There is an increased interest, in the field of cardiac modeling, for an improved coordinate system that can consistently describe local position within a heart geometry across various distinct geometries. A newly designed coordinate system, Cobiveco, meets these requirements. However, it assumes the use of biventricular models with a flat base, ignoring important cardiac structures. Therefore, we extended the scope of this state-of-the-art biventricular coordinate system to work with various heart geometries which include basal cardiac structures that were previously unaccounted for in Cobiveco. First, we implemented a semi-automated input surface assignment for increased accessibility and reproducibility of assigned coordinates. Then, we extended the coordinate system to handle more anatomically accurate biventricular models including the valve planes, which are of great interest when modeling diseases that manifest themselves in the basal area. Furthermore, we added the functionality of mapping vector data, such as myocardial fiber orientations, which are crucial for replicating the anisotropic electrical propagation in cardiac tissue.

Atrial fibrillation (AF) is the most common arrhythmia encountered clinically, and as the population ages, its prevalence is increasing. Although the CHA2DS2−VASc score is the most used risk-stratification system for stroke risk in AF, it lacks personalization. Patient-specific computer models of the atria can facilitate personalized risk assessment and treatment planning. However, a challenge faced in creating such models is the complexity of the atrial muscle arrangement and its influence on the atrial fiber architecture. This work proposes a semi-automated rule-based algorithm to generate the local fiber orientation in the left atrium (LA). We use the solutions of several harmonic equations to decompose the LA anatomy into subregions. Solution gradients define a two-layer fiber field in each subregion. The robustness of our approach is demonstrated by recreating the fiber orientation on nine models of the LA obtained from AF patients who underwent WATCHMAN device implantation. This cohort of patients encompasses a variety of morphology variants of the left atrium, both in terms of the left atrial appendages (LAAs) and the number of pulmonary veins (PVs). We test the fiber construction algorithm by performing electrophysiology (EP) simulations. Furthermore, this study is the first to compare its results with other rule-based algorithms for the LA fiber architecture definition available in the literature. This analysis suggests that a multi-layer fiber architecture is important to capture complex electrical activation patterns. A notable advantage of our approach is the ability to reconstruct the main LA fiber bundles in a variety of morphologies while solving for a small number of harmonic fields, leading to a comparatively straightforward and reproducible approach.

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Inicialmente, agradeço ao professor Cadu, orientador e sonhador. Foi quem plantou a semente dessa pesquisa e de ideais vêm florescendo em mim. Também foi a pessoa que me acolheu dentro da engenharia e me apoiou em decisões difíceis de diversas maneiras. Agradeço ao professor Maicon, por toda sua coragem e empenho. Foi quem compartilhou comigo experiências da análise numérica e de modelagem matemática, acompanhou de perto os desafios computacionais e se dedicou muito durante essa jornada. Além disso, para que este projeto fosse idealizado, busquei ouvir os conselhos do professor Alberto Saa, à quem sou extremamente grata por toda atenção, pelas conversas sinceras e sugestões. Vocês confiaram no meu trabalho e foram essenciais para que esse projeto acontecesse, tenho total admiração por vocês. O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior -Brasil (CAPES) -Código de Financiamento 001 e com o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) -Processo 2016/19126-2. Reconheço a importância desses órgãos que possibilitaram que eu me dedicasse integralmente à essa pesquisa.Agradeço às contribuições do Felipe Silva e do Fábio Santiago, os quais me indicaram pacientemente os caminhos que percorreram para que eu encontrasse trilhas amigáveis em direção à compreensão da teoria e dos códigos. Ao Matheus Borges que teve enorme contribuição na revisão de literatura, na análise termodinâmica e trouxe vida a esse ventrículo, obrigada! Também o olhar do professor Roberto Aussas, que me ajudou a conectar ideias importantes. Aos membros da banca, professores Joni e Rogério, sou muito grata pelas discussões, correções e estímulo para o desenvolvimento do trabalho. Aproveito para valorizar todas as professoras e professores que passaram em minha vida, os quais foram fundamentais no direcionamento da minha dedicação aos estudos e contemplação da complexidade da vida, em especial Thiago Bortoli.Às minhas maiores fontes de inspiração humana e de amor: mãe, Ma, vovó e Vivi. Foram vocês que me ensinaram o que é amar. Compartilhamos momentos intensos e aprendemos o que é mais valioso na vida juntas. Gratidão também pelo amor do meu irmão, Felipe e pelo amparo da família Silva. Agradeço por ter nascido tão perto de vocês.Usando as palavras de vovó, sou iluminada por ter pessoas maravilhosas na vida, que são parte da família que eu escolhi. Agradeço às primas Carol, Priscila, Aleska e respectivas famílias pelo carinho e acolhimento. Também agradeço imensamente à tia Vera, que acredita em mim desde o início dessa jornada, desde o dedinho mindinho. Agradeço à Daniela, minha conselheira acadêmica e espiritual: você me deu ferramentas inestimáveis e me emprestou seu olhar precioso. Às minhas irmãs de coração Júlia, Marinas, Gabriela, Jéssica, Isabela, Laísa, Stephania: muito obrigada por me apoiarem e escolherem cultivar esse laço lindo de amizade. À Melissa e Joy, que são companheiras de busca do autoconhecimento, agradeço por todo amor, vocês tornam a vida mais b...