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- ItemEstudio biomecánico de una prótesis de rodilla mediante simulación utilizando elementos finitos(2023) Cortés Marchetti, Fernanda Javiera; Ramos Grez, Jorge; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEsta investigación se enfoca en el estudio del comportamiento mecánico de la articulación de la rodilla cuando se reemplaza con una articulación artificial. El objetivo es comprender y determinar qué factores influyen en la adhesión, desplazamiento y concentración de tensiones entre el hueso y la prótesis, con el fin de evitar complicaciones como el aflojamiento. Para lograr esto, se investiga el efecto de diversos parámetros, como el coeficiente de fricción, los materiales de la prótesis utilizados y el peso del paciente, en las características biomecánicas de una prótesis de rodilla. Se realizó una simulación computacional utilizando elementos finitos para evaluar los parámetros mencionados. Se utilizaron diferentes softwares para generar modelos 3D de la articulación tibiofemoral sujeto-específica, a la cual se le asignaron las propiedades ortotrópicas del tejido óseo, e isotrópicas al material de la prótesis. Una vez que se tuvo el modelo de la articulación, se aplicó una fuerza compresiva de 735N y se realizaron varias simulaciones en las que se varió el coeficiente de roce entre 0.08 y 1, se varió el material del componente cojín plástico (PE, MDPE, HDPE y UHMWPE) y se analizó la resistencia mecánica a la fatiga en la interfaz entre el hueso y el implante. Al analizar los resultados obtenidos, se observa que un aumento en el coeficiente de roce puede generar una mayor adhesión a largo plazo en la prótesis, ya que los esfuerzos se reducen, la presión de contacto aumenta y se incrementa el ciclo de vida de la prótesis. En cuanto al material del cojín, el polietileno mostró mejores características, ya que presentaba un menor desplazamiento entre el componente plástico y el componente femoral. No obstante, las diferencias entre los materiales no fueron significativas.
- ItemIn-depth analysis of automated baggage inspection using simulated X-ray images of 3D models(2023) Kaminetzky, Alejandro; Mery Quiroz, Domingo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa inspección de equipajes con rayos X es esencial para la seguridad fronteriza y en medios de transporte, evitando que objetos peligrosos entren a áreas seguras. Actualmente, el aprendizaje profundo es la técnica de vanguardia para la detección y clasificación automatizada de objetos amenazantes. El entrenamiento de estas redes requiere muchos datos; sin embargo, la disponibilidad de imágenes de rayos X en bases de datos públicas es limitada. Proponemos una metodología de generación de imágenes para superar este problema. Nuestro método genera nuevos datos mediante la superposición de imágenes de rayos X simuladas de modelos 3D sobre rayos X de equipajes reales, permitiendo a los investigadores entrenar modelos sin necesidad de imágenes adicionales o etiquetado manual. En este trabajo, validamos nuestra metodología de simulación de imágenes y presentamos técnicas avanzadas, como la distorsión con modelos de difusión. Nuestros experimentos incluyen cientos de entrenamientos con YOLOv5, utilizando una combinación de imágenes reales de la base de datos SIXray e imágenes sintéticas de rayos X de llaves inglesas y pistolas. La evaluaciones de nuestros modelos entrenados se realizaron con imágenes sin alteraciones. Al entrenar con 16.000 imágenes simuladas de llaves inglesas en escala de grises, obtuvimos como resultado un AP0,5 del 72,7%, mientras que añadir 16.000 imágenes sintéticas a 50 imágenes reales de pistolas aumentó el AP0,5 desde 78,8% a 91,6%. Nuestros resultados confirman que las imágenes sintéticas se pueden utilizar para mejorar el rendimiento de los modelos de detección de objetos. Esto, sumado a la inferencia en tiempo real de YOLOv5, demuestra el potencial para apoyar a los inspectores y automatizar la inspección de equipaje. Finalmente, estas técnicas de superposición y colorización pueden emplearse en otras áreas de imágenes de rayos X.
- ItemMechanical characterization of the emphysematous rat lung(2023) Villa Barros, Benjamín; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLos modelos animales han sido utilizados ampliamente para evaluar el irreversible crecimiento de los espacios aéreos alveolares y comprender la fisiopatología del enfisema. Mientras que la respuesta mecánica pulmonar a estos cambios morfológicos ha sido documentada en la literatura, la caracterización mecánica del tejido enfisematoso ha sido poco investigada hasta la fecha. En este trabajo, estudiamos la respuesta mecánica del tejido y las características morfológicas alveolares de los pulmones a partir de un modelo animal de enfisema inducido por elastasa. Analizamos el comportamiento no lineal del tejido utilizando modelos constitutivos hiperelásticos adecuados a partir de los cuales caracterizamos los parámetros del material. Analizamos más a fondo el efecto de la dosis de elastasa en las propiedades estructurales y materiales y estudiamos su conexión con la compliance respiratoria. En particular, mostramos que si bien la compliance pulmonar en los grupos inducidos por elastasa no difiere del grupo de Control, existen diferencias significativas en el comportamiento mecánico y la morfometría del tejido. Además, nuestros resultados sugieren que durante el desarrollo temprano del enfisema, los parámetros del material tisular son más sensibles al agrandamiento alveolar que a la compliance pulmonar. Nuestros hallazgos resaltan la importancia de evaluar la mecánica tisular en los pulmones enfisematosos, ya que los parámetros materiales pueden representar un indicador prometedor para detectar el inicio de la remodelación del enfisema durante las primeras etapas de la enfermedad.