Browsing by Author "Hurtado Sepúlveda, Daniel"

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    3D axial and circumferential wall shear stress from 4D flow MRI data using a finite element method and a laplacian approach
    (2018) Sotelo Parraguez, Julio Andrés; Dux-Santoy, Lydia; Guala, Andrea; Rodriguez-Palomares, Jose; Evangelista, Arturo; Sing-Long C., Carlos A.; Urbina, Jesus; Mura Mardones, Joaquín Alejandro; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Uribe Arancibia, Sergio A.
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    3D quantification of hemodynamics parameters of pulmonary artery and aorta using finite-element interpolations in 4D flow MR data
    (2015) Sotelo Parraguez, Julio Andrés; Urbina, Jesus.; Valverde, Israel.; Tejos Núñez, Cristián Andrés; Irarrázaval Mena, Pablo; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Uribe Arancibia, Sergio A.
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    3D Quantification of Wall Shear Stress and Oscillatory Shear Index Using a Finite-Element Method in 3D CINE PC-MRI Data of the Thoracic Aorta
    (2016) Sotelo Parraguez, Julio Andrés; Urbina, Jesus; Valverde, Israel; Tejos Nunez, Cristian Andres; Irarrázaval Mena, Pablo; Andia Kohnenkampf, Marcelo Edgardo; Uribe Arancibia, Sergio A.; Hurtado Sepúlveda, Daniel
    Several 2D methods have been proposed to estimate WSS and OSI from PC-MRI, neglecting the longitudinal velocity gradients that typically arise in cardiovascular flow, particularly on vessel geometries whose cross section and centerline orientation strongly vary in the axial direction. Thus, the contribution of longitudinal velocity gradients remains understudied. In this work, we propose a 3D finite-element method for the quantification of WSS and OSI from 3D-CINE PC-MRI that accounts for both in-plane and longitudinal velocity gradients. We demonstrate the convergence and robustness of the method on cylindrical geometries using a synthetic phantom based on the Poiseuille flow equation. We also show that, in the presence of noise, the method is both stable and accurate. Using computational fluid dynamics simulations, we show that the proposed 3D method results in more accurate WSS estimates than those obtained from a 2D analysis not considering out-of-plane velocity gradients. Further, we conclude that for irregular geometries the accurate prediction of WSS requires the consideration of longitudinal gradients in the velocity field. Additionally, we compute 3D maps of WSS and OSI for 3D-CINE PC-MRI data sets from an aortic phantom and sixteen healthy volunteers and two patients. The OSI values show a greater dispersion than WSS, which is strongly dependent on the PC-MRI resolution. We envision that the proposed 3D method will improve the estimation of WSS and OSI from 3D-CINE PC-MRI images, allowing for more accurate estimates in vessels with pathologies that induce high longitudinal velocity gradients, such as coarctations and aneurisms.
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    3D quantification of wall shear stress using finite-element interpolations from 4D flow MR data in the Thoracic Aorta
    (2014) Sotelo Parraguez, Julio Andrés; Urbina, Jesus.; Tejos Núñez, Cristián Andrés; Valverde, Israel.; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Uribe Arancibia, Sergio A.
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    A physiological approach to understand the role of respiratory effort in the progression of lung injury in SARS-CoV-2 infection
    (2020) Cruces, Pablo; Retamal Montes, Jaime; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Erranz, Benjamín; Iturrieta, Pablo; González, Carlos; Díaz, Franco
    Abstract Deterioration of lung function during the first week of COVID-19 has been observed when patients remain with insufficient respiratory support. Patient self-inflicted lung injury (P-SILI) is theorized as the responsible, but there is not robust experimental and clinical data to support it. Given the limited understanding of P-SILI, we describe the physiological basis of P-SILI and we show experimental data to comprehend the role of regional strain and heterogeneity in lung injury due to increased work of breathing. In addition, we discuss the current approach to respiratory support for COVID-19 under this point of view.
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    Biomechanical analysis and inelastic deformable image registration of lung CT images
    (2022) Andrade de Bonadona, Carlos Ignacio; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Los modelos de registro deformable de imágenes permiten estudiar la mecáanica asociada a los pulmones de forma no-invasiva. Tienen la capacidad de medir la deformación que se desarrollan a nivel regional del tejido, proporcionar información en cuanto al correcto funcionamiento respiratorio y el potencial de mejorar el diagnostico de enfermedades. Esta tesis se enfoca en estudiar los mecanismos de deformación regional que se desarrollan en pulmones humanos sanos usando un modelo de registro deformable de código abierto. La deformación pulmonar es descrita mediante las tres invariantes del tensor de estiramiento derecho, las cuales se asocian a deformación longitudinal, superficial y volumétrica, respectivamente. Mapas normalizados muestran un patrón espacial de deformación que es común entre todos los sujetos analizados. Los mapas de deformación asociado a las tres invariantes muestran un notorio gradiente en la dirección ventral-dorsal, destacando el rol de la gravedad durante el proceso de respiración espontánea. Sin embargo, el estudio dejó en evidencia la incapacidad del modelo de registro en capturar deslizamiento de tejido, generando errores de medición cerca de discontinuidades. La segunda parte de este trabajo presenta un modelo de registro inelástico (i-DIR) cuya característica principal es la capacidad de capturar automáticamente superficies deslizantes sin ningún conocimiento sobre la ubicación espacial de las zonas discontinuas. El modelo es validado mediante imagenes sintéticas y luego utilizado en imágenes de tomografía de tórax para demostrar su aplicabilidad clínica. El modelo inelástico detecta regiones de alta deformación inducida por cizalla, las cuales se asocian a deslizamiento, y modifica localmente propiedades mecánicas. Como resultado, el modelo permite altos niveles de deformación por cizallamiento sin agregar altos niveles de estrés en regiones localizadas, tales como las fronteras y fisuras del pulmón.
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    Cell response to low-frequency magnetic rotation of Pt-Ni composite nanorods incorporated into NIH/3T3 fibroblasts
    (2017) Frenkel, Valentina B.; Valenzuela Roediger, Loreto Margarita; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Nanocilindros magnéticos pueden incorporarse dentro de células para manipularlas usando campos magnéticos externos, deformando estructuras intracelulares y membrana celular, con el objetivo de inducir la muerte celular. Sin embargo, nanopartículas ferromagnéticas tienden a aglomerarse antes de ser insertadas en las células, formando una dispersión no homogénea que impide la incorporación celular y que genera efectos citotóxicos. En este trabajo se evalúa la factibilidad de usar nanocilindros magnéticos compuestos de Ni-Pt para la manipulación celular, estudiando los efectos mecánicos y biológicos que generan al insertase y rotar magnéticamente a baja frecuencia dentro de fibroblastos. Como resultado, los nanocilindros de Ni-Pt mostraron mejores propiedades de dispersión que nanocilindros magnéticos de un solo material, ya que requieren menores tiempos de sonicación y presentan menos aglomeraciones. Los nanocilindros se incorporaron exitosamente en el citoplasma de cultivos celulares de fibroblastos NIH/3T3 y rotaron al aplicar un campo magnético rotatorio. Este tratamiento dañó la integridad de la membrana celular sólo cuando los nanocilindros y el campo magnético se aplicaron en conjunto. Por otro lado, los nanocilindros afectaron el funcionamiento normal de las células al inhibir la proliferación celular de forma dosis y tiempo dependiente, y al cambiar la morfología celular. Así, se demostró que la incorporación de Pt en la composición de nanocilindros magnéticos de Ni mejora sus propiedades de homogenización. La pérdida de integridad de membrana,luego de un corto reposo tras realizar el tratamiento, indica muerte celular necrótica. Dado aque ni la presencia de los nanocilindros ni del campo magnético afectó la integridad de membrana por sí mismos, se concluye que las fuerzas que ejercen los nanocilindros contra las estructuras celulares producen daño mecánico. Además, los nanocilindros de Ni-Pt mostraron tener un efecto citostático en fibroblastos NIH/3T3, al dañar su funcionamiento normal. Con este trabajo se contribuye al entendimiento de nanocilindros de Ni-Pt, de sus ventajas de dispersión y efecto biológico.
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    Computational modeling of cardiac electrophysiology in heart failure : an in-silico approach to understanding biomaterial injection therapy
    (2021) Ramírez Benítez, William Alberto; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La electrofisiología cardíaca computacional esta siendo usada cada vez más como una herramienta eficaz para estudiar el comportamiento eléctrico del corazón, especialmente en condiciones patológicas como la falla cardíaca. Los avances recientes en la adquisición de datos geométricos y estructurales de corazones de pacientes específicos ha creado la oportunidad de aplicar herramientas numéricas para investigar las anormalidades eléctricas causadas por enfermedad cardíaca isquémica. Junto con pruebas experimentales y clínicas, la simulación de la actividad eléctrica en el miocardio ha establecido un nuevo paradigma para entender las características eléctricas de las enfermedades cardiacas, haciendo contribuciones significativas al mejoramiento de sus tratamientos. Todo este progreso ha sido estimulado por la basta cantidad de logros en la formulación de modelos electrofisiológicos altamente especializados que han ayudado a describir de forma precisa el complejo comportamiento eléctrico del miocardio. Sin embargo, el uso de la electrofisiología computacional para el estudio de terapias alternativas, como lo son las inyecciones de biomateriales en casos de arritmia cardíaca, es aun limitado. Además de esto, existen incertidumbres sobre los modelos numéricos apropiados para la simulación de la propagación eléctrica en corazones de sujetos específicos, donde las demandas computacionales y la precisión juegan un rol muy importante. En esta tesis se estudia la influencia de la terapia de inyección de biomateriales en el comportamiento eléctrico de corazones con infarto, usando un código de elementos finitos altamente optimizado en combinación con datos de alta resolución de corazones porcinos tomados de resonancia magnética. De este trabajo se concluye que aunque las inyecciones de biomateriales parecen no afectar las propiedades restitutivas locales del miocardio, sı pueden influir en la sostenibilidad de la fibrilación ventricular. Finalmente, en esta tesis se comparan dos modelos electrofisiológicos diferentes usando los mismos datos de sujetos específicos y se concluye que la dinámica de la fibrilación ventricular puede reproducirse usando modelos iónicos simplificados, disminuyendo la demanda computacional.
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    Does Regional Lung Strain Correlate With Regional Inflammation in Acute Respiratory Distress Syndrome During Nonprotective Ventilation? An Experimental Porcine Study
    (2018) Retamal Montes, Jaime; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Villarroel, Nicolás; Bruhn, Alejandro; Bugedo Tarraza, Guillermo; Amato, Marcelo; Costa, Eduardo L. V.; Hedenstierna, Goran; Larsson, Anders; Borges, Joäo Batista
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    Energy-transform formulation for soft-tissue mechanics simulations
    (2020) Zavala Fuenzalida, Patricio; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Los modelos computacionales constituyen una herramienta poderosa para simular la función biomecánica de órganos humanos, tales como el corazón o la aorta. Sin embargo, la alta dimensionalidad y la naturaleza no-lineal de estos modelos se traduce en grandes demandas computacionales en términos de tiempo de cómputo. En este trabajo, presentamos una nueva formulación variacional basada en la transformación de energía (ETVF) con el objetivo de acelerar las simulaciones numéricas de biosólidos hipereláasticos. Para este fin, proponemos un marco variacional mixto, donde introducimos campos auxiliares que transforman la función densidad de energía de deformación en una expresión cuadrática a expensas de añadir incógnitas al problema. Además, redujimos la no-linealidad del problema transformando las restricciones que aparecen debido a los campos auxiliares en una formulación de multiplicadores de Lagrange. El problema continuo resultante es resuelto mediante esquemas multicampo de elementos finitos no-lineales. Además, evaluamos el desempeño de las ETVF resolviendo dos problemas de referencia de mecánica cardiaca y arterial y uno de un modelo anatómicamente detallado de un corazón humano bajo llenado pasivo que posee una relación constitutiva heterogénea y ortotrópica. Nuestros resultados muestran que las ETVF pueden arrojar aceleraciones de hasta 2.28⇥ en simulaciones cardiacas realistas, solo considerando la nueva formulación propuesta del problema de hiperelasticidad. Además, mostramos que la disminución del costo computacional es explicado por la habilidad de las ETVF para reducir el número de condicionamiento del operador tangente. Creemos que las ETVF ofrecen un marco atractivo para acelerar las simulaciones cardiacas, las que pueden ser además combinadas con técnicas de vanguardia en computación en paralelo de alto rendimiento (HPC), para resolver problemas a gran escala en tiempos de cómputo atractivos. Los códigos están disponibles para descargar en https://github.com/dehurtado/ETVF.Los modelos computacionales constituyen una herramienta poderosa para simular la función biomecánica de órganos humanos, tales como el corazón o la aorta. Sin embargo, la alta dimensionalidad y la naturaleza no-lineal de estos modelos se traduce en grandes demandas computacionales en términos de tiempo de cómputo. En este trabajo, presentamos una nueva formulación variacional basada en la transformación de energía (ETVF) con el objetivo de acelerar las simulaciones numéricas de biosólidos hipereláasticos. Para este fin, proponemos un marco variacional mixto, donde introducimos campos auxiliares que transforman la función densidad de energía de deformación en una expresión cuadrática a expensas de añadir incógnitas al problema. Además, redujimos la no-linealidad del problema transformando las restricciones que aparecen debido a los campos auxiliares en una formulación de multiplicadores de Lagrange. El problema continuo resultante es resuelto mediante esquemas multicampo de elementos finitos no-lineales. Además, evaluamos el desempeño de las ETVF resolviendo dos problemas de referencia de mecánica cardiaca y arterial y uno de un modelo anatómicamente detallado de un corazón humano bajo llenado pasivo que posee una relación constitutiva heterogénea y ortotrópica. Nuestros resultados muestran que las ETVF pueden arrojar aceleraciones de hasta 2.28⇥ en simulaciones cardiacas realistas, solo considerando la nueva formulación propuesta del problema de hiperelasticidad. Además, mostramos que la disminución del costo computacional es explicado por la habilidad de las ETVF para reducir el número de condicionamiento del operador tangente. Creemos que las ETVF ofrecen un marco atractivo para acelerar las simulaciones cardiacas, las que pueden ser además combinadas con técnicas de vanguardia en computación en paralelo de alto rendimiento (HPC), para resolver problemas a gran escala en tiempos de cómputo atractivos. Los códigos están disponibles para descargar en https://github.com/dehurtado/ETVF.Los modelos computacionales constituyen una herramienta poderosa para simular la función biomecánica de órganos humanos, tales como el corazón o la aorta. Sin embargo, la alta dimensionalidad y la naturaleza no-lineal de estos modelos se traduce en grandes demandas computacionales en términos de tiempo de cómputo. En este trabajo, presentamos una nueva formulación variacional basada en la transformación de energía (ETVF) con el objetivo de acelerar las simulaciones numéricas de biosólidos hipereláasticos. Para este fin, proponemos un marco variacional mixto, donde introducimos campos auxiliares que transforman la función densidad de energía de deformación en una expresión cuadrática a expensas de añadir incógnitas al problema. Además, redujimos la no-linealidad del problema transformando las restricciones que aparecen debido a los campos auxiliares en una formulación de multiplicadores de Lagrange. El problema continuo resultante es resuelto mediante esquemas multicampo de elementos finitos no-lineales. Además, evaluamos el desempeño de las ETVF resolviendo dos problemas de referencia de mecánica cardiaca y arterial y uno de un modelo anatómicamente detallado de un corazón humano bajo llenado pasivo que posee una relación constitutiva heterogénea y ortotrópica. Nuestros resultados muestran que las ETVF pueden arrojar aceleraciones de hasta 2.28⇥ en simulaciones cardiacas realistas, solo considerando la nueva formulación propuesta del problema de hiperelasticidad. Además, mostramos que la disminución del costo computacional es explicado por la habilidad de las ETVF para reducir el número de condicionamiento del operador tangente. Creemos que las ETVF ofrecen un marco atractivo para acelerar las simulaciones cardiacas, las que pueden ser además combinadas con técnicas de vanguardia en computación en paralelo de alto rendimiento (HPC), para resolver problemas a gran escala en tiempos de cómputo atractivos. Los códigos están disponibles para descargar en https://github.com/dehurtado/ETVF.Los modelos computacionales constituyen una herramienta poderosa para simular la función biomecánica de órganos humanos, tales como el corazón o la aorta. Sin embargo, la alta dimensionalidad y la naturaleza no-lineal de estos modelos se traduce en grandes demandas computacionales en términos de tiempo de cómputo. En este trabajo, presentamos una nueva formulación variacional basada en la transformación de energía (ETVF) con el objetivo de acelerar las simulaciones numéricas de biosólidos hipereláasticos. Para este fin, proponemos un marco variacional mixto, donde introducimos campos auxiliares que transforman la función densidad de energía de deformación en una expresión cuadrática a expensas de añadir incógnitas al problema. Además, redujimos la no-linealidad del problema transformando las restricciones que aparecen debido a los campos auxiliares en una formulación de multiplicadores de Lagrange. El problema continuo resultante es resuelto mediante esquemas multicampo de elementos finitos no-lineales. Además, evaluamos el desempeño de las ETVF resolviendo dos problemas de referencia de mecánica cardiaca y arterial y uno de un modelo anatómicamente detallado de un corazón humano bajo llenado pasivo que posee una relación constitutiva heterogénea y ortotrópica. Nuestros resultados muestran que las ETVF pueden arrojar aceleraciones de hasta 2.28⇥ en simulaciones cardiacas realistas, solo considerando la nueva formulación propuesta del problema de hiperelasticidad. Además, mostramos que la disminución del costo computacional es explicado por la habilidad de las ETVF para reducir el número de condicionamiento del operador tangente. Creemos que las ETVF ofrecen un marco atractivo para acelerar las simulaciones cardiacas, las que pueden ser además combinadas con técnicas de vanguardia en computación en paralelo de alto rendimiento (HPC), para resolver problemas a gran escala en tiempos de cómputo atractivos. Los códigos están disponibles para descargar en https://github.com/dehurtado/ETVF.Los modelos computacionales constituyen una herramienta poderosa para simular la función biomecánica de órganos humanos, tales como el corazón o la aorta. Sin embargo, la alta dimensionalidad y la naturaleza no-lineal de estos modelos se traduce en grandes demandas computacionales en términos de tiempo de cómputo. En este trabajo, presentamos una nueva formulación variacional basada en la transformación de energía (ETVF) con el objetivo de acelerar las simulaciones numéricas de biosólidos hipereláasticos. Para este fin, proponemos un marco variacional mixto, donde introducimos campos auxiliares que transforman la función densidad de energía de deformación en una expresión cuadrática a expensas de añadir incógnitas al problema. Además, redujimos la no-linealidad del problema transformando las restricciones que aparecen debido a los campos auxiliares en una formulación de multiplicadores de Lagrange. El problema continuo resultante es resuelto mediante esquemas multicampo de elementos finitos no-lineales. Además, evaluamos el desempeño de las ETVF resolviendo dos problemas de referencia de mecánica cardiaca y arterial y uno de un modelo anatómicamente detallado de un corazón humano bajo llenado pasivo que posee una relación constitutiva heterogénea y ortotrópica. Nuestros resultados muestran que las ETVF pueden arrojar aceleraciones de hasta 2.28⇥ en simulaciones cardiacas realistas, solo considerando la nueva formulación propuesta del problema de hiperelasticidad. Además, mostramos que la disminución del costo computacional es explicado por la habilidad de las ETVF para reducir el número de condicionamiento del operador tangente. Creemos que las ETVF ofrecen un marco atractivo para acelerar las simulaciones cardiacas, las que pueden ser además combinadas con técnicas de vanguardia en computación en paralelo de alto rendimiento (HPC), para resolver problemas a gran escala en tiempos de cómputo atractivos. Los códigos están disponibles para descargar en https://github.com/dehurtado/ETVF.Los modelos computacionales constituyen una herramienta poderosa para simular la función biomecánica de órganos humanos, tales como el corazón o la aorta. Sin embargo, la alta dimensionalidad y la naturaleza no-lineal de estos modelos se traduce en grandes demandas computacionales en términos de tiempo de cómputo. En este trabajo, presentamos una nueva formulación variacional basada en la transformación de energía (ETVF) con el objetivo de acelerar las simulaciones numéricas de biosólidos hipereláasticos. Para este fin, proponemos un marco variacional mixto, donde introducimos campos auxiliares que transforman la función densidad de energía de deformación en una expresión cuadrática a expensas de añadir incógnitas al problema. Además, redujimos la no-linealidad del problema transformando las restricciones que aparecen debido a los campos auxiliares en una formulación de multiplicadores de Lagrange. El problema continuo resultante es resuelto mediante esquemas multicampo de elementos finitos no-lineales. Además, evaluamos el desempeño de las ETVF resolviendo dos problemas de referencia de mecánica cardiaca y arterial y uno de un modelo anatómicamente detallado de un corazón humano bajo llenado pasivo que posee una relación constitutiva heterogénea y ortotrópica. Nuestros resultados muestran que las ETVF pueden arrojar aceleraciones de hasta 2.28⇥ en simulaciones cardiacas realistas, solo considerando la nueva formulación propuesta del problema de hiperelasticidad. Además, mostramos que la disminución del costo computacional es explicado por la habilidad de las ETVF para reducir el número de condicionamiento del operador tangente. Creemos que las ETVF ofrecen un marco atractivo para acelerar las simulaciones cardiacas, las que pueden ser además combinadas con técnicas de vanguardia en computación en paralelo de alto rendimiento (HPC), para resolver problemas a gran escala en tiempos de cómputo atractivos. Los códigos están disponibles para descargar en https://github.com/dehurtado/ETVF.
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    Estimation of changes in cyclic lung strain by electrical impedance tomography: Proof-of-concept study
    (2021) Cornejo, Rodrigo; Iturrieta, Pablo Cristián; Olegári, Tayran M. M.; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Kajiyama, Carolina; Arellan, Daniel; Bruhn, Alejandro; Guiñez, Dannette; Cerda, María A.; Brito, Roberto; Gajardo, Abraham I. J.; Lazo, Marioli; López, Lorena; Morais, Caio C. A.; Gonzále, Sedric; Zavala, Miguel; Rojas, Verónica; Medel, Juan N.; Ramos, Cristóbal; Estuardo, Nivia
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    Fault slip control on bedrock strain and fluid migration in a geotermal system: A poromechanical approach
    (2022) Sáez Leiva, Felipe Nicolás; Cembrano, José; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Los sistemas geotermales suelen coexistir espacial y temporal con complejos volcánicos que, a su vez, tienden a estar cerca de sistemas de fallas. Las fallas pueden alterar la migración de fluidos, actuando como barrera o conducto, dependiendo en su arquitectura y tasa de deslizamiento. El control que los sistemas de fallas ejercen sobre los fluidos y la roca en un sistema geotermal no esta completamente entendido. Si bien la modelación numérica puede ayudar a caracterizar estos procesos, la mayoría de los estudios previos no consideran al fluido directamente dentro de sus formulaciones. En este trabajo se formula un modelo poro-elasto-plástico de elementos finitos para comprender el control de primer orden que el deslizamiento de una falla ejerce sobre un sistema geotermal. Se utiliza la geometría y cinemática del sistema geotermal del complejo volcánico Planchón-Peteroa y sus estructuras circundantes debido a su caracterización con estudios previos. La aparición, y posterior difusión, de dominios de presión de fluidos a causa del deslizamiento de la falla y el desarrollo de dominios dilatacionales/tensionales y contraccionales/compresivos, son analizados. Los resultados muestran que la aparicion de dominios de presión positiva y negativa se debe al desarrollo de dominios contraccionales/compresivos y dilatacionales/tensionales, respectivamente. El stress medio y el strain volumetrico de esos dominios son aproximadamente ±106 [MPa] y ±10-4 [-]. Estos alteran la migración de fluidos, aumentándola en el lado este de la falla, donde el caudal alcanza entre 6 a 70 veces el caudal estacionario. La difusión de la presión causa una vuelta del fluido a su estado estacionario entre semanas y meses después del deslizamiento. Esto sugiere que un mecanismo que controla este fenómeno es el de bomba de succión debido al deslizamiento de la falla, y cuya duración depende principalmente de su permeabilidad y de la viscosidad del fluido. Este trabajo destaca el potencial de incorporar los fluidos directamente en la formulación del problema.
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    Finite element analysis of geometrically necessary dislocations in crystal plasticity
    (2013) Hurtado Sepúlveda, Daniel; Ortiz, Michael
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    Formulation and implementation of flexible surface models for the representation and morphological analysis of the respiratory airways in human lungs
    (2023) Ortiz Puerta, David; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) representa un problema critico de salud pública que requiere mejores herramientas de diagnóstico. Los estudios radiológicos e histológicos han demostrado que, durante el inicio y las primeras fases de la EPOC, las vías respiratorias grandes y pequeñas sufren una remodelación estructural que induce cambios en su morfología. Sin embargo, actualmente estos mecanismos no están bien establecidos en el diagnóstico por imagen de la EPOC, ya que el análisis morfológico regional de las vías respiratorias sigue siendo un reto tecnológico y requiere una mayor validación. En este trabajo, formulamos, implementamos y validamos representaciones geométricas de superficie y métodos de proyección para estudiar la morfología de las estructuras bronquiales y la deformación de los grandes vasos sanguíneos. En particular, proponemos los métodos SIGA y MISIGA, que proporcionan modelos geométricos continuos basados en imágenes de superficies 3D. Ambos enfoques utilizan la formulación del análisis isogeométrico para resolver el problema de segmentación de imágenes Snakes. El método SIGA se validó comparándolo con dos métodos de proyección ortogonal, mostrando superioridad en la representación de vías respiratorias enfermas con secciones transversales no convexas. Además, este enfoque se enriquece con la teoría de placas de Kirchhoff-Love para dar lugar al método MISIGA, que permite estimar los campos de deformación circunferencial ´ y longitudinal en vasos individuales. Como aplicación de relevancia médica, utilizamos el método SIGA para construir modelos geométricos del árbol bronquial de sujetos fumadores en estadios pre-COPD y COPD leve. A partir de estas representaciones, realizamos un estudio morfológico para comparar los biomarcadores geométricos de ambos grupos. Prevemos que el SIGA y el MISIGA pueden proporcionar evaluaciones geométricas y de deformación de alta fidelidad que pueden ser relevantes en el estudio del inicio y la progresión de la EPOC.
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    Generating Purkinje networks in the human heart
    (2016) Costabal, F.; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Kuhl, E.
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    Improving the Accuracy of Registration-Based Biomechanical Analysis: A Finite Element Approach to Lung Regional Strain Quantification
    (2016) Hurtado Sepúlveda, Daniel; Villarroel, Nicolás; Retamal Pinto, Jaime Ignacio; Bugedo Tarraza, Guillermo; Bruhn, Alejandro
    Tissue deformation plays an important role in lung physiology, as lung parenchyma largely deforms during spontaneous ventilation. However, excessive regional deformation may lead to lung injury, as observed in patients undergoing mechanical ventilation. Thus, the accurate estimation of regional strain has recently received great attention in the intensive care community. In this work, we assess the accuracy of regional strain maps computed from direct differentiation of B-Spline (BS) interpolations, a popular technique employed in non-rigid registration of lung computed tomography (CT) images. We show that, while BS-based registration methods give excellent results for the deformation transformation, the strain field directly computed from BS derivatives results in predictions that largely oscillate, thus introducing important errors that can even revert the sign of strain. To alleviate such spurious behavior, we present a novel finite-element (FE) method for the regional strain analysis of lung CT images. The method follows from a variational strain recovery formulation, and delivers a continuous approximation to the strain field in arbitrary domains. From analytical benchmarks, we show that the FE method results in errors that are a fraction of those found for the BS method, both in an average and pointwise sense. The application of the proposed FE method to human lung CT images results in 3D strain maps are heterogeneous and smooth, showing high consistency with specific ventilation maps reported in the literature. We envision that the proposed FE method will considerably improve the accuracy of image-based biomechanical analysis, making it reliable enough for routine medical applications.
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    Local mechanical response of cells to the controlled rotation of magnetic nanorods
    (2014) Castillo, M.; Ebensperger González, Roberto Alejandro; Wirtz, D.; Walczak, Magdalena; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Celedón Forster, Alejandra