Gómez Barea, MarioIvorra Cano, AntoniUniversitat Pompeu Fabra. Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions2025-04-102025-04-102025-04-082025-01-082027-01-08http://hdl.handle.net/10230/70121A novel technique for the ablation of cardiac arrhythmias based on irreversible electroporation, Pulsed Field Ablation (PFA), has been developed over the last years. Despite PFA is already in clinical use, there are many aspects that are poorly understood or characterized. We have decided to carry out a first study to learn more details about the PFA, such as the morphology of the lesion, as well as to determine the influence that the blood velocity may have on the lesion or the effect of the orientation of the catheters on the lesion size. These two parameters have been observed to considerably affect lesion morphology in thermal cardiac ablation technique, Radiofrequency ablation, RFA. For that, we did a computational comparison in terms of lesion morphology, using computational models, considering different multiphysics, including electrical, thermal, and fluid dynamics, in a simplified cardiac chamber slab (with blood in motion). Two catheter configurations: monopolar and bipolar were studied. RFA was simulated using a conventional temperature-controlled approach while the PFA protocol consisted of a sequence of 20 biphasic bursts (100 µs duration). To make a fair lesion comparison, PFA voltage was adjusted to obtain the same lesion depth as for the RFA model. Computational simulations indicate that, for equivalent lesion depths, PFA lesions are wider, more symmetrical and have a higher volume than RFA lesions for both catheter configurations. Regarding the effects of blood velocity, RFA lesions display a great dependence while PFA lesions remain immune to it. For the monopolar configuration, catheter angle with respect to cardiac surface impacted both ablation techniques but in opposite directions. The orientation of the catheter with respect to blood flow direction only affected RFA lesions. Comparing the morphology of the lesions predicted for PFA in our first study (where symmetrical lesions are observed) with real lesions published by other authors, we see that there are significant differences, the lesions are not perfectly symmetrical, and above all, we observe differences between the lesion obtained right after the application of the pulses, and the final injury after a period of hours. Since the cell death mechanisms underlying PFA are not clearly known, we decided to perform a second study to study the dynamics of different cell death mechanisms previously observed in other PFA studies. An in vitro study was carried out using a circular 2D model with H9C2 cells (myoblast from cardiac rat tissue) was implemented. Conventional IRE and H-FIRE pulses were used for different internal frequencies. Voltages were adapted to have similar lesions width after 24 hours of pulses application. In vitro results indicate that after 4 hours of the pulses application, there was a peak of pyroptosis while the peak of necroptosis was detected after 18 hours of the pulses application. Both cell death mechanisms were frequency-dependent phenomena and lesions suggested that there must be another death mechanisms involved and not detected since lesions widths were smaller than lesions after 24 hours of the pulses application.En los últimos años se ha desarrollado una novedosa técnica para la ablación de arritmias cardíacas basada en electroporación irreversible, la ablación por campo pulsado (PFA). A pesar de que la PFA ya se utiliza clínicamente, hay muchos aspectos que no se comprenden o caracterizan bien. Hemos decidido realizar un primer estudio para conocer más detalles sobre la PFA, como la morfología de la lesión, así como determinar la influencia que puede tener la velocidad de la sangre sobre la lesión o el efecto de la orientación de los catéteres. sobre el tamaño de la lesión. Se ha observado que estos dos parámetros afectan considerablemente la morfología de la lesión en la técnica de ablación cardíaca térmica, ablación por radiofrecuencia, RFA. Para eso, hicimos una comparación computacional en términos de morfología de la lesión, utilizando modelos computacionales, considerando diferentes multifísicas, incluyendo eléctrica, térmica y dinámica de fluidos, en una losa de cámara cardíaca simplificada (con sangre en movimiento). Se estudiaron dos configuraciones de catéter: monopolar y bipolar. La RFA se simuló utilizando un enfoque convencional con temperatura controlada, mientras que el protocolo PFA consistió en una secuencia de 20 ráfagas bifásicas (100 µs de duración). Para realizar una comparación justa de las lesiones, se ajustó el voltaje de PFA para obtener la misma profundidad de lesión que para el modelo RFA. Las simulaciones computacionales indican que, para profundidades de lesión equivalentes, las lesiones de PFA son más anchas, más simétricas y tienen un volumen mayor que las lesiones de RFA para ambas configuraciones de catéter. En cuanto a los efectos de la velocidad sanguínea, las lesiones por ARF muestran una gran dependencia mientras que las lesiones por PFA permanecen inmunes a ella. Para la configuración monopolar, el ángulo del catéter con respecto a la superficie cardíaca afectó a ambas técnicas de ablación, pero en direcciones opuestas. La orientación del catéter con respecto a la dirección del flujo sanguíneo solo afectó las lesiones de ARF. Comparando la morfología de las lesiones predichas para PFA en nuestro primer estudio (donde se observan lesiones simétricas) con lesiones reales publicadas por otros autores, vemos que hay diferencias significativas, las lesiones no son perfectamente simétricas y sobre todo observamos diferencias. entre la lesión obtenida inmediatamente después de la aplicación de los pulsos, y la lesión final al cabo de unas horas. Dado que los mecanismos de muerte celular subyacentes a la PFA no se conocen claramente, decidimos realizar un segundo estudio para estudiar la dinámica de diferentes mecanismos de muerte celular observados previamente en otros estudios de PFA. Se realizó un estudio in vitro utilizando un modelo circular 2D utilizando células H9C2 (mioblastos de tejido cardíaco de rata). Se utilizaron pulsos IRE y H FIRE convencionales para diferentes frecuencias internas. Los voltajes se adaptaron para tener lesiones de ancho similar después de 24 horas de aplicación de pulsos. Los resultados in vitro indican que después de 4 horas de la aplicación de los pulsos, hubo un pico de piroptosis mientras que el pico de necroptosis se detectó después de 18 horas de la aplicación de los pulsos. Ambos mecanismos de muerte celular fueron fenómenos dependientes de la frecuencia y las lesiones sugirieron que debe haber otros mecanismos de muerte involucrados y no detectados, ya que los anchos de las lesiones eran más pequeños que las lesiones después de 24 horas de la aplicación de los pulsos.Al llarg dels darrers anys s'ha desenvolupat una nova tècnica per a l'ablació d'arítmies cardíaques basada en l'electroporació irreversible, l'ablació de camp polsat (PFA). Tot i que la PFA ja està en ús clínic, hi ha molts aspectes que s'entenen o es caracteritzen poc. Hem decidit fer un primer estudi per conèixer més detalls sobre el PFA, com ara la morfologia de la lesió, així com per determinar la influència que pot tenir la velocitat de la sang sobre la lesió o l'efecte de l'orientació dels catèters. S'ha observat que aquests dos paràmetres afecten considerablement la morfologia de la lesió en la tècnica d'ablació cardíaca tèrmica, ablació per radiofreqüència, RFA. Per a això, vam fer una comparació computacional en termes de morfologia de lesions, utilitzant models computacionals, considerant diferents multifísiques, incloent-hi la dinàmica elèctrica, tèrmica i de fluids, en una llosa de cambra cardíaca simplificada (amb sang en moviment). Es van estudiar dues configuracions de catèter: monopolar i bipolar. La RFA es va simular mitjançant un enfocament convencional de temperatura controlada, mentre que el protocol PFA consistia en una seqüència de 20 ràfegues bifàsiques (100 µs de durada). Per fer una comparació justa de lesions, es va ajustar la tensió de PFA per obtenir la mateixa profunditat de lesió que per al model RFA. Les simulacions computacionals indiquen que, per a profunditats de lesió equivalents, les lesions PFA són més amples, més simètriques i tenen un volum més elevat que les lesions RFA per a ambdues configuracions de catèter. Pel que fa als efectes de la velocitat de la sang, les lesions RFA mostren una gran dependència mentre que les lesions PFA es mantenen immunes. Per a la configuració monopolar, l'angle del catèter respecte a la superfície cardíaca va afectar ambdues tècniques d'ablació però en direccions oposades. L'orientació del catèter respecte a la direcció del flux sanguini només va afectar les lesions RFA. Comparant la morfologia de les lesions predites per a PFA en el primer estudi (on s'observen lesions simètriques) amb lesions reals publicades per altres autors, veiem que hi ha diferències significatives, les lesions no són perfectament simètriques i, sobretot, observem diferències. entre la lesió obtinguda just després de l'aplicació dels polsos, i la lesió final al cap d'un període d'hores. Com que els mecanismes de mort cel·lular subjacents a PFA no es coneixen clarament, vam decidir realitzar un segon estudi sobre la dinàmica de diferents mecanismes de mort cel·lular observats en altres estudis de PFA. Es va fer un estudi in vitro utilitzant un model circular 2D amb cèl·lules H9C2 (mioblast de teixit de rata cardíaca). Es van utilitzar polsos IRE i H-FIRE per a diferents freqüències internes. Els voltatges es van adaptar per tenir una amplada de lesions similar després de 24 hores d'aplicació. Els resultats in vitro indiquen que després de 4 hores hi va haver un pic de piroptosi mentre que el pic de necroptosi es va detectar després de 18 hores d'aplicació de llegums. Tots dos mecanismes de mort cel·lular eren fenòmens dependents de la freqüència i les lesions suggerien que hi havia d'haver un altre mecanisme de mort implicat i no detectat, ja que l'amplada de les lesions era menor que les lesions després de 24 hores de l'aplicació dels polsos.Programa de Doctorat en Tecnologies de la Informació i les Comunicacions250 p.application/pdfengADVERTIMENT. Tots els drets reservats. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.info:eu-repo/semantics/embargoedAccessinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisIrreversible electroporationPulsed field ablationRadiofrequency ablationCardiac ablationCell deathNecroptosisPyroptosisComputational modelHigh frequency pulsesPFAIREH-FIREH9C262