Proyecto e3DTorso

Presentación

Caracterización y diagnóstico no invasivo de arritmias cardiacas mediante modelado computacional 3D anatomo-funcional del corazón y torso humano.

Las arritmias cardíacas son una de las principales causas de mortalidad en Europa y una importante carga económica para el sistema de salud. A pesar de la existencia de guías clínicas bien desarrolladas para el manejo de la fibrilación auricular (FA) o taquicardia ventricular (TV), las tasas de éxito de sus tratamientos a largo plazo siguen siendo inaceptablemente bajas, debido a la complejidad de la enfermedad. Por lo tanto, hay una necesidad imperiosa de mejorar los resultados clínicos en beneficio de los pacientes y el sistema sanitario. Los modelos computacionales de electrofisiología del corazón han demostrado ser una herramienta útil para mejorar la comprensión de los principios biofísicos de la electrofisiología cardiaca, y están comenzando a ser utilizados en entornos aislados para mejorar el tratamiento de las arritmias cardiacas. El objetivo principal del proyecto e3DTorso es utilizar la experiencia existente de sus miembros para desarrollar y transferir tecnologías basadas en el Virtual Physiological Human al entorno clínico para el tratamiento de la FA y TV. Estas tecnologías incluyen la especificación clínica y recopilación de datos, y el análisis de imagen y señal para la caracterización estructural y funcional de la FA y TV, a partir de datos clínicos no invasivos tales como los mapas de potencial de superficie (BSPM). Los datos serán integrados en modelos específicos de paciente que incluirán los últimos avances en cuanto a mecanismos de funcionamiento del corazón, y se usarán para diagnosticar y predecir el estado del paciente y su evolución. En particular en el proyecto se construirán 5-10 modelos específicos multi-escala de pacientes, que incluirán aurículas y ventrículos detallados, y acoplados a un modelo de torso completo. Se incluirá un descripción detallada el la microestructura del corazón mediante las técnicas más avanzadas publicadas en la literatura. Estos modelos serán utilizados para la simulación biofísica de la electrofisiología cardiaca, teniendo en cuenta la heterogeneidad en los modelos celulares y de tejido. El sistema acoplado se validará mediante mapeado electrofisiológicos invasivo y BSPM. Los datos de un conjunto de 5 voluntarios serán recolectados a través de técnicas de imagen de muy alta resolución para testar y validar los modelos computacionales. Por último, se implementará un método para resolver el problema inverso en electrofisiología, y se utilizará para inferir y evaluar información de la patología que presentan los pacientes, de forma no invasiva. De la resolución del problema se espera obtener información clínica relevante sobre los sustratos patológicos y las secuencias de activación del corazón. Combinando las predicciones del modelo con evaluaciones clínicas se generarán fenotipos de pacientes mejorados para la planificación del tratamiento de ablación por radiofrecuencia. Los beneficios previstos para los pacientes incluyen el aumento de las tasas de éxito de la primera ablación, la reducción de la duración del procedimiento, y una disminución de la carga global de FA y TV.

Modelado basado en el Virtual Physiolocical Human (VPH)

layers

Una nueva y prometedora tecnología basada en la integración de información procedente de distintas escalas biológicas en modelos matemáticos computacionales (Virtual Physiological Human y Physiome) ha abierto nuevas posibilidades para el estudio de enfermedades cardiacas (ver Fig. 1). La importancia del VPH ha derivado en la creación de líneas de financiación específica dentro del área de las TIC en el VII Programa Marco de la Unión Europea (ICT-2011.5.2), y la definición de roadmaps específicos. El principal objetivo del estas técnicas es el desarrollo de modelos tridimensionales realistas de diferentes órganos, como el corazón, que incluyan, con un elevado grado de detalle, características genéticas de las corrientes iónicas, sus mutaciones, las características electrofisiológicas de los diferentes tipos de células cardiacas, la estructura anatómica de los tejidos cardiacos, y en general del cuerpo humano.

Objetivos

El objetivo general es la construcción de modelos computacionales biofísicos del corazón y el torso humano que permitan inferir el comportamiento eléctrico de un paciente dado y simular de forma realista la electrofisiología cardiaca asociada a su fenotipo. Esto tiene un gran interés clínico, ya que permitirá ayudar a una mejor compresión de los procesos fisio-patológicos relacionados con las arritmias, así como ayudar en la toma de decisiones y optimizar tratamientos, mejorando la respuesta del paciente y reduciendo los costes asociados.Este objetivo requiere el desarrollo de un modelo computacional multi-escala corazón-a-torso altamente realista junto a un conjunto de técnicas para resolver el problema directo y el problema inverso en electrofisiología, para mejorar la caracterización y diagnosis de arritmias mediante datos no invasivos.

  1. O1. Adquirir datos clínicos de referencia de pacientes con arritmias cardiacas.
  2. O2. Desarrollar un conjunto representativo de modelos anatómicos 3D personalizados al paciente que incluya el corazón, pulmones, huesos e hígado a partir de imágenes clínicas multimodales.
  3. O3. Modelar y simular la electrofisiología cardiaca en condiciones normales y con arritmias, mediante modelos biofísicos multi-escala, el ECG y el BSPM.
  4. O4. Desarrollar una técnica para resolver el problema inverso en electrofisiología y aplicarlo a los datos de BSPM del conjunto de pacientes de referencia.
  5. O5. Analizar y visualizar de forma efectiva la relación entre el comportamiento eléctrico del órgano y los potenciales eléctricos obtenidos en el BSPM.

Financiación

Programa Estatal de Investigación, Desarrollo e Innovación Orientado a los retos de la Sociedad. Ministerio de Economía y Competitividad, y Fondo FEDER. (01/11/2015- 31/10/2018. TIN2014-59932-JIN).


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