que poderão ser os gatilhos
responsáveis por desencadear ou manter o mecanismo de fibrilhação. Para confirmar se de facto
aquelas regiões eram os gatilhos de fibrilhação, seria necessário submeter os doentes ao processo de
ablação e queimar essas zonas; e posteriormente acompanhar os doentes para observar os efeitos do
procedimento e confirmar a hipótese. Contudo, dadas as limitações do trabalho e o facto desta área de
investigação ser pouco explorada, é fulcral obter um maior número de estudo comparativos entre mais
métodos de diferentes domínios e confirmar se apontam ou não para o mesmo fenómeno de
fibrilhação.
Apesar de terem sido implementados apenas dois métodos de análise dos EGMs, o projecto
permitiu a comparação entre os mesmos, uma área de estudo por onde ainda há muito para investigar.
Com mais conhecimento sobre os diferentes métodos, a sua aplicação, inter-relação e adequação no
estudo dos mecanismos da FA e das propriedades electrofisiológicas desta patologia, é possível
desenvolver procedimentos de ablação mais eficientes e selectivos, de forma a diminuir os riscos e
aumentar a taxa de sucesso do tratamento.Atrial fibrillation (AF) is the most frequent cardiac arrhythmia in clinical practice and is described by
rapid and irregular contractions of the atria. Despite catheter ablation (CA) being a well-established
treatment for AF, it is sub-optimal, with a success rate of approximately 50 % after a single procedure,
with some patients requiring multiple procedures to achieve long-term freedom from this pathology.
This prompted the proposal and development of various quantitative electrogram (EGM)-based
methods along with different mapping systems with their respective mapping techniques, to better
understand the mechanisms responsible for initiating and maintaining AF, thus improving ablation
outcomes. However, this diversification of methods and tools resulted in disperse and inconsistent
data regarding the mechanisms of AF.
This work consisted of employing two different methods to analyse the electrograms (EGM):
dominant frequency (DF) and Shannon entropy (ShEn). From these EGMs, metrics were then
extracted and displayed in colour-coded fashion on a 3D mesh of the left atrium (LA) from patients
with paroxysmal or persistent AF. The two methods were compared to understand whether or not
these indicated different phenomena/mechanisms, and if these could locate sites suspected of
triggering and maintaining AF.
The results, while not fully conforming to the literature, allowed the comparison between
different EGM analysis methods, a field of study that requires further research. Overall, this project
highlighted the limited data available within the topic, hindering our understanding of AF
mechanisms and development of more effective and selective ablation procedures to avoid
unnecessary complications, and ultimately improve the effects of the treatment's outcomes