Alberto Almuna, quien además cursa el Magíster en Ciencias de la Ingeniería, dará a conocer en Estados Unidos un trabajo realizado en conjunto con el alumno Danilo Aballay y los académicos Elwin van ‘t Wout y Pierre Gélat. Se trata de agregar nuevas funcionalidades a un software que busca simular de manera rápida y eficiente ondas de ultrasonido focalizado dentro del cuerpo humano, con el objetivo de mejorar la seguridad y planificación específica de pacientes en tratamientos no invasivos de patologías como el cáncer.
Las instalaciones del Hotel Marriott de New Orleans (EE.UU.) son sede, entre el 18 y 23 de mayo, del XXV Congreso Internacional de Acústica (ICA 2025), el cual es considerado como el evento más grande del mundo su campo y en esta ocasión se realiza en paralelo con el 188° Encuentro de la Sociedad Acústica de América. Tal como en ediciones anteriores se espera la asistencia de más de mil investigadores y académicos, entre los cuales estará Alberto Almuna, estudiante del título de Ingeniería Civil Matemática y Computacional y el Magíster en Ciencias de la Ingeniería.
El alumno presentará el trabajo titulado “Simulating focused ultrasound propagation through heterogeneous biomedical materials with volume-surface integral equation methods and hierarchical matrix compression”, desarrollado en conjunto con Elwin van ‘t Wout, académico del Instituto de Ingeniería Matemática y Computacional (IMC UC), Danilo Aballay -estudiante del Magíster en Ingeniería Matemática y Computacional- y Pierre Gélat, profesor del University College de Londres (Inglaterra). “El congreso abarca varias áreas de la acústica, como la relacionada a la biomedicina, que es donde trabajamos nosotros. También hay ponencias dedicadas a acústica oceanográfica, arquitectura, física y procesamiento de señales, entre muchos otros temas”, comenta Alberto Almuna.
Alberto Almuna.
La presentación que realizará el estudiante en Estados Unidos consiste, esencialmente, en el estudio desarrollado durante su investigación de Magíster, el cual a su vez se nutre de varias fuentes: “Se podría decir que este trabajo es una mezcla de varias cosas. Por una parte, está toda la investigación que hemos desarrollado junto con Elwin van ‘t Wout, que ya lleva un par de años, y también hay otra arista colaborativa que hemos llevado adelante junto con Danilo Aballay, otro estudiante del profesor. También participa el académico Pierre Gélat, que incluso vino a fines del año pasado a dar una charla a un simposio que se realizó en la UC”.
En particular, el estudio que realiza este equipo se enmarca en un proyecto que Elwin van ‘t Wout y académicos en Londres desarrollan desde hace años y que se enfoca en el uso de ultrasonido como una herramienta no invasiva para el tratamiento de patologías como el cáncer. “La idea básica es, por ejemplo, que yo como paciente estoy recostado y alrededor mío hay parlantes que emiten ondas de ultrasonido. Estas se focalizan en un punto muy específico, lo cual produce un aumento de temperatura hasta quemar sólo esa zona en particular”, explica Alberto.
Si bien la tecnología como tal ya existe, aún presenta obstáculos que estos investigadores intentan resolver. Uno de ellos, y quizás el más esencial, es que todas las personas presentan anatomías distintas. “Los pacientes tienen cuerpos muy diferentes entre sí, debido a la estructura ósea y el tejido graso, por ejemplo. Eso hace que las ondas y su efecto se vean afectadas”, indica el estudiante. Por eso, para aplicar este método en contextos reales de tratamiento se necesita realizar una muy buena planificación, para que sea eficiente, rápido y sumamente preciso.
“Estamos trabajando en medicina. Entonces, si no calculas bien las cosas puedes focalizar en una parte distinta a la requerida, por lo que estarías quemando un área totalmente distinta y eso podría ser muy complicado. Lo que estamos estudiando es la construcción de software que permita propiciar toda la planificación previa de manera eficiente”, comenta el estudiante. Si bien Elwin van ‘t Wout y sus colaboradores en Inglaterra llevan trabajando en esta área desde hace años y ya tienen un software que permite simular estos escenarios (OptimUS), la participación de Alberto y Danilo ha permitido mejorar la plataforma.
“El software tiene dos limitaciones por ahora. Una es que el modelo que ellos tenían sólo consideraba que todos los materiales eran homogéneos, con densidad y velocidad del sonido constantes. Pero el cuerpo humano en general no es así, ya que es básicamente heterogéneo. Ahí entra el trabajo de Danilo, que considera otro tipo de ‘solver’ para ese tipo de cosas y que apunta a mezclar factores homogéneos y heterogéneos para poder hacer algo más fiel a la realidad”, comenta el estudiante.
Por otro lado, agrega, en términos computacionales todos estos sistemas necesitan mucha memoria RAM porque incorporan matrices de gran tamaño. Es en esa área donde se focaliza la labor de Alberto Almuna. “En especial si uno quiere trabajar con frecuencias muy altas de ultrasonido y, además con estructuras reales del cuerpo humano, estamos hablando de geometrías sumamente complejas. Entonces, las matrices asociadas son muy pesadas y pueden llegar a más de 1 TB de RAM. Yo trabajo en el cluster de Ingeniería UC donde hay varios nodos, pero sólo dos tienen un poco más de un tera de RAM; entonces no es algo que se puede hacer en cualquier computador”, indica.
Su objetivo es hallar una manera de comprimir estos sistemas de tal manera de que, en lugar de alcanzar 1TB de RAM no sobrepasen, por ejemplo, los 200 GB de RAM. “Obviamente, eso tiene un error asociado. Si algo que debería pesar 1 TB lo pasas a 200 GB generas una pérdida de información. La idea es poder controlar esa pérdida de tal manera de que no se vea muy afectado el resultado”.
Alberto comenta que en los laboratorios de University College de Londres, el funcionamiento del sistema ya ha sido contrarrestado con simulaciones de huesos de cerdo fabricados mediante tecnología 3D. “En general, en estos tests de laboratorio se han comparado los resultados numéricos versus los resultados físicos y hasta ahora el sistema se ha podido validar y ha andado bastante bien”, concluye.