Ultrasonics Lab

El Ultrasonics Lab, fundado en 2004 a partir de un postdoctorado Fulbright en MIT, ha crecido atrayendo más de 5 millones de euros de financiación pública competitiva, 20 investigadores (8 doctores), generando 10 patentes y 3 spin-off. Actualmente conforma el grupo PAIDI TEP959, el grupo IBS TEC-12, y es parte de la Unidad Científica de Excelencia MNAT.

Físicamente ocupa dos sedes, una desde 2012 de 110m2 en el Edificio Politécnico de Fuentenueva, y otra en el Hospital Universitario Clínico San Cecilio, de unos 30m2 desde 2021, que albergan a los investigadores y equipos de laboratorio de ultrasonidos de última generación.

Resumen científico

Compartimos la aspiración de descubrir fenómenos en los campos interdisciplinares de las ingenierías mecánica, física, computación y de materiales, comprender las leyes que los gobiernan, y aplicar este conocimiento para crear conceptos y tecnologías únicas que sirvan a la sociedad mediante innovación y emprendimiento.

Desde 2004 generamos resultados interrogando la estructura mecánica mediante ultrasonidos, abarcando desde la espectroscopía ultrasónica para monitorización de daño, mecánica tisular ultrasónica, problema inverso probabilista, pronóstico y prototipado de sensores ultrasónicos y biorreactores. Su objetivo es generar soluciones para monitorizar y predecir daño y patologías, diseñar y evaluar la calidad de estructuras avanzadas, y caracterizar la mecánica microestructural de tejidos humanos, órganos artificiales para diagnóstico médico y terapias ultrasónicas.

Plan de actividades:

La actividad fundamental será enfocarnos en las siguientes líneas estratégicas de investigación, tanto fundamentales como aplicadas:

  • Concepto y desarrollo de dispositivos de diagnóstico médico de elastografía.
  • Concepto, análisis y validación de nuevos biomarcadores elásticos y mecánicos para diagnóstico.
  • Monitorización por ultrasonidos de microarquitectura de tejido cervical para predicción de parto pretérmino.
  • Biorreactores para creación de tejidos artificiales con monitorización ultrasónica de evolución en tiempo real.
  • Bioimpresión de scaffolds y modelos para cirugía.
  • Ultrasonidos como co-terapia tumoral.

 

Principales equipamientos

  • Ecografía ultrarrápida “Verasonics Vantage 128 (with HIFU extension)“, tanto en modo de imagen médica como array ultrasónico de aplicación industrial.
  • Prensa de ensayos mecánicos de tejidos, avanzada y configurable.
  • Impresora 3D Objet Prime 30, tecnología de inyectores de resina, resolución 14 micras, diversos materiales incluidos biocompatibles.
  • Equipos de ultrasonidos avanzados de propósito general tanto para ensayos industriales como para imagen mé
  • 2 escáneres ultrasónicos de inmersión robotizados de alta precisión y alta resolución (hasta 100MHz, 50 micras, 14 bits).
  • Decena de equipos portátiles, desde ecografía hasta elastografía, con frecuencias desde pocos kHz hasta 100MHz, desde técnicas estándar de pulso-eco ultrasónico hasta transmisión o nonlinear mixing, con ondas P, S, torsión, guiadas, etc.
  • Equipamiento de prototipado de sensores ultrasónicos para medicina o ingenierí
  • Equipamiento de prototipado de biorreactores y otros dispositivos médicos de diversa í
  • Servidores de cálculo avanzado CPU y GPU.

Investigadores de la Unidad

Sobre Guillermo Rus Carlborg

Guillermo Rus comenzó su investigación en mecánica computacional en la Universidad de Granada (UGR, 1995), donde defendió su tesis doctoral sobre Métodos numéricos para la identificación no destructiva de defectos (2001), proporcionando algoritmos de búsqueda de daño y sensibilidades mediante elementos de contorno. Los aplicó experimentalmente en el NDE Lab del MIT (US) como Postdoc Fulbright, aportando novedosos planteamientos cuantitativos robustos para ultrasonidos y ensayo de impacto. Puso en marcha el Laboratorio de Evaluación No Destructiva en la Universidad de Granada (www.ugr.es/~grus) en 2003, centrándose en aplicaciones bioingenieriles como el despegue de implantes óseos en University College London, el diagnóstico de calidad ósea por ultrasonidos en la Universidad París 6. También está involucrado en la transferencia de esta tecnología de diagnóstico a la ingeniería civil para la monitorización y pronóstico de salud estructural de materiales avanzados, como fibra de carbono, en Tech. Univ. Hamburg, y Andong National University, Corea, problema inverso probabilista en Caltech, o pronóstico de salud estrutural en NASA. Actualmente es Catedrático de la UGR (desde 2018), autor de más de 100 publicaciones indexadas JCR, 10 libros, más de 100 ponencias en congresos internacionales, 20 semi-narios invitados internacionales y organizador en 20 congresos. Su carrera investigadora ha sido galardonada con: Best Paper Award (Prognosis Health Management Society, Francia, 2014), Premio Juan Carlos Simó para jóvenes investigadores (España, 2007), el Honorary Fellowship of the Wessex Institute of Technology (Reino Unido, 2005), Fulbright Fellowship (EEUU, 2002) y el Premio Extraordinario de tesis doctoral (Granada, 2001). El objetivo central de su investigación es la mecánica tisular ultrasónica, tanto en su vertiente básica de comprender la interacción entre ultrasonidos y tejidos (teoría y experimentación de propagación de ondas lineales y no lineales, propiedades elásticas y reológicas, interacciones multiescala y multifísica con parámetros histológicos relevantes en procesos clínicos), como en su aplicación para diagnóstico y tratamiento individualizado (problemas inversos de reconstrucción y de pronóstico probabilistas, concepción y diseño de nuevos tipos de ondas y sensores, hasta prototipado y ensayo de dispositivos clínicos). Tiene un papel activo en la promoción de jóvenes carreras investigadoras: ha dirigido a 7 doctorandos y 6 postdocs egresados, todos actualmente contratados en centros de renombre internacional. La transferencia es evidente por tener en su haber 6 patentes, y ser cofundador de tres spin-off: www.oritiayboreas.com (5 premios, facturación 640k€/año), www.regemat3d.com (2 premios, facturación 200k€/año) y www.innitius.com (2 premios).

Principales contribuciones

Referencia bibliográfica de las principales publicaciones

Reseña Impacto
E. López-Ruiz, G. Rus, JA. Marchal et al. Poly (ethylmetha-crylate-co-diethylaminoethyl acrylate) coating improves endo-thelial repopulation, biomechani-cal and anti-thrombogenic properties of decellularized carotid arteries for blood vessel repla-cement. Scientific Reports (Nature Group) 7(1) 2017 En este trabajo multidisciplinar demostramos por primera vez en arterias animales la eficacia y potencial aplicación de un nuevo material sintético para la regeneración vascular en arteriosclerosis, donde la biocompatibilidad mecánica es uno de los criterios fundamentales, para lo cual se desarrolla una nueva técnica de medidas de campos de grandes deformaciones. 5.578

D1

5 citas

 
G. Rus. Nature of acoustic nonlinear radiation stress.

Applied Physics Letters, 105(2014):12 121904

 

 Esta publicación establece los fundamentos de una interacción entre la mecánica de fluidos y acústica que ha sido erróneamente entendida desde 1948, cuando las teorías de Eckart, Nyborg, Westervelt y Lighthill fueron adoptadas como verdaderas después de las primeras tentativas de Reynolds de explicarlo en 1883. Aquí se presenta un nuevo término en la ecuación de Navier-Stokes que gobierna esta interacción, originado por la no linealidad en multi-escala, que ejerce remota-mente un campo de tensión neta y un flujo. Este mecanismo explica numerosos fenóme-nos em motores a reacción, pinzas acústicas, propulsión de cianobacterias, audición de cóclea, nanofluídica o elastografía médica. 3.794

Q1

5 citas
L Peralta, FS Molina, J Melchor, LF Gómez, P Massó, J Florido and G Rus. Transient elastography to assess the cervical ripening during pregnancy: a preliminary study. Ultraschall in der Medizin. (DOI 10.1055/s-0035-1553325) 2015. Por primera vez se presentan valores de módulo de cizalla in vivo del cuello uterino en 42 mujeres embarazadas de diferentes edades gestacionales, corroborando la hipótesis de que la rigidez desciende gradualmente desde el inicio durante toda la gestación. 4.645

D1

25 citas
L Peralta, G Rus, N Bochud, FS Molina. Mechanical assessment of cervical remodelling in pregnancy: insight from a synthetic model. Journal of Biomechanics. 48(9) 2015, 1557-1565. Se proponen los primeros modelos mecano-histológicos de remodelación de la microarquitectura del tejido cervical destinados a explicar el fenómeno de maduración que ocurre durante la gestación y habilita su posterior dilatación. 2.716

Q1

19 citas

 
M. Chiachio, J. Beck, J. Chiachio, G. Rus. Approximate Bayesian computation by subset simulation.

SIAM J Sci Comp, 36, 3(2014):A1339-A1358

 Se propone un nuevo algoritmo de cómputo Bayesiano aproximado (ABC) para reconstruir parámetros evolutivos de modelo, que combina los principios de ABC con simulación de subconjunto para simulación eficiente de eventos extremos. 2.31 D1

54 citas
A. Fahim, R. Gallego, N. Bochud, G. Rus. Model-based damage reconstruction in composites from ultrasound transmission. Compo-sites Part B. 45(2013):50-62 Se presenta formulación teórica y validación experimental de una técnica de monitoriza-ción por transmisión ultrasónica combinada con el problema inverso basado en modelos computacionales. 6.864

1st rank

41 citas
F. Molina, G. Rus, L. Gómez, J. Florido, K. Nicolaides. Quantita-tive cervical elastography in pregnancy.

Ultrasound in Obstetrics and Gynecology. 40,6(2012):612-613

 Este artículo forma parte de un debate sobre la capacidad de la elastografía ultrasónica para predecir el riesgo de parto pretérmino. Se ha aplicado con éxito en el diagnóstico de tumores de mama, tiroides, etc., pero las técnicas elastográficas estáticas no permiten cuantificar con repetitibilidad parámetros mecánicos del cervix sano durante el embarazo, lo cual origina un debate abierto. 5.654

D1

27 citas
E. Serrano, G. Rus, J. García-Martínez. Nanotechnology for sustainable energy. Renew. Sust. En. Rev. 13,9(2009):2373-84 Se integran contribuciones significativas de grupos de investigación para encontrar soluciones a uno de los grandes retos de nuestro tiempo: la producción y almacenaje de energía limpia desde la nanotecnología. 10.556

1st rank

467 citas
R. Palma, G. Rus, R. Gallego. Probabilistic inverse problem and system uncertainties for damage detection in piezoelectrics.

J. Mech. Mat. 41,9(2009):1000-16

 Se presenta una formulación probabilistica para diseñar una configuración de sensores para la detección de daño en las materiales piezoeléctricos, resolviendo el problema inverso de identificación basado en el modelos computacionales. 2.697

D1

31 citas