Spatial Characterization and Estimation of Intracardiac Propagation Patterns During Atrial Fibrillation

Abstract: Popular Abstract in Swedish Syftet med den aktuella forskningen är att ge en bättre förståelse av förmaksflimmer, den vanligaste rytmrubbningen i hjärtat som drabbar så många som var tionde över 70 år. Mekanismerna för förmaksflimmer är långt ifrån kartlagda, vilket bland annat leder till att behandlingen är standardiserad istället för att den beror på de mekanismer som styr varje enskild patients arytmi. Under lång tid har förmakens elektriska aktivitet betraktats som kaotisk, och först på senare tid har forskning kunnat visa att det går att urskilja vissa utbredningsmönster. I denna avhandling har flera nya metoder för att analysera utbredningen av den elektriska aktiviteten i hjärtat under förmaksflimmer tagits fram, vilka i framtiden kan möjliggöra mer effektiv behandling. Utöver dessa metoder, som kräver signaler registrerade inifrån hjärtat, har även en metod utvecklats för att analysera förmaksflimmer utifrån signaler registrerade på kroppsytan. Denna metod kan komma till användning vid diagnostik såväl som vid val av behandlingsform. Förekomsten av förmaksflimmer skattas till 1–2% av befolkningen, vilket motsvarar mer än 100~000 personer i Sverige. Förmaksflimmer leder till att hjärtats förmak slår snabbt och okontrollerat, vilket kan upplevas som en fladdrande känsla i bröstet och medför besvär som försämrar livskvalitén för den drabbade. Det är dock viktigt att framhålla att även om förmaksflimmer är en sjukdom som förknippas med högre risk för stroke, så kan de drabbade i stor utsträckning fortsätta leva som vanligt långt efter diagnosen. Beroende på andra sjukdomstillstånd i eller med påverkan på hjärtat utvecklas förmaksflimmer under olika lång tid från relativt korta attacker, som går över av sig själv, via längre attacker som inte längre bryts av sig själv, till ihållande förmaksflimmer så att den normala rytmen inte längre kan återskapas. I takt med att arytmin fortskrider sätts behandling in som innefattar medicinering, elkonvertering, och i ett sent skede även kirurgiskt ingrepp, i fall detta tillåts av patientens allmänna tillstånd. Det vanligaste kirurgiska ingreppet är ablation under vilka katetrar förs in i förmaken för att med hjälp av värmeenergi elektriskt isolera de delar av förmaken som tros driva flimret. I dagsläget genomförs ablationer oftast enligt en standardstrategi som går ut på att isolera det område där forskning har visat att de flesta flimmerattacker uppstår. Det har dock visat sig att en del patienter återfaller till förmaksflimmer efter ablation och därför kan upprepade ingrepp bli nödvändiga. Ett sätt att förbättra effektiviteten är att utveckla metoder som kan kvantifiera utbredningsmönstret och peka ut kritiska områden för ablation. I denna avhandling har en metod utvecklats för detta syfte som analyserar de tidpunkter då en elektrisk utbredningsvåg passerar vissa elektroder på katetrarna som spelar in signalerna i förmaken. Målet är att rekonstruera den elektriska utbredningen genom att knyta samman tidpunkterna från olika platser i förmaken till vågfronter. Att detektera tidpunkterna och framförallt att bestämma vilka tidpunkter som tillhör till samma vågfront är utmaningen i denna metod, vilket kan kompliceras ytterligare då utbredningen är mer oregelbunden. En mer avancerad strategi har därefter utvecklats som analyserar signalerna i sin helhet istället för att detektera tidpunkterna. Metoden är baserad på en princip som kallas Granger-kausalitet och som analyserar utbredningsmönstret genom att bestämma orsakssambanden mellan signalerna. I denna metod antas det finnas ett direkt samband mellan varje signal, ett antagande som dock inte är realistiskt under förmaksflimmer där utbredningen av den elektriska aktiviteten är mindre organiserad och där kopplingarna kan förmodas avta med stigande avstånd. Det har därför även utvecklats en förbättrad metod för analys av Granger-kausalitet där antagandet om glesa kopplingar införlivats, vilket har lett till en markant förbättring av resultaten. För att minska riskerna för patienten samt att sänka kostnaderna är det också intressant att utforska hur mycket information om utbredningsmönstret som kan observeras i signaler inspelade på kroppsytan. Eftersom inspelningar på kroppsytan avspeglar hela hjärtats elektriska aktivitet, är det oftast nödvändigt att i ett första steg utvinna den elektriska aktiviteten som motsvarar förmaken. I ett nästa steg kan denna aktiviteten analyseras, t.ex. med hänsyn till sin spatiella komplexitet. I denna avhandling presenteras en metod för detta syfte, och resultaten antyder att det kan finnas ett samband mellan spatiell komplexitet observerad på kroppsytan och förmaksaktivitetens organisationsgrad.