Metodología y bases del modelo

1. Qué es este documento y por qué existe

Este documento expone la formulación matemática y biofísica de MioAtlas. En simulación médica y electrocardiográfica interactiva, la transparencia de los algoritmos resulta fundamental: cada parámetro cuantitativo, vector de derivación y constante de propagación debe estar sustentado en fuentes directas o identificado como simplificación geométrica.

Hacer pública esta especificación permite a estudiantes, docentes e investigadores comprobar con exactitud cómo se generan los trazados de 12 derivaciones, cómo se interpolan los frentes de activación y de qué forma se relacionan las oclusiones coronarias con los patrones electrocardiográficos.

Cronología de desarrollo: La primera versión funcional del simulador —corazón 3D, arterias coronarias, escenarios de isquemia y ECG de 12 derivaciones— se construyó en un día. El sistema de conducción, el catálogo de 43 arritmias, el panel de pulso venoso y ruidos cardíacos, y el modo de realidad aumentada se añadieron en los días siguientes, desarrollándose el conjunto entre el 9 y el 12 de septiembre de 2026.

2. Reconstrucción de la anatomía coronaria

El árbol vascular coronario modela 11 arterias sobre la superficie epicárdica: tronco coronario izquierdo (LM), arteria descendente anterior (LAD), arteria circunfleja (LCx), coronaria derecha (RCA), primera y segunda diagonales (D1, D2), primera y segunda obtusas marginales (OM1, OM2), marginal aguda (AM), descendente posterior (PDA) y ramas posterolaterales (PLB).

Para preservar la continuidad de tangentes en los surcos anatómicos se combinan dos tipos de splines:

• Splines Bezier cúbicos (LAD y LM): Reconstruidos mediante puntos de control de posición (co), vector tangente de entrada (handleLeft) y vector tangente de salida (handleRight), evaluados mediante THREE.CubicBezierCurve3 agregados a un THREE.CurvePath continuo.
• Splines Catmull-Rom centripetales (LCx, RCA y ramas colaterales): Interpolados a partir de secuencias de vértices medidos con filtrado de puntos degenerados mediante THREE.CatmullRomCurve3(points, false, 'centripetal'), evitando la formación de bucles espurios en zonas de alta curvatura.

Transformación de coordenadas canónica

Las curvas originales se diseñan en Blender (eje Z superior, regla de la mano derecha). Para su renderizado en WebGL bajo la norma glTF (eje Y superior, regla de la mano derecha), se aplica en tiempo de ejecución la transformación lineal canónica:

Esta conversión se verifica al inicio de la simulación mediante aserciones automáticas (assertCoordinateConversion), garantizando la coherencia espacial de los ejes anatómicos.

Validación anatómica de territorios isquémicos

La delimitación de los 6 territorios de infarto agudo de miocardio con elevación del ST (SCACEST / STEMI) se fundamenta en el modelo de 17 segmentos de la AHA/ACC (Cerqueira et al., 2002).

La calibración de los volúmenes isquémicos se auditó píxel a píxel en condiciones estandarizadas: corazón pausado en diástole telediastólica (0.0 s), opacidad miocárdica al 100% y fase de SCACEST establecida (intensidad 0.98). Mediante mapas diferenciales de contraste entre el estado basal y el patológico, se optimizaron los centros y radios elipsoidales en LAD proximal, LAD media, LCx proximal, RCA proximal, RCA media y PDA proximal, descartando fugas de necrosis a estructuras adyacentes.

3. Modelado del sistema de conducción

El sistema de excito-conducción se representa en una vista de corte coronal que expone las cuatro cavidades y el septo interventricular. Consta de:

• 17 troncos con nombre anatómico: Nodo sinoauricular (SAN, en sulcus terminalis), tractos internodales anterior, medio (Wenckebach) y posterior (Thorel), haz de Bachmann hacia aurícula izquierda, nodo auriculoventricular (AVN, triángulo de Koch), vías nodales lenta y rápida, haz de His, rama derecha (RBB), banda moderadora, tronco de rama izquierda (LBB), fascículo anterior izquierdo (LAF), posterior (LPF), septal (LSF) y vía de Kent.
• 84 ramas de Purkinje: Red subendocárdica que distribuye el impulso al miocardio ventricular de ambos ventrículos.

Velocidades de conducción tisular

El avance del impulso por los splines respeta las velocidades electrofisiológicas de referencia:

• Nodo sinoauricular (salida): 0.05 m/s.
• Miocardio auricular e internodales: 1.0 m/s.
• Nodo auriculoventricular (retraso decremental): 0.05 m/s.
• Haz de His y sistema His-Purkinje: 2.0 a 4.0 m/s.
• Miocardio ventricular: 0.4 a 0.5 m/s.

Cronometría de propagación (ritmo sinusal)

A partir del inicio en el nodo sinusal (t = 0 ms), el modelo aplica los siguientes tiempos de activación fisiológicos (conductionTimingMs):

4. Síntesis matemática del electrocardiograma

El monitor de ECG sintetiza en tiempo real las 12 derivaciones estándar de superficie (I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1–V6) y 5 derivaciones adicionales extendidas (V7–V9, V3R y V4R).

Acumulador determinista a 120 Hz

Desacoplado de la tasa de refresco del navegador, el motor opera con un acumulador temporal fijo a 120 Hz (Δt = 8,333 ms) que asegura calibración clínica rigurosa:

• Velocidad de barrido: 25 mm/s (1 mm = 0.04 s; 5 mm = 0.20 s).
• Voltaje: 10 mm/mV (1 mm = 0.1 mV; 10 mm = 1.0 mV).
• Paneles de 12 derivaciones: 2.5 segundos (300 muestras a 120 Hz, 3.0 ciclos a 72 LPM).
• Tira de ritmo continuo (DII): 10.0 segundos (1.200 muestras a 120 Hz).

Intervalos de referencia del modelo

En ritmo sinusal basal a 72 LPM, el catálogo aplica los valores canónicos (referenceIntervalsMs):

• Onda P (p): 90 ms (referencia: 80–100 ms).
• Intervalo PR (pr): 160 ms (referencia: 120–200 ms).
• Complejo QRS (qrs): 90 ms (referencia: 80–100 ms).
• Intervalo QT basal (qt): 390 ms a 72 LPM (referencia: 350–430 ms).

Adaptación del QT: fórmula de Fridericia frente a Bazett

Para adaptar la duración del QT a los cambios de frecuencia cardíaca, el simulador emplea la fórmula de Fridericia (raíz cúbica del RR) en lugar de la fórmula de Bazett (raíz cuadrada):

Fundamento: La fórmula de Bazett sobrecorrige a frecuencias elevadas (induciendo falsas prolongaciones del QTc en taquicardias) y subestima el valor en frecuencias bajas. La fórmula de Fridericia ofrece una estabilidad fisiológica superior a lo largo de todo el espectro de frecuencias, acotando el QT dinámico entre 200 y 600 ms.

Vectores torácicos 3D y dipolo cardíaco

Los electrodos torácicos se sitúan en coordenadas tridimensionales torácicas reales: RA [-0.080, +0.070, -0.025], LA [+0.080, +0.065, +0.025], LL [0.000, -0.090, +0.055] y precordiales V1–V6. La señal instantánea resulta del producto escalar entre el dipolo bioeléctrico ventricular dinámico y los vectores unitarios de derivación (teoría de Frank, 1956).

5. Qué NO hace el simulador: simplificaciones fisiológicas

Para posibilitar la ejecución fluida en navegadores estándar a 60 FPS, MioAtlas adopta simplificaciones técnicas explícitas respecto a la complejidad biológica real:

7. Estado editorial y colaboración técnica