Atrial conduction velocity mapping: clinical tools, algorithms and approaches for understanding the arrhythmogenic substrate

Characterizing patient-specific atrial conduction properties is important for understanding arrhythmia drivers, for predicting potential arrhythmia pathways, and for personalising treatment approaches. One metric that characterizes the health of the myocardial substrate is atrial conduction velocity, which describes the speed and direction of propagation of the electrical wavefront through the myocardium. Atrial conduction velocity mapping algorithms are under continuous development in research laboratories and in industry. In this review article, we give a broad overview of different categories of currently published methods for calculating CV, and give insight into their different advantages and disadvantages overall. We classify techniques into local, global, and inverse methods, and discuss these techniques with respect to their faithfulness to the biophysics, incorporation of uncertainty quantification, and their ability to take account of the atrial manifold

Personalized Multi-Scale Modeling of the Atria: Heterogeneities, Fiber Architecture, Hemodialysis and Ablation Therapy

This book targets three fields of computational multi-scale cardiac modeling. First, advanced models of the cellular atrial electrophysiology and fiber orientation are introduced. Second, novel methods to create patient-specific models of the atria are described. Third, applications of personalized models in basic research and clinical practice are presented. The results mark an important step towards the patient-specific model-based atrial fibrillation diagnosis, understanding and treatment

Détection et suivi des singularités de phase par le suivi des fronts de dépolarisation dans un modèle informatique de fibrillation auriculaire

La fibrillation auriculaire affecte un nombre grandissant d’individus chaque année et peut mener à de graves complications telles qu’un accident vasculaire cérébral. Une approche thérapeutique est la thermo- ou cryoablation par cathéter de zones tissulaires essentielles au maintien des épisodes de fibrillation. Une des cibles proposées pour l’ablation est le centre des rotors qui maintiennent l’arythmie en créant des réentrées stables. Ces rotors sont détectés à partir de signaux de cartographie électrique ou optique ou dans des simulations à l’aide du concept de singularité de phase (SP). L’analyse de ces SP donne une description de la dynamique de la fibrillation. Le suivi dans le temps (tracking) des SP a une importance critique pour calculer la durée de vie des rotors et leur stabilité. L’objectif du projet est donc d’améliorer les algorithmes de détection et de suivi des SP. Nous avons développé des modèles de tissus cardiaques 2D avec des hétérogénéités dynamiques (variations battement à battement), ionique (conductance des canaux potassiques), et structurelles (fibrose). Des épisodes de fibrillation ont été simulés dans ces modèles. Le script développé permet de suivre avec précision les SP de l’ensemble de simulations. La performance de cet algorithme varie en fonction de la complexité de la dynamique étudiée et du pas de temps utilisé pour faire le suivi. Une correction a posteriori et une simplification à partir d’un facteur de seuillage (τps = 15ms) permettent de mettre en évidence les rotors permanents avec une longue durée de vie. Cet algorithme permettra donc de faciliter les analyses de dynamique de fibrillation auriculaire en contexte de simulation sous la forme de feuillet tissulaire 2D. La méthode utilisée est aussi généralisable aux modèles 3-dimensionnels.Atrial fibrillation affects a growing number of individuals each year. These patients are subject to severe complication such as AVCs if a treatment is not applied to their condition. One possible therapeutic approach is catheter ablation of the problematic tissue with heat or cold. This method targets fibrillation sources known as rotors. To allow for a more efficient and personalizable treatment, detection of such rotors is done through electrical or optical signal cartography. The resulting map of membrane potentials can then be used to find the center of the target rotors: phase singularities (PS). PS analysis allows a deeper understanding of AF dynamics. Moreover, tracking these reentries is essential for the evaluation of PS lifespan. The sources with longer the lifespans can be identified as stable and kept as possible candidates for ablative therapy. The projects objective is to improve PS detection and tracking algorithms We have developed 2D atrium models with dynamic (beat-to-beat variation), ionic (potassium channel conductance) and structural (fibrosis) heterogeneities. Episodes of atrial fibrillation were simulated for each model. The developed method allows for precise PS tracking for the simulated cases of AF. The error rate of the method is dependent of the temporal resolution and the complexity of the fibrillation dynamics. By applying a post-processing correction method and a threshold to the lower lifespan values ( ps = 15ms) it is possible to highlight longer lasting rotors that could be considered permanent when the temporal resolution is sufficiently low (dt = 0.1ms). The result of the following project allows for easier AF dynamics analysis for simulated 2D sheet cases. The method is theoretically applicable to 3D cases if the algorithm is adapted to such models