Introduction: Ultrasound (US) exams are extensively used in Chile and around the world. This non-invasive imaging technique has many advantages when compared to magnetic resonance, computed tomography, and others because it has a low cost, it does not need ionizing radiation, and it is portable equipment. However, this technique has many challenges; the most known is the balance between resolution and penetration depth. Recently, in 2011, a new technique of US has been described: the ultrasound localization microscopy (ULM). However, it was only in 2015 that this technique gained knowledge with the publication of Errico et al. (2015) who described the ultrafast ultrasound localization microscopy applied in vivo in rats brain. ULM eliminates the challenge of the balance between resolution and penetration; but a new challenge emerges: the balance between localization precision of microbubble, microbubble concentration, and acquisition time. The microbubbles (MB) are the contrast agent for the US technique. They have 1-5 µm in diameter and act as a blinking source. These MB are injected into the bloodstream and flow into the circulatory system. ULM is also known as super-resolution imaging; it can produce vascular images with a resolution around 10 µm, 10 times better than the conventional US image. This unprecedented resolution has numerous potential applications. In particular, ULM would have a high impact in oncology because the vascular structure of early tumors, that are in the range of 5 µm to 80 µm, provides information that can help in the early diagnosis and monitor therapy responses. The huge potentiality of ULM has produced a lot of excitement and expectation worldwide, and it became a hot topic in the medical ultrasound community. Unfortunately, this technique is not yet clinically approved because it is still in development stages and presents many challenges that must be solved before translating it into clinics. The mainly limitations to overcome before translating ULM into clinics are the following: contrast-to-tissue ratio (CTR), signal-to-noise ratio (SNR), acquisition time, microbubble concentration, motion, lack of a gold standard, data overdose, exploitation of ultrafast scanner uncommon in the clinic and so on. Therefore, the aim of this study is to optimize the technique to localize microbubbles, and to explore the physics of microbubble to provide a change in the paradigm of the processes to produce ULM by combining the superresolution processing with a controlled exterior force impulse. To achieve this aim, first a numerical study will be performed to simulate microbubbles into small vessels and find a better way to localize them. The robustness of the algorithm will be increased to consider the non-linear interactions between MB and US and to consider the parabolic velocity profile of the vessel/tube. Up to date, the studies on microbubbles localization in ULM are after the image acquisition. There are no tissue/flow simulations of the behavior of microbubbles into the vessels with this technique. To perform the simulation, we will use a computer with excellent storage capacity and great velocity of processing together with the MATLAB algorithm: The Full Wave Solver. Second, an experimental study will be performed to generate super resolution images in a conventional phantom. The state of art will be applied with a phantom made by microtubes and microbubbles and then, the improvement of the aim 1 will be considered into this experiment. The complexity of the phantom will be increased from a medium with only water, then gelatine and finally, we will add some respiratory simulated movement. To the experimental setup we will use the Verasonics Vantage 128 research ultrasound scanner with different types of ultrasound transducers, microbubbles, microtubes, gelatine and the respiratory movement will be simulated with a vibration testing system (Shaker VTS-100). Finally, the physics of microbubble will be explored to provide a change in the paradigm of the processes to produce ULM and to detect the MB in a more direct way, without the need to perform a filter, like the signal value decomposition (SVD). We want to apply the an external know push pulse that will produce differences in the shear waves between the microbubbles and the tissue around and with simulations we will be able to know the response of microbubbles and it may help us to separate them from the tissue. Expected results: As result of this study, we expect to develop a numerical simulation to the ULM method, by considering interactions of the US with the tissue and fluid dynamics of the blood into the vessel and significantly optimize the techniques of MB detection. Besides that, this project will help to improve the first fully programmable ultrasound scanner system in Chile. Potentially, this would open new research areas at the country level, such as ultrasound imaging, ultrasound super-resolution imaging and soft tissue characterization.
El desarrollo de herramientas para el an ́alisis de funciones vitales a trav ́es de im ́agenes representa un campo de creciente inter ́es, especialmente para el estudio de marcadores tempranos de diversas patolog ́ıas, as ́ı como el desarrollo de aplicaciones diagn ́osticas a mediano plazo. En este contexto, el an ́alisis de la funci ́on vascular, a lo largo del ciclo vital, continua siendo un ́area con un alta demanda de nuevas tecnolog ́ıas, debido a su gran impacto a nivel de salud en la poblaci ́on. Esta propuesta busca generar una l ́ınea de investigaci ́on actualmente casi inexistente en Chile, las im ́agenes ultras ́onicas m ́edicas. En particular, nos gustar ́ıa introducir en Chile una t ́ecnica recientemente propuesta, denominada microscop ́ıa de localizaci ́on por ultrasonido (ULM), tambi ́en conocida como im ́agenes de su ́per- resoluci ́on. Esta t ́ecnica puede crear im ́agenes del sistema circulatoria con una resoluci ́on nunca antes vista, lo que permite visualizar vasos sangu ́ıneos de hasta 5μm. As ́ı, nuestra propuesta posee dos grandes objetivos. El primero es Optimizar y robusteces los procesos involucrados en el desarrollo de las im ́agenes de su ́per-resoluci ́on ultras ́onicas, esto a trav ́es de Optimizar los par ́ametros de adquisici ́on de datos y de procesamiento con el fin de robustecer la generaci ́on de este tipo de im ́agenes. Nuestro segundo objetivo es generar im ́agenes de su ́per- resoluci ́on de la red vascular interna de placenta humana ex-vivo y a buscar candidatos a marcadores a partir de estas im ́agenes.
La ecograf ́ıa convencional es ampliamente usada en Chile y el mundo. Es preferida entre otras modalidades de im ́agenes (MRI, PET, TC) debido a su portabilidad, bajo costo, naturaleza no invasiva y a que utiliza radiaci ́on no ionizante, especialmente en condiciones como el embarazo, o en pacientes con manejo farmacol ́ogico complejo, entre otras. Recientemente, se han desarrollado nuevas modalidades de im ́agenes ultras ́onicas, propiciadas por la mejora en la industria de los semiconductores, lo que ha permitido un incremento en la capacidad de computo de los esc ́aneres ultraso ́nicos y en el nu ́mero de elementos piezoel ́ectrico de los transductores ultras ́onicos, generando un aumento significativo en la versatilidad y calidad de estas tecnolog ́ıas. Dentro de estas nuevas t ́ecnicas encontramos la microscop ́ıa de localizaci ́on por ultrasonido (ULM) o su ́per-resoluci ́on ultras ́onica. Esta revolucionaria t ́ecnica es capaz de superar el l ́ımite de difracci ́on y producir una resoluci ́on diez veces mayor en comparaci ́on con la ecograf ́ıa convencional. Puede ser usada para producir ima ́genes vasculares con una resoluci ́on sin precedentes de hasta 5 μm permitiendo as ́ı la visualizaci ́on de vasos sangu ́ıneos microsc ́opicos que hasta ahora no pueden ser vistos por ninguna t ́ecnica disponible cl ́ınicamente. ULM utiliza microburbujas (MBs) de gas (1 μm de di ́ametro) que actu ́an como fuentes acu ́sticas estoc ́asticas. Las MBs se inyectan en el torrente sangu ́ıneo y fluyen dentro del sistema circulatorio, donde aparecen y desaparecen de la regi ́on de inter ́es, lo que permite su localizaci ́on. Luego, la imagen de su ́per-resoluci ́on se construye a partir de la acumulaci ́on de cientos de miles de MBs localizadas.
Actualmente, la mayor parte de la investigaci ́on en ULM se realiza desde el punto de vista de las ciencias de la ingenier ́ıa, que deja a veces a la ciencia fundamental como un aspecto secundario. Nuestro equipo, debido al car ́acter transdisciplinario de esta propuesta, esta constituido por investigadores de el ́area de la ingenier ́ıa, f ́ısica, biomedicina y matem ́aticas. Basados en las fortalezas de este equipo, proponemos estudiar esta tecnolog ́ıa desde la perspectiva de la ciencia fundamental, buscando limitaciones en ella, y estableciendo los mecanismos fisiol ́ogicos que se manifiestan a nivel de las im ́agenes de su ́per-resoluci ́on, permitiendo superar sus actuales limitaciones y potenciando su posible aplicaci ́on en el ́area m ́edica. En este contexto buscaremos como segundo objetivo el visualizar la microvasculatura de muestras de placenta ex-vivo, las que ser ́an donadas voluntariamente por pacientes del hospital regional de Rancagua, y complementar estas observaciones con par ́ametros funcionales y moleculares, con el fin de modelar desde distintas perspectivas nuevos marcadores de funci ́on vascular.
Usualmente para lograr el avance en le desarrollo de este tipo de t ́ecnicas, se requieren condiciones experimentales altamente controlables, las que se logran utilizando sistemas que imitan el tejido en cuesti ́on, el que en nuestro caso es el sistema vascular. Para esto, se utilizan mayormente experimentos in-vitro fabricados a partir de microtubos de 50−150 μm de di ́ametro interno. Sin embargo, existe una gran diferencia entre las propiedades de este tipo de sistemas y las propiedades acu ́sticas de tejido in-vivo humano. Lo que requiere una gran cantidad de iteraciones experimentales retazando el desarrollo. As ́ı, al utilizar tejido humano ex-vivo pretendemos aumentar significativamente la velocidad de la curva de aprendizaje y por consiguiente lograr im ́agenes de su ́per-resoluci ́on humano compatibles dentro de la duraci ́on de esta propuesta. As ́ı mismo, el desarrollo de esta propuesta en un modelo vascular como la placenta humana representa un clara oportunidad para aportar en un ́area actualmente limitada en su capacidad diagn ́ostica, lo que restringe la aplicaci ́on de intervenciones efectivas durante el embarazo, con consecuencias en la salud de la madre y su progenie.
Como proyecciones de este esquema colaborativo esperamos tener acceso a par ́ametros biol ́ogicos con los cuales generar nuevas formas de diagn ́ostico de alta precisi ́on, en especial a nivel de las estructuras involucradas, en primera instancia, con el desarrollo de alteraciones vasculares (i.e. vasos de pequen ̃o calibre). Con ello buscamos desarrollar un tecnolog ́ıa con base cient ́ıfica a trav ́es de la cual ser ́a posible obtener indicadores de mayor sensibilidad y especificidad para variadas condiciones, enfermedades o s ́ındromes, relacionados con la funci ́on vascular.
El objetivo de este proyecto es el estudio de problemas de gestión de recursos energéticos desde un punto de vista teórico y aplicado, con el fin de entender el perfil de demanda energética en la región de O’Higgins y diseñar métodos para optimizar dicha gestión.
El objetivo de este proyecto es estudiar desde un punto de vista teórico problemas de asignación de recursos en el contexto de tareas dos-dimensionales, con aplicaciones principalmente en el área de gestión de recursos energéticos.
Calidad de agua en una cuenca de alta montaña afectada por la degradación de
la criosfera
Rapa Nui o Isla de Pascua es una isla volcánica intraoceánica que se encuentra sobre la placa de Nazca, ubicada en el vértice oriental de la Polinesia (Océano Pacífico). La isla se encuentra a 3700 km de la costa continental chilena y pertenece a la Región de Valparaíso (Chile). Su situación remota y aislada junto con el aumento de la urbanización, la ocupación y el turismo en el territorio, se traduce en mayores niveles de exposición y de vulnerabilidad frente a peligros geológicos como el volcanismo, la erosión, las remociones en masa, los tsunamis, entre otros, que generan niveles relativamente altos de riesgo local.
El 40% del área insular corresponde al Parque Nacional Rapa Nui, donde existen lugares de alto interés y visita por su riqueza arqueológica, como el volcán Rano Raraku, la cantera de los Moai y las cuevas volcánicas del sector Roiho. Sin embargo, actualmente estos lugares presentan riesgos de inestabilidad por caída de rocas que amenazan tanto a locales, visitantes y al propio patrimonio cultural. Además, los fenómenos hidrometeorológicos, cada vez más extremos como consecuencia del cambio climático actual, van agravando la condición de los materiales expuestos y aumentando la tasa de denudación en el territorio. La erosión, generada principalmente por la lluvia y el viento, es otro problema significativo, que afecta gravemente a los suelos de la isla, y que se ve principalmente en la incisión de la quebrada Ava Ranga Uka. A pesar de la importancia e implicancia que tienen estos fenómenos en la seguridad de quienes habitan y visitan Rapa Nui, no se han realizado estudios sobre la evaluación de los peligros geológicos asociados a las remociones en masa o la erosión superficial.
Este proyecto busca, por tanto, evaluar los procesos de denudación para comprender la influencia de los fenómenos de remociones en masa (caída de roca) y erosión por escorrentía superficial en la estabilidad del paisaje, que representan un riesgo geológico para en diferentes lugares altamente visitados. Para ello, se caracterizarán geotécnicamente los macizos rocosos con el objetivo de evaluar la estabilidad del paleoacantilado del cono Rano Raraku y las cuevas Ana Kakenga y Ana Te Pahu a través de ensayos de laboratorio, datos en terreno y el uso de un láser escáner. Además, se realizará la identificación de los factores que influyen en la inestabilidad y se localizaran las zonas de alcance ante el potencial peligro de caída de rocas a través del software RocScience. Por otro lado, para evaluar la erosión por escorrentía se determinarán las tasas de erosión superficial utilizando isótopos cosmogónicos (3He) de sedimentos de la quebrada Ava Ranga Uka. Los resultados, además de arrojar luz sobre la dinámica y evolución de los procesos de denudación en la isla, servirán para desarrollar planes de seguridad y conservación, asegurando la protección del patrimonio cultural y la seguridad de residentes y turistas.
El presente trabajo, financiado por la Dirección de Equidad de Género y Diversidades
de la Universidad de OHiggins (Convocatoria 2022), busca evaluar las principales
motivaciones y dificultades de las mujeres para ingresar a carreras de las Ciencias de
la Ingeniería, titularse y continuar una carrera académica en la Región de OHiggins.
La Universidad Estatal de OHiggins es una institución de 7 años que desde sus inicios
ha promovido políticas para la equidad de género, sin embargo estas medidas
pareciera ser aún insuficientes o no se le ha dado un seguimiento para ver su
verdadero impacto en esta materia.
La diferencia en el número de matrículas de mujeres vs hombres en carreras de
Ciencias de la Ingeniería de Universidades chilenas es abismante, a pesar de la no
existencia de diferencias inherentes/innatas entre hombres y mujeres que expliquen
las brechas en los aprendizajes o trayectorias académicas en las matemáticas (
Bakker et al., 2021; Kersey et al., 2019; Lachance & Mazzocco, 2006; Spelke, 2005).
Según Ing2030 (2018), el aumento de mujeres en carreras de ingeniería en Chile no
ha sido significativo en un lapso de 10 años: 20% el año 2004 y 24% el año 2014.
Tanto así que en el año 2019, el 7% de las mujeres que se titularon de pregrado en
Chile, lo hicieron en las áreas de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas (STEM),
siendo el país con el porcentaje más bajo de los miembros de la OCDE (Ministerio de
Ciencia, Tecnología, Conocimiento e Innovación, 2022).
Para llevar a cabo este estudio se han usado metodologías cuantitativas y
cualitativas. El estudio cuantitativo se realiza mediante encuestas online mientras que
el estudio cualitativo es a través del desarrollo de Focus group. Se analizaron 468
encuestas online a estudiantes de enseñanza media de la Región de OHiggins, 94
encuestas a estudiantes de las carreras de Ingeniería de la Universidad de OHiggins y
25 encuestas a académicos(as) e investigadores del Instituto de Ciencias de la
Ingeniería de la Universidad de OHiggins. Adicionalmente, se analizaron los
resultados de 3 focus groups a alumnas de enseñanza media de la comuna de
Rancagua y 3 focus groups a alumnas de las carreras de Ingeniería de la Universidad
de OHiggins.
Dentro de los resultados se observa que un 83% de los y las estudiantes de
enseñanza media de la Región de OHiggins considera que tanto hombres como
mujeres avanzan con igual rapidez en sus carreras, un 84% de las y los estudiantes
de carreras de Ingeniería de la Universidad de OHiggins considera que mujeres y
hombres tienen igualdad de avance en sus carreras, mientras que un 76% de
académicos(as) e investigadores(as) estima que los hombres avanzan más rápido en
su carrera. Se constató que estudiantes de enseñanza media, estudiantes de las
carreras de ingeniería y académicas e investigadoras de la Región de OHiggins
experimentan brechas y barreras, sumado a la falta de confianza en sus capacidades
y logros (Síndrome de la Impostora; Paterson & Vincent-Akpu, 2021). Adicionalmente,
a pesar de considerar que en la Región de OHiggins y en la Universidad de OHiggins
se promueve una cultura para la igualdad de género, el grupo en estudio tiene la
creencia que las estudiantes y académicas de las Geociencias y Ciencias de la
Ingeniería son más propensas a sufrir acoso. Asimismo, las estudiantes y científicas
enfrentan importantes dificultades para compatibilizar la vida familiar y laboral.
A través de este estudio buscamos visibilizar las principales dificultades que enfrentan
estudiantes e investigadoras de esta área durante el desarrollo de su carrera. Tomar
conciencia de la realidad de las mujeres en áreas STEM en la Región de OHiggins
permitirá tomar medidas más eficientes y eficaces tanto para la atracción como para
evitar la fuga y/o estancamiento de estudiantes y científicas con alto potencial,
permitiendo un acceso más igualitario en carreras STEM y un desarrollo en un espacio
seguro y de respeto.