Reduction, Linearization and stability of relative equilibria for mechanical systems on riemannian manifolds

Consider a Riemannian manifold equipped with an infinitesimal isometry. For this setup, a unified treatment is provided, solely in the language of Riemannian geometry, of techniques in reduction, linearization, and stability of relative equilibria. In particular, for mechanical control systems, an explicit characterization is given for the manner in which reduction by an infinitesimal isometry, and linearization along a controlled trajectory "commute." As part of the development, relationships are derived between the Jacobi equation of geodesic variation and concepts from reduction theory, such as the curvature of the mechanical connection and the effective potential. As an application of our techniques, fiber and base stability of relative equilibria are studied. The paper also serves as a tutorial of Riemannian geometric methods applicable in the intersection of mechanics and control theory.

Convergence of the mass-transport steepest descent scheme for the sub-critical Patlak-Keller-Segel model

Variational steepest descent approximation schemes for the modified Patlak-Keller-Segel equation with a logarithmic interaction kernel in any dimension are considered. We prove the convergence of the suitably interpolated in time implicit Euler scheme, defined in terms of the Euclidean Wasserstein distance, associated to this equation for sub-critical masses. As a consequence, we recover the recent result about the global in time existence of weak-solutions to the modified Patlak-Keller-Segel equation for the logarithmic interaction kernel in any dimension in the sub-critical case. Moreover, we show how this method performs numerically in one dimension. In this particular case, this numerical scheme corresponds to a standard implicit Euler method for the pseudo-inverse of the cumulative distribution function. We demonstrate its capabilities to reproduce easily without the need of mesh-refinement the blow-up of solutions for super-critical masses.

Metodologia a seguir per la reconstrucció d’imatges mèdiques i la seva transformació en geometries mallades per a l’ús computacional

Estudi elaborat a partir d’una estada a l'Imperial College of London, Gran Bretanya, entre setembre i desembre 2006. Disposar d'una geometria bona i ben definida és essencial per a poder resoldre eficientment molts dels models computacionals i poder obtenir uns resultats comparables a la realitat del problema. La reconstrucció d'imatges mèdiques permet transformar les imatges obtingudes amb tècniques de captació a geometries en formats de dades numèriques . En aquest text s'explica de forma qualitativa les diverses etapes que formen el procés de reconstrucció d'imatges mèdiques fins a finalment obtenir una malla triangular per a poder‐la processar en els algoritmes de càlcul. Aquest procés s'inicia a l'escàner MRI de The Royal Brompton Hospital de Londres del que s'obtenen imatges per a després poder‐les processar amb les eines CONGEN10 i SURFGEN per a un entorn MATLAB. Aquestes eines les han desenvolupat investigadors del Bioflow group del departament d'enginyeria aeronàutica del Imperial College of London i en l'ultim apartat del text es comenta un exemple d'una artèria que entra com a imatge mèdica i surt com a malla triangular processable amb qualsevol programari o algoritme que treballi amb malles.

Caracteritació de models funcionals d'àmfores romanes mitjançant Finite Element Analysis

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Laboratory of Archaeometry del National Centre of Scientific Research “Demokritos” d’Atenes, Grècia, entre juny i setembre 2006. Aquest estudi s’emmarca dins d’un context més ampli d’estudi del canvi tecnològic que es documenta en la producció d’àmfores de tipologia romana durant els segles I aC i I dC en els territoris costaners de Catalunya. Una part d’aquest estudi contempla el càlcul de les propietats mecàniques d’aquestes àmfores i la seva avaluació en funció de la tipologia amforal, a partir de l’Anàlisi d’Elements Finits (AEF). L’AEF és una aproximació numèrica que té el seu origen en les ciències d’enginyeria i que ha estat emprada per estimar el comportament mecànic d’un model en termes, per exemple, de deformació i estrès. Així, un objecte, o millor dit el seu model, es dividit en sub-dominis anomenats elements finits, als quals se’ls atribueixen les propietats mecàniques del material en estudi. Aquests elements finits estan connectats formant una xarxa amb constriccions que pot ser definida. En el cas d’aplicar una força determinada a un model, el comportament de l’objecte pot ser estimat mitjançant el conjunt d’equacions lineals que defineixen el rendiment dels elements finits, proporcionant una bona aproximació per a la descripció de la deformació estructural. Així, aquesta simulació per ordinador suposa una important eina per entendre la funcionalitat de ceràmiques arqueològiques. Aquest procediment representa un model quantitatiu per predir el trencament de l’objecte ceràmic quan aquest és sotmès a diferents condicions de pressió. Aquest model ha estat aplicat a diferents tipologies amforals. Els resultats preliminars mostren diferències significatives entre la tipologia pre-romana i les tipologies romanes, així com entre els mateixos dissenys amforals romans, d’importants implicacions arqueològiques.

Mass spectrometry for the evaluation of cardiovascular diseases based on proteomics and lipidomics.

The identification and quantification of proteins and lipids is of major importance for the diagnosis, prognosis and understanding of the molecular mechanisms involved in disease development. Owing to its selectivity and sensitivity, mass spectrometry has become a key technique in analytical platforms for proteomic and lipidomic investigations. Using this technique, many strategies have been developed based on unbiased or targeted approaches to highlight or monitor molecules of interest from biomatrices. Although these approaches have largely been employed in cancer research, this type of investigation has been met by a growing interest in the field of cardiovascular disorders, potentially leading to the discovery of novel biomarkers and the development of new therapies. In this paper, we will review the different mass spectrometry-based proteomic and lipidomic strategies applied in cardiovascular diseases, especially atherosclerosis. Particular attention will be given to recent developments and the role of bioinformatics in data treatment. This review will be of broad interest to the medical community by providing a tutorial of how mass spectrometric strategies can support clinical trials.

Cell-based computational modeling of vascular morphogenesis using Tissue Simulation Toolkit.

Computational modeling has become a widely used tool for unraveling the mechanisms of higher level cooperative cell behavior during vascular morphogenesis. However, experimenting with published simulation models or adding new assumptions to those models can be daunting for novice and even for experienced computational scientists. Here, we present a step-by-step, practical tutorial for building cell-based simulations of vascular morphogenesis using the Tissue Simulation Toolkit (TST). The TST is a freely available, open-source C++ library for developing simulations with the two-dimensional cellular Potts model, a stochastic, agent-based framework to simulate collective cell behavior. We will show the basic use of the TST to simulate and experiment with published simulations of vascular network formation. Then, we will present step-by-step instructions and explanations for building a recent simulation model of tumor angiogenesis. Demonstrated mechanisms include cell-cell adhesion, chemotaxis, cell elongation, haptotaxis, and haptokinesis.

Die Inguinal-Hernienplastik nach Lichtenstein: Eine einfache und komplikationsarme Technik, besonders geeignet für die Tageschirurgie [The Lichtenstein inguinal hernia-plasty: a simple and complication-free technique, especially suited for ambulatory surgery].

A consecutive series of 353 patients who underwent Lichtenstein mesh repair for inguinal hernia from the 1st of July 1994 to the 30th of July 1995 were studied. We analysed our indication, technique, complications, follow-up and outcome. Special consideration was given to the advantages and acceptance of day-case surgery. Our results suggest that the Lichtenstein repair should be considered as a new standard procedure, especially outside of hernia centres.

Pessebre virtual: disseny i exportació

Aquest projecte és una part d’un projecte més ampli consistent en estudiar un format gràfic que permeti exportar una escena modelada en Blender i importar aquesta mateixa escena en un entorn interactiu basat en Visual C++ amb OpenGL. D’aquesta forma, disposem de la capacitat de modelat de Blender i de la interacció i visualització de la llibreria OpenGL. Aquest format ha de representar geometria i textures imprescindiblement, i si és possible, d’altres factors importants com il·luminació, visualització i moviment. La part del projecte explicada en aquesta memòria consisteix en estudiar el format gràfic més adient per representar els diferents factors de realisme de l’escena (geometria, textura, etc.) havent triat el format OBJ per la seva capacitat de representació i fàcil edició. Per a provar el format, s’ha dissenyat un diorama de pessebre utilitzant les capacitats de modelatge de Blender. Pel que respecta les figures, aspecte important per a considerar l’escena com a pessebre, s’ha utilitzat un escàner 3D que ha obtingut representacions de malla 3D, a partir de figures reals de pessebre, que posteriorment han estat texturades. S’ha generat un vídeo del diorama de pessebre que permet veure’n tots els detalls navegant amb el punt de vista per l’escena. Aquest vídeo s’ha exposat en la mostra de pessebres de la Associació Pessebrista de Sabadell el Nadal del 2008.

The impact of carotid plaque screening on motivation for smoking cessation.

Showing smokers their own atherosclerotic plaques might increase motivation for smoking cessation, since they underestimate their own risk for smoking-related diseases. To assess the feasibility and optimal processes of studying the impact of carotid atherosclerotic plaque screening in smokers, we enrolled 30 daily cigarette smokers, aged 40-70 years, in an observational pre-post pilot study. All smokers underwent smoking cessation counseling, nicotine replacement therapy, a carotid ultrasound, an educational tutorial on atherosclerosis, baseline and 2-month motivation to change assessment, and assessment of smoking cessation at 2 months. Participants had a mean smoking duration of 34 years (SD = 7). Carotid plaques were present in 22 smokers (73%). Between baseline and 2 months after plaque screening, motivation for smoking cessation increased from 7.4 to 8.4 out of 10 (p = .02), particularly in those with plaques (7.2 to 8.7, p = .008). At 2 months, the smoking quit rate was 63%, with a quit rate of 73% in those with plaques vs. 38% in those without plaques (p = .10). Perceived stress, anxiety, and depression did not increase after screening. 96% of respondents answered correctly at least 80% of questions regarding atherosclerosis knowledge at baseline and after 2 months. In conclusion, studying the process of screening for carotid plaques for the purpose of increasing motivation for smoking cessation, in addition to counseling and drug therapy for smoking cessation in long-term smokers, appears feasible. The impact of carotid plaque screening on smoking cessation should be examined in larger randomized controlled trials with sufficient power to assess the impact on long-term smoking cessation rates.

Stabilized Petrov-Galerkin methods for the convection-diffusion-reaction and the Helmholtz equations

We present two new stabilized high-resolution numerical methods for the convection–diffusion–reaction (CDR) and the Helmholtz equations respectively. The work embarks upon a priori analysis of some consistency recovery procedures for some stabilization methods belonging to the Petrov–Galerkin framework. It was found that the use of some standard practices (e.g. M-Matrices theory) for the design of essentially non-oscillatory numerical methods is not feasible when consistency recovery methods are employed. Hence, with respect to convective stabilization, such recovery methods are not preferred. Next, we present the design of a high-resolution Petrov–Galerkin (HRPG) method for the 1D CDR problem. The problem is studied from a fresh point of view, including practical implications on the formulation of the maximum principle, M-Matrices theory, monotonicity and total variation diminishing (TVD) finite volume schemes. The current method is next in line to earlier methods that may be viewed as an upwinding plus a discontinuity-capturing operator. Finally, some remarks are made on the extension of the HRPG method to multidimensions. Next, we present a new numerical scheme for the Helmholtz equation resulting in quasi-exact solutions. The focus is on the approximation of the solution to the Helmholtz equation in the interior of the domain using compact stencils. Piecewise linear/bilinear polynomial interpolation are considered on a structured mesh/grid. The only a priori requirement is to provide a mesh/grid resolution of at least eight elements per wavelength. No stabilization parameters are involved in the definition of the scheme. The scheme consists of taking the average of the equation stencils obtained by the standard Galerkin finite element method and the classical finite difference method. Dispersion analysis in 1D and 2D illustrate the quasi-exact properties of this scheme. Finally, some remarks are made on the extension of the scheme to unstructured meshes by designing a method within the Petrov–Galerkin framework.

Desenvolupament de problemes virtuals i interactius per a l’aprenentatge de la Microbiologia

La finalitat del projecte ha estat desenvolupar un espai virtual teòric-pràctic per a l’aprenentatge de la Microbiologia. Aquest espai virtual, basat en l'aprenentatge a través de problemes, s’ha anomenat “Microbiologia Interactiva” i proposa a l’alumne les següents àrees temàtiques: Introducció a les tècniques de la Microbiologia; Estructura i funció de la cèl.lula microbiana; Creixement i control microbià; Microbiologia molecular; Fisiologia i metabolisme microbians; Virologia; Ecologia Microbiana; Diversitat microbiana. Per a cada temàtica s’han definit unes competències a assolir a través de la resolució de problemes teòrics o pràctics. En aquest darrer cas, se li proposa a l’alumne que entri en el laboratori virtual per a la resolució dels casos pràctics plantejats. A més, per a la resolució dels problemes, l’alumne disposa d’un seguit de recursos per a cada temàtica. Finalment, també s’inclouen activitats de relació i d’ampliació per tal d’estimular la discussió, l’esperit crìtic, el treball en grup i la recerca bibliogràfica. A més, per tal de facilitar el seu ús, el web disposa també d'un tutorial. El web “Microbiologia Interactiva” es va introduir de forma pilat en l’ensenyament de l'assignatura de Microbiologia de la Llicenciatura de Biologia i de la de Microbiologia I de la llicenciatura de Biotecnologia de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) durant el curs 2007-08. Al llarg d'aquest curs es va valorar la seva utilitat i acceptació per part dels alumnes mitjançant enquestes. Els bons resultats obtinguts van aconsellar que aquesta eina fora ja utilitzada en totes les assignatures generals de Microbiologia de les llicenciatures de Biologia, Biotecnologia, Bioquímica, Química, Enginyeria Química, Ciències Ambientals i Ciència i Tecnologia dels Aliments de la UAB. Actualment el web s’està també utilitzant amb molt bons resultats a les assignatures de Microbiologia dels nous graus que ofereix la Facultat de Biociències de la UAB. Així doncs, en aquest projecte s’han assolit amb escreix els objectius previstos. Es pot consultar el web desenvolupat a l’adreça http://microbiologia.uab.cat//Microbiologia_Interactiva_Web/.

Programa d'introducció al dret espanyol per a estudiants d'intercanvi

El projecte "Programa d'introducció al dret espanyol per a estudiants d'intercanvi" s'ha dut a terme a la Facultat de dret de la Universitat de Barcelona des del mes de juny de 2007 al mes de setembre de 2008. Ha consistit en iniciar l’esmentat programa que suposava, pels estudiants d’intercanvi sol·licitants, la consecució d’un Diploma d’Introducció al Dret espanyol, expedit per la Facultat de Dret de la UB, a banda del reconeixement dels crèdits cursats a Barcelona. L’objectiu va ser proposar canvis en el plantejament curricular, en concret la posada en marxa de les assignatures del Diploma: Introducció al Dret Privat, Introducció al Dret públic, Introducció al sistema processal espanyol, i Bases del sistema legal espanyol. Com a tasca prèvia que havia de garnatir l’èxit es va fer una difusió del programa a les universitats d’origen i es va articular un sistema d’acollida als estudiants que es va demostrar molt útil al principi de curs per a informacions diverses, però que després va ser infrautilitzat. Pel que fa a les assignatures, es van plantejar com un anàlisi dels trets fonamentals i diferencials del nostre dret, utilitzant elements de comparació amb els ordenaments dels països dels alumnes, però sense fer un exercici estricte de dret comparat. La taxa de rediment va ser alta – 75% - però es va detectar un problema, la insuficient preparació idomàtica, que depassa l’organització del programa. També es va considerar un repte pedagògic important: la heterogeneïtat dels estudiants tant en la seva formació jurídica prèvia –assignatures cursades en la seva Universitat-, com en relació al sistema legal del país del qual provenien, en relació al sistema espanyol. Per aquest motiu, el plantejament del curs i els materials a utilitzar va dependre en bona mesura del conjunt del grup al qual es va dirigr cada assignatura en concret.

Application of a roughness-length representation to parameterize energy loss in 3-D numerical simulations of large rivers

Recent technological advances in remote sensing have enabled investigation of the morphodynamics and hydrodynamics of large rivers. However, measuring topography and flow in these very large rivers is time consuming and thus often constrains the spatial resolution and reach-length scales that can be monitored. Similar constraints exist for computational fluid dynamics (CFD) studies of large rivers, requiring maximization of mesh-or grid-cell dimensions and implying a reduction in the representation of bedform-roughness elements that are of the order of a model grid cell or less, even if they are represented in available topographic data. These ``subgrid'' elements must be parameterized, and this paper applies and considers the impact of roughness-length treatments that include the effect of bed roughness due to ``unmeasured'' topography. CFD predictions were found to be sensitive to the roughness-length specification. Model optimization was based on acoustic Doppler current profiler measurements and estimates of the water surface slope for a variety of roughness lengths. This proved difficult as the metrics used to assess optimal model performance diverged due to the effects of large bedforms that are not well parameterized in roughness-length treatments. However, the general spatial flow patterns are effectively predicted by the model. Changes in roughness length were shown to have a major impact upon flow routing at the channel scale. The results also indicate an absence of secondary flow circulation cells in the reached studied, and suggest simpler two-dimensional models may have great utility in the investigation of flow within large rivers. Citation: Sandbach, S. D. et al. (2012), Application of a roughness-length representation to parameterize energy loss in 3-D numerical simulations of large rivers, Water Resour. Res., 48, W12501, doi: 10.1029/2011WR011284.

A subspace correction method for discontinuous Galerkin discretizations of linear elasticity equations

We study preconditioning techniques for discontinuous Galerkin discretizations of isotropic linear elasticity problems in primal (displacement) formulation. We propose subspace correction methods based on a splitting of the vector valued piecewise linear discontinuous finite element space, that are optimal with respect to the mesh size and the Lamé parameters. The pure displacement, the mixed and the traction free problems are discussed in detail. We present a convergence analysis of the proposed preconditioners and include numerical examples that validate the theory and assess the performance of the preconditioners.

Neuropathy after herniorrhaphy: indication for surgical treatment and outcome.

BACKGROUND: Chronic neuropathy after hernia repair is a neglected problem as very few patients are referred for surgical treatment. The aim of the present study was to assess the outcome of standardized surgical revision for neuropathic pain after hernia repair. METHODS: In a prospective cohort study we evaluated all patients admitted to our tertiary referral center for surgical treatment of persistent neuropathic pain after primary herniorrhaphy between 2001 and 2006. Diagnosis of neuropathic pain was based on clinical findings and a positive Tinel's sign. Postoperative pain was evaluated by a visual analogue scale (VAS) and a pain questionnaire up to 12 months after revision surgery. RESULTS: Forty-three consecutive patients (39 male, median age 35 years) underwent surgical revision, mesh removal, and radical neurectomy. The median operative time was 58 min (range: 45-95 min). Histological examination revealed nerve entrapment, complete transection, or traumatic neuroma in all patients. The ilioinguinal nerve was affected in 35 patients (81%); the iliohypogastric nerve, in 10 patients (23%). Overall pain (median VAS) decreased permanently after surgery within a follow-up period of 12 months (preoperative 74 [range: 53-87] months versus 0 [range: 0-34] months; p<0.0001). CONCLUSIONS: The results of this cohort study suggest that surgical mesh removal with ilioinguinal and iliohypogastric neurectomy is a successful treatment in patients with neuropathic pain after hernia repair.