Browsing by Author "Sing-Long C., Carlos A."
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- Item3D 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.
- ItemA multiresolution stability analysis for quantitative magnetic resonance imaging(2022) Guerra Pérez, Martín A.; Sing-Long C., Carlos A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLas imágenes cuantitativas por resonancia magnética (QMRI) son una forma de obtencion de imágenes por resonancia magnética (MRI) que, a diferencia de lo que los métodos estándar de MRI buscan, estos métodos apuntan a recuperar parámetros cuantitativos que describan propiedades físicas del tejido involucrado en el proceso de obtención de imágenes médicas. Los métodos que siguen el enfoque de QMRI típicamente buscan aproximar los parámetros de relajación de los materiales magnetizados (mapeos T1 y T2). La principal dificultad en la reconstrucción de estos parámetros está en que con métodos de optimización estándar el problema resultante tiene una alta dimensionalidad y es no convexo. Existen diferentes formas de buscar una aproximación de los parámetros que evitan esta complicación como magnetic resonance fingerprinting (MRF). Aun así, el alto costo computacional de este hacen difícil que sea una solución en el largo plazo. Creemos que se puede modelar el método de reconstrucción tal que la no convexidad no sea mucho problema. Para lograrlo demostramos propiedades fundamentales del mapeo de Bloch y desarrollamos un análisis multirresolución para el enfoque de QMRI, el cual al resolver el problema a diferentes escalas podría evitar el problema de estancarse en un mínimo local. Mas precisamente desarrollamos una aproximación multirresolución de la ecuación de Bloch. Aún así, el problema a resolver sigue estando muy mal condicionado para asegurar una reconstrucción satisfactoria. Nuestros resultados numéricos muestran que incluso la reconstrucción de la variable lineal del problema causa suficientes problemas.
- ItemA nonlinear ordinary differential equation associated with the quantum sojourn time(2010) Benguria Donoso, Rafael; Fernández Jaña, Claudio Alonso; Sing-Long C., Carlos A.
- ItemAn optimal algorithm for strict circular seriation(2021) Armstrong Cruz, Santiago; Guzmán Paredes, Cristóbal; Sing-Long C., Carlos A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEl problema de la seriación busca ordenar una secuencia de n objetos cuando la única información que se nos da es una matriz de disimilitud entre todos los pares de objetos. En la seriación lineal, el objetivo es encontrar un em orden lineal de los objetos manera que sea consistente con su disimilitud. Para este problema se conocen los algoritmos óptimos O(n2). Una generalización del problema anterior es seriación circular, donde el objetivo es encontrar un em orden circular. En esta tesis estudiamos el problema de la seriación circular. Nuestras contribuciones se pueden resumir de la siguiente manera. Primero, presentamos em matrices circulares de Robinson como la clase natural de matrices de disimilitud para el problema de seriación circular. En segundo lugar, para el caso de em matrices de disimilitud circular estrictas de Robinson proporcionamos un algoritmo O(n2) óptimo para el problema de seriación circular. Finalmente, proponemos un modelo estadístico para analizar el buen planteamiento (well-posedness en el sentido de Hadamard) del problema de seriación circular para grandes valores de n. En particular, establecemos tasas del orden O(log(n)/n) para la distancia entre cualquier orden circular encontrado al resolver el problema de seriación circular al orden subyacente del modelo, en la métrica de Kendall-tau.
- ItemApplications of boundary integral equations and homogenization for the numerical simulation of living tissues(2023) Martínez Ávila, Isabel Alejandra; Jerez Hanckes, Carlos F.; Sing-Long C., Carlos A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaDurante las ultimas décadas se ha logrado un enorme progreso en las aplicaciones biomédicas gracias a la capacidad de modelar y simular computacionalmente fenómenos complejos. De hecho, la derivación y análisis de modelos fisiológicos cada vez más realistas, así como métodos numéricos adecuados para resolverlos, ha permitido la identificación de variables relevantes y patrones de comportamiento con uso inmediato para médicos y especialistas biomédicos. La presente tesis propone modelos matemáticos y computacionales para estudiar fenómenos electrofisiológicos complejos a escala celular utilizando técnicas de ecuaciones integrales de frontera y homogeneización. Las aplicaciones específicas consideradas son la estimulación neural periférica y la electropermeabilización celular. Los métodos de homogeneización y análisis multiescala se utilizarán para obtener dos modelos de orden reducido: (a) una ecuación de cable no lineal para un axón mielinizado que considera la microestructura del mismo en tres dimensiones; y, (b) un modelo de bidominio no lineal en tres dimensiones, que describe el comportamiento macroscopico del potencial eléctrico en un manojo de axones mielinados. Para el proceso de electropermeabilización, aplicamos y desarrollamos un marco teórico para la resolución del fenómeno a escala celular en tres dimensiones usando la formulación integral de múltiples trazas junto a un esquema temporal semi-implícito. También presentamos un algoritmo numérico para simular el proceso.
- ItemCharacterization of hepatic fatty acids using magnetic resonance spectroscopy for the assessment of treatment response to metformin in an eNOS−/− mouse model of metabolic nonalcoholic fatty liver disease/nonalcoholic steatohepatitis(2023) Lavin, Begoña; Eykyn, Thomas; Phinikaridou, Alkystis; Xavier, Aline; Kumar, Shravan; Buqué, Xabier; Aspichueta, Patricia; Sing-Long C., Carlos A.; Arrese, Marco; Botnar, René Michael; Andía Kohnenkampf, Marcelo EdgardoNonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) is the leading cause of chronic liver disease worldwide. Liver biopsy remains the gold standard for diagnosis and staging of disease. There is a clinical need for noninvasive diagnostic tools for risk stratification, follow-up, and monitoring treatment response that are currently lacking, as well as preclinical models that recapitulate the etiology of the human condition. We have characterized the progression of NAFLD in eNOS−/− mice fed a high fat diet (HFD) using noninvasive Dixon-based magnetic resonance imaging and single voxel STEAM spectroscopy-based protocols to measure liver fat fraction at 3 T. After 8 weeks of diet intervention, eNOS−/− mice exhibited significant accumulation of intra-abdominal and liver fat compared with control mice. Liver fat fraction measured by 1H-MRS in vivo showed a good correlation with the NAFLD activity score measured by histology. Treatment of HFD-fed NOS3−/− mice with metformin showed significantly reduced liver fat fraction and altered hepatic lipidomic profile compared with untreated mice. Our results show the potential of in vivo liver MRI and 1H-MRS to noninvasively diagnose and stage the progression of NAFLD and to monitor treatment response in an eNOS−/− murine model that represents the classic NAFLD phenotype associated with metabolic syndrome.
- ItemCompressed Hadamard microscopy for high-speed optically sectioned neuronal activity recordings(2019) Parot Fernández, Vicente José; Sing-Long C., Carlos A.; Adam, Yoav; Bohm, Urs L.; Fan, Linlin Z.; Cohen, Adam E.; Farhi, Samouil L.
- ItemData-driven methods for building reduced kinetic Monte Carlo models of complex chemistry from molecular dynamics simulations(2019) Yang, Qian; Sing-Long C., Carlos A.; Chen, Enze; Reed, Evan J.; Goldman, Nir
- ItemExtensions of Real Atomic Gauges for Complex Signal Recovery(2019) Arrieta, Cristóbal; Sing-Long C., Carlos A.
- ItemInterpretable reduced order modeling for fast fire dynamics simulation(2021) Sazunic Ljubetic, Frane; Sing-Long C., Carlos A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa simulación de fuego se ha convertido en una práctica común en varios aspectos de la ingeniería de seguridad contra incendios en el diseño de edificios. También ha encontrado uso en la predicción de incendios, la que ayuda a los servicios de respuesta a emergencias en sus esfuerzos de extinción de incendios, proporcionándoles una idea de la influencia de sus acciones en el incendio y su evolución. La predicción de incendios se realiza mediante modelos computacionales que asimilan y sintetizan los datos provenientes de los sensores distribuidos en eledificio para predecir la evolución a corto plazo del incendio. El proceso de asimilación requiere la ejecución iterativa de simulaciones futuras, que requiere grandes cantidades de tiempo y recursos computacionales. Los modelos de incendios actuales parecen estar en los dos extremos del espectro. Por un lado, los modelos de zona se basan en el balance de calor y masa entre la capa de humo caliente y la capa fría de una habitación, proporcionando información muy básica, pero más rápido que en tiempo real. Por otro lado, la dinámica de fluidos computacional (DFC) proporciona información detallada que considera la física subyacente, pero estos modelos son computacionalmente exigentes y las simulaciones en tiempo real generalmente no son posibles. Por lo tanto, existe la necesidad de un modelo que permita al usuario controlar el intercambio entre la eficiencia computacional y la reproducción de la física involucrada. Para abordar este desafío, proponemos un modelo de orden reducido interpretable para la dinámica del fuego. Nuestro modelo se basa en flujos impulsados por flotación modelados por la ecuación de Boussinesq. Aprovechamos la teoría de los sistemas dinámicos proyectados para aproximar la proyección de las soluciones de estas ecuaciones en un espacio de dimensión finita abarcado por elementos de la base de Fourier. Creemos que nuestro modelo tiene la ventaja de ser interpretable, flexible y eficiente. Los resultados numéricos muestran que nuestro modelo es capaz de adaptarse y reproducir las estructuras espaciales del flujo en diferentes resoluciones. Además, al comparar las simulaciones obtenidas con nuestro método con las obtenidas con Fire Dynamics Simulation (FDS) encontramos una buena concordancia, tanto cualitativa como cuantitativa, en las medidas de temperatura obtenidas en un caso de estudio estándar.
- ItemIntrahepatic fatty acids composition as a biomarker of NAFLD progression from steatosis to NASH by using 1H-MRS(2019) Xavier, Aline Carvalho da Silva; Zacconi, Flavia C. M.; Gaínza Kunstmann, Constanza Mikela; Cabrera García, Daniel Alejandro; Arrese, Marco; Uribe Arancibia, Sergio A.; Sing-Long C., Carlos A.; Andía Kohnenkampf, Marcelo EdgardoNon-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is the most common liver disease in the world and it is becoming one of the most frequent cause of liver transplantation. Unfortunately, the only available method that can reliably determine the stage of this disease is liver biopsy, however, it is invasive and risky for patients. The purpose of this study is to investigate changes in the intracellular composition of the liver fatty acids during the progression of the NAFLD in a mouse model fed with Western diet, with the aim of identify non-invasive biomarkers of NAFLD progression based in H-1-MRS. Our results showed that the intracellular liver fatty acid composition changes as NAFLD progresses from simple steatosis to steatohepatitis (NASH). Using principal component analysis with a clustering method, it was possible to identify the three most relevant clinical groups: normal, steatosis and NASH by using H-1-MRS. These results showed a good agreement with the results obtained by GC-MS and histology. Our results suggest that it would be possible to detect the progression of simple steatosis to NASH using H-1-MRS, that has the potential to be used routinely in clinical application for screening high-risk patients.
- ItemLearning Reduced Kinetic Monte Carlo Models of Complex Chemistry from Molecular Dynamics(2017) Yang, Q.; Sing-Long C., Carlos A.; Reed, E.,
- ItemLevel set segmentation with shape prior knowledge using intrinsic rotation, translation and scaling alignment(2021) Arrieta, Cristóbal; Sing-Long C., Carlos A.; Mura Mardones, Joaquín Alejandro; Irarrázaval Mena, Pablo; Andía Kohnenkampf, Marcelo Edgardo; Uribe Arancibia, Sergio A.; Tejos Núñez, Cristián Andrés
- ItemLevel set segmentation with shape prior knowledge using intrinsic rotation, translation and scaling alignment(IEEE, 2015) Arrieta, Cristóbal; Sing-Long C., Carlos A.; Uribe Arancibia, Sergio A.; Andía Kohnenkampf, Marcelo Edgardo; Irarrázaval Mena, Pablo; Tejos Núñez, Cristián AndrésLevel set-based algorithms have been extensively used for medical image segmentation. Despite their relative success, standard level set segmentations tend to fail when images are severely corrupted or in poorly defined regions. This problem has been tackled incorporating shape prior knowledge, i.e. restricting the evolving curve to a distribution of shapes pre-defined during a training process. Such shape restriction needs to incorporate invariance to translation, rotations and scaling. The common approach for this is to solve a registration problem during the curve evolution, i.e. finding optimal registration parameters. This procedure is slow and produces variable results depending on the order in which the registration parameters were optimized. To overcome this issue Cremers et al. (2006) proposed an intrinsic alignment formulation, which is a normalized coordinate system for each shape, thus avoiding the optimization step to account for the registration. Nevertheless, their proposed solution considered only scaling and translation, but not rotations which are critical for medical imaging applications. We added rotations to this intrinsic alignment, using eigenvalues and eigenvector matrices of the covariance matrix of each shape, and we incorporated them into the evolution equation, allowing us to use shape priors in complex segmentation problems. We tested our algorithm combined with a Chan-Vese functional in synthetic images and in 2D right ventricle MRI.
- ItemMulti-parametric liver tissue characterization using MR fingerprinting: Simultaneous T1, T2, T2*, and fat fraction mapping(2020) Jaubert, O.; Arrieta, C.; Cruz, G.; Bustin, A.; Schneider, T.; Georgiopoulos, G.; Masci, P. G.; Sing-Long C., Carlos A.; Botnar, René Michael; Prieto, C.
- ItemRapid data-driven model reduction of nonlinear dynamical systems including chemical reaction networks using ℓ1-regularization(2020) Yang, Q.; Sing-Long C., Carlos A.; Reed, E. J.
- ItemSimultaneous left and right ventricle segmentation using topology preserving level sets(2017) Arrieta, Cristóbal; Uribe Arancibia, Sergio A.; Sing-Long C., Carlos A.; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Andía Kohnenkampf, Marcelo Edgardo; Irarrázaval Mena, Pablo; Tejos Núñez, Cristián Andrés
- ItemSpatial audio : maximizing the psycho-acoustic sweet spot(2022) Izquierdo Lehmann, Pedro; Sing-Long C., Carlos A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaSound field reconstruction (SFR) es un enfoque popular para recrear una escena auditiva en una región de interés utilizando una cantidad finita de parlantes. Los métodos que siguen este enfoque suelen tener como objetivo aproximar a la onda sonora que creó la escena auditiva deseada minimizando métricas de error inspiradas físicamente, como la norma L2. Sin embargo, estas métricas no tienen en cuenta efectos psicoacústicos. Por lo tanto, los artefactos auditivos generados por estos métodos pueden ser físicamente pequeños, pero psicoacústicamente grandes. Aunque existen métodos que incorporan principios psicoacústicos, creemos que aún existe una brecha entre ellos y los enfoques SFR: el vínculo entre el control preciso de la onda sonora reconstruida y la efectividad psicoacústica de la misma no se ha desarrollado correctamente todavía. Para cerrar la brecha, en este trabajo definimos un sweet spot que comprende la región donde la onda sonora generada es psicoacústicamente cercana a la escena auditiva deseada. Luego, desarrollamos un método cuyo objetivo es generar una onda sonora que maximice directamente este sweet spot. Este es flexible: impone pocas o ninguna restricción en las regiones de interés, sobre la disposición espacial y el patrón de radiación de los parlantes, y permite la aplicación de una amplia familia de modelos psicoacústicos monoaurales, en particular de aquellos del estado del arte. Además, utiliza herramientas de análisis matemático y optimización que permiten su interpretación e implementación eficiente. Nuestros resultados numéricos muestran que nuestro método produce sweet spots más grandes que los métodos de SFR del estado del arte para fuentes puntuales sinusoidales bajo el modelo psicoacústico de van de Par.
- ItemThe fractional Fourier transform and quadratic field magnetic resonance imaging(2011) Irarrázaval Mena, Pablo; Parot Fernández, Vicente José; Sing-Long C., Carlos A.
- ItemTowards Maximizing a Perceptual Sweet Spot for Spatial Sound With Loudspeakers(2023) Izquierdo Lehmann, Pedro; Cádiz, Rodrigo F.; Sing-Long C., Carlos A.