Movement Analysis by means of inertial sensors: from bench to bedside

in the everyday clinical practice. Having this in mind, the choice of a simple setup would not be enough because, even if the setup is quick and simple, the instrumental assessment would still be in addition to the daily routine. The will to overcome this limit has led to the idea of instrumenting already existing and widely used functional tests. In this way the sensor based assessment becomes an integral part of the clinical assessment. Reliable and validated signal processing methods have been successfully implemented in Personal Health Systems based on smartphone technology. At the end of this research project there is evidence that such solution can really and easily used in clinical practice in both supervised and unsupervised settings. Smartphone based solution, together or in place of dedicated wearable sensing units, can truly become a pervasive and low-cost means for providing suitable testing solutions for quantitative movement analysis with a clear clinical value, ultimately providing enhanced balance and mobility support to an aging population.

Studio di fase I sulla reinfusione intraepatica di cellule staminali CD 133+ altamente purificate nei pazienti con malattia epatica terminale

Numerose evidenze sperimentali hanno dimostrato il contributo delle cellule staminali di derivazione midollare nei processi di rigenerazione epatica dopo danno tissutale. E’ cresciuto pertanto l’interesse sul loro potenziale impiego in pazienti con cirrosi. Questo studio si propone di valutare la fattibilità e la sicurezza della reinfusione intraepatica di cellule staminali midollari autologhe CD133+ in 12 pazienti con insufficienza epatica terminale definita da un punteggio di Model for End Stage of Liver Disease (MELD) compreso tra 17 e 25. L’efficacia in termini di funzionalità epatica rappresenta un obiettivo secondario. Previa mobilizzazione nel sangue periferico mediante somministrazione di granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) alla dose di 7,5 mcg/Kg/b.i.d. e raccolta per leucoaferesi, le cellule CD133+ altamente purificate vengono reinfuse in arteria epatica a partire da 5x104/Kg fino a 1x106/kg. Nei tre giorni successivi si somministra G-CSF per favorire l’espansione e l’attecchimento delle cellule. Durante la mobilizzazione, la reinfusione e nei 12 mesi successivi i pazienti sono sottoposti a periodici controlli clinici, laboratoristici e strumentali e ad attenta valutazione di effetti collaterali. Lo studio è tuttora in corso e ad oggi, 11 pazienti sono stati sottoposti a reinfusione e 4 hanno completato i 12 mesi di follow-up. Il G-CSF è stato ben tollerato e ha consentito di ottenere una buona espansione cellulare. Dopo la reinfusione sono stati documentati un ematoma inguinale e due episodi transitori di encefalopatia portosistemica. Durante il follow-up 4 pazienti sono stati trapiantati e 2 sono morti. Non è stata osservata alcuna modificazione significativa degli indici di funzione epatica. Questi risultati preliminari confermano la possibilità di mobilizzare e reinfondere un numero adeguato di cellule staminali di derivazione midollare in pazienti con malattia epatica in stadio terminale.

Model reduction techniques in flexible multibody dynamics with application to engine cranktrain simulation

The development of a multibody model of a motorbike engine cranktrain is presented in this work, with an emphasis on flexible component model reduction. A modelling methodology based upon the adoption of non-ideal joints at interface locations, and the inclusion of component flexibility, is developed: both are necessary tasks if one wants to capture dynamic effects which arise in lightweight, high-speed applications. With regard to the first topic, both a ball bearing model and a journal bearing model are implemented, in order to properly capture the dynamic effects of the main connections in the system: angular contact ball bearings are modelled according to a five-DOF nonlinear scheme in order to grasp the crankshaft main bearings behaviour, while an impedance-based hydrodynamic bearing model is implemented providing an enhanced operation prediction at the conrod big end locations. Concerning the second matter, flexible models of the crankshaft and the connecting rod are produced. The well-established Craig-Bampton reduction technique is adopted as a general framework to obtain reduced model representations which are suitable for the subsequent multibody analyses. A particular component mode selection procedure is implemented, based on the concept of Effective Interface Mass, allowing an assessment of the accuracy of the reduced models prior to the nonlinear simulation phase. In addition, a procedure to alleviate the effects of modal truncation, based on the Modal Truncation Augmentation approach, is developed. In order to assess the performances of the proposed modal reduction schemes, numerical tests are performed onto the crankshaft and the conrod models in both frequency and modal domains. A multibody model of the cranktrain is eventually assembled and simulated using a commercial software. Numerical results are presented, demonstrating the effectiveness of the implemented flexible model reduction techniques. The advantages over the conventional frequency-based truncation approach are discussed.

Il ruolo della metafora nella comunicazione della fisica contemporanea

Il presente lavoro si rivolge all’analisi del ruolo delle forme metaforiche nella divulgazione della fisica contemporanea. Il focus è sugli aspetti cognitivi: come possiamo spiegare concetti fisici formalmente complessi ad un audience di non-esperti senza ‘snaturarne’ i significati disciplinari (comunicazione di ‘buona fisica’)? L’attenzione è sulla natura stessa della spiegazione e il problema riguarda la valutazione dell’efficacia della spiegazione scientifica a non-professionisti. Per affrontare tale questione, ci siamo orientati alla ricerca di strumenti formali che potessero supportarci nell’analisi linguistica dei testi. La nostra attenzione si è rivolta al possibile ruolo svolto dalle forme metaforiche nella costruzione di significati disciplinarmente validi. Si fa in particolare riferimento al ruolo svolto dalla metafora nella comprensione di nuovi significati a partire da quelli noti, aspetto fondamentale nel caso dei fenomeni di fisica contemporanea che sono lontani dalla sfera percettiva ordinaria. In particolare, è apparsa particolarmente promettente come strumento di analisi la prospettiva della teoria della metafora concettuale. Abbiamo allora affrontato il problema di ricerca analizzando diverse forme metaforiche di particolare rilievo prese da testi di divulgazione di fisica contemporanea. Nella tesi viene in particolare discussa l’analisi di un case-study dal punto di vista della metafora concettuale: una analogia di Schrödinger per la particella elementare. I risultati dell’analisi suggeriscono che la metafora concettuale possa rappresentare uno strumento promettente sia per la valutazione della qualità delle forme analogiche e metaforiche utilizzate nella spiegazione di argomenti di fisica contemporanea che per la creazione di nuove e più efficaci metafore. Inoltre questa prospettiva di analisi sembra fornirci uno strumento per caratterizzare il concetto stesso di ‘buona fisica’. Riteniamo infine che possano emergere altri risultati di ricerca interessanti approfondendo l’approccio interdisciplinare tra la linguistica e la fisica.

Synthesis of Hand Exoskeletons for the Rehabilitation of Post-Stroke Patients

This dissertation presents the synthesis of a hand exoskeleton (HE) for the rehabilitation of post-stroke patients. Through the analysis of state-of-the-art, a topological classification was proposed. Based on the proposed classification principles, the rehabilitation HEs were systematically analyzed and classified. This classification is helpful to both understand the reason of proposing certain solutions for specific applications and provide some useful guidelines for the design of a new HE, that was actually the primary motivation of this study. Further to this classification, a novel rehabilitation HE was designed to support patients in cylindrical shape grasping tasks with the aim of recovering the basic functions of manipulation. The proposed device comprises five planar mechanisms, one per finger, globally actuated by two electric motors. Indeed, the thumb flexion/extension movement is controlled by one actuator whereas a second actuator is devoted to the control of the flexion/extension of the other four fingers. By focusing on the single finger mechanism, intended as the basic model of the targeted HE, the feasibility study of three different 1 DOF mechanisms are analyzed: a 6-link mechanism, that is connected to the human finger only at its tip, an 8-link and a 12-link mechanisms where phalanges and articulations are part of the kinematic chain. The advantages and drawbacks of each mechanism are deeply analyzed with respect to targeted requirements: the 12-link mechanism was selected as the most suitable solution. The dimensional synthesis based on the Burmester theory as well as kinematic and static analyses were separately done for all fingers in order to satisfy the desired specifications. The HE was finally designed and a prototype was built. The experimental results of the first tests are promising and demonstrate the potential for clinical applications of the proposed device in robot-assisted training of the human hand for grasping functions.

Inverse Static Analysis of Massive Parallel Arrays of Three-State Actuators via Artificial Intelligence

Massive parallel robots (MPRs) driven by discrete actuators are force regulated robots that undergo continuous motions despite being commanded through a finite number of states only. Designing a real-time control of such systems requires fast and efficient methods for solving their inverse static analysis (ISA), which is a challenging problem and the subject of this thesis. In particular, five Artificial intelligence methods are proposed to investigate the on-line computation and the generalization error of ISA problem of a class of MPRs featuring three-state force actuators and one degree of revolute motion.

Approccio agli spostamenti per la valutazione della vulnerabilità sismica di telai in conglomerato cementizio armato.

Il presente lavoro ha lo scopo di presentare gli studi e i risultati ottenuti durante l’attività di ricerca svolta sul Displacement-based Assessment (DBA) dei telai in cemento armato. Dopo alcune considerazioni iniziali sul tema della vulnerabilità sismica e sui metodi di analisi e verifica, si procede alla descrizione teorica del metodo. Sono stati analizzati tre casi studio di telai piani, progettati per soli carichi verticali e secondo normative non più in vigore che non prevedevano l’applicazione della gerarchia delle resistenze. I telai considerati, destinati ad abitazione civile, hanno diversa altezza e numero di piani, e diverso numero di campate. Si è proceduto all’applicazione del metodo, alla valutazione della vulnerabilità sismica in base alla domanda in termini di spostamento costituita da uno spettro elastico previsto dall’EC8 e alla validazione dei risultati ottenuti mediante analisi non lineari statiche e dinamiche e mediante l’applicazione dei teoremi dell’Analisi limite dei telai, proposta come procedura alternativa per la determinazione del meccanismo anelastico e della capacità in termini di taglio alla base. In ultimo si è applicata la procedura DBA per la valutazione della vulnerabilità sismica di un edificio scolastico, realizzato tra il 1969 e il 1975 in un sito caratterizzato da una accelerazione di picco orizzontale pari a 0,24g e una probabilità di superamento del 10% in 75 anni.

La costruzione della città medievale. Archeologia dell'edilizia storica e topografia urbana a Pistoia.

Pistoia rientra a buon diritto, nel quadro della Toscana medievale, in quella rete di centri urbani di antica origine e tradizione diocesana che riuscirono a costruire, nella dialettica fra città e territorio, un organismo politico autonomo, il comune cittadino. La ricerca prende in considerazione i resti materiali delle strutture conservate nel tessuto urbano attuale, in particolare l'edilizia civile, prediligendo la cosiddetta “edilizia minore”, ovvero gli edifici residenziali non monumentali che, proprio per questo motivo, sono generalmente poco conosciuti. Le strutture, censite ed inserite in una piattaforma GIS (Arpenteur), sono analizzate con metodo archeologico al fine di distinguere le diverse fasi costruttive, medievali e post-medievali, con cui sono giunte fino ad oggi. L'analisi stratigrafica, effettuata su rilievi realizzati mediante modellazione 3D (Photomodeler), ha permesso di costruire un primo “atlante” delle tipologie murarie medievali della città: i tipi murari assumono quindi la funzione di indicatori cronologici degli edifici analizzati. I dati stratigrafici, uniti al dato topologico dei complessi architettonici (localizzati prevalentemente nel centro storico, all'interno del circuito murario della metà del XII secolo), hanno fornito informazioni sia per quanto riguarda l'aspetto materiale degli edifici di abitazione (forma, dimensioni, materiali) sia per quanto riguarda temi di topografia storica (viabilità maggiore e minore, formazione dei borghi, orizzonte sociale degli abitanti, distribuzione della proprietà), nel periodo della “parabola” della Pistoia comunale (XII-XIII secolo). In conclusione, la ricerca vuole essere sia uno strumento di analisi per la storia delle trasformazioni delle città nel periodo comunale, sia uno strumento di conoscenza e tutela di un patrimonio storico-archeologico che, per la sua natura non-monumentale spesso sfugge all'attenzione di amministratori ed urbanisti.

Il patrimonio culturale per la dinamizzazione dell'economia territoriale: Il riconoscimento dell'indicazione geografica "Vale do Paraiba Fluminense" ad un caffè con identità culturale

Le Indicazioni Geografiche (IG) giocano un ruolo importante nella crescita economica e nello sviluppo territoriale rurale quando una determinata qualità di prodotto, reputazione o altra caratteristica del prodotto siano attribuibili essenzialmente alla sua origine geografica. In questa ricerca si è verificato la possibilità di valorizzare la regione del Brasile denominata Vale do Paraiba Fluminense, soprannominata “Vale do Café” e di mettere in luce le potenzialità del caffè come prodotto di qualità, sostenibile sotto il profilo ambientale e sociale: un vero e proprio patrimonio culturale che può rivelarsi una valida risorsa economica per il territorio. Nella prima fase dell'indagine è stata realizzata la ricerca a tavolino e sul campo fondata sulle fonti bibliografiche; nella seconda fase è stata applicata la Metodologia Partecipativa della FAO per identificare il collegamento dell’area di origine e del prodotto locale ed il suo potenziale di sviluppo con le risorse locali attraverso questionari on line. Nell’analisi qualitativa sono stati intervistati rappresentanti delle differenti categorie di stakeholder per arricchire il quadro sul contesto storico della regione. Infine, nella parte quantitativa sono stati applicati dei questionari ai consumatori di caffè del territorio. A conclusione della ricerca il territorio potrebbe reintrodurre un caffè storico, simbolo della ricchezza e decadenza di quella regione come elemento di potenziale economico locale, sfruttando la parte immateriale delle aziende agricole storiche, rilocalizzando il prodotto nella memoria locale, riavvicinando la popolazione alla sua storia e principalmente sensibilizzandola del valore del nome geografico “Vale do Paraiba Fluminense” o “Vale do Café” relazionata alla storia della regione, e del prodotto caffè che si propone rilanciare a favore del territorio, rilocalizzando il nome geografico.

A new global wheat marketmodel (GLOWMM) for the analysis of wheat export prices

Food commodity prices fluctuations have important impacts on poverty and food insecurity across the world. Conventional models have not provided a complete picture of recent price spikes in agricultural commodity markets, while there is an urgent need for appropriate policy responses. Perhaps new approaches are needed in order to better understand international spill-overs, the feedback between the real and the financial sectors and also the link between food and energy prices. In this paper, we present results from a new worldwide dynamic model that provides short and long-run impulse responses of wheat international prices to various real shocks.

Caratteristiche ed efficienza economica del Distretto agroalimentare del Pecorino Romano DOP

Una delle realtà economiche più importanti della Sardegna è la produzione di Pecorino Romano DOP. Il contesto nel quale è nato e si è sviluppato ingloba molte delle precondizioni che favoriscono la nascita di un distretto. Il principale obiettivo di questo studio è verificare se il comparto lattiero caseario della Sardegna, focalizzato nella produzione di Pecorino Romano DOP, può creare un effetto distretto. Ciò potrebbe suggerire l'esistenza dello stesso distretto anche se atipico. Per verificare questa ipotesi, in primo luogo è stata esaminata l'efficienza produttiva delle imprese trasformatrici di Pecorino Romano utilizzando il metodo della Frontiera stocastica di produzione. Successivamente sono state cercate le cause delle differenze. Lo studio mostra che i livelli di efficienza osservati sono quasi interamente attribuibili agli input di produzione utilizzati, in particolare al latte. Risulta chiaro che il sistema delle cooperative funziona e che tali aziende ottengono sistematicamente margini di efficienza migliori rispetto alle non cooperative. Le variabili analizzate non permettono di concludere che esiste un "effetto distretto".

Da Laodice I a Laodice III: l'orizzonte politico delle regine seleucidi

Questo studio indaga la tradizione storiografica sulle regine seleucidi di III secolo a.C. - da Laodice I fino all’ascesa al trono di Laodice III - alla luce delle testimonianze documentarie. L’intento è stabilire l’orizzonte politico dell’azione delle regine nel momento meno conosciuto e più buio della storia del regno di Siria. Il III secolo seleucidico è infatti un periodo caratterizzato da incertezza nella ricostruzione evenemenziale e nell’analisi delle dinamiche sociopolitiche, soprattutto a causa dell’interesse relativo e limitato delle fonti storiografiche antiche a noi giunte relativamente alle vicende della monarchia seleucidica precedenti l’avvento di Antioco III il Grande. In questo panorama rappresenta un’eccezione il caso di Laodice I, che è al centro di un rilevante numero di testimonianze. Tenendo conto della differente natura delle fonti e della complessità del contesto evenemenziale, non sempre ricostruibile, è stata studiata la figura di Laodice I nell’intento di comprendere il paradigma di regalità femminile stabilito dalle azioni della regina, e quindi l’influenza di tale paradigma sulla generazione seleucide successiva. La ricerca si articola in tre sezioni, legate agli eventi principali del III secolo seleucide che vedono coinvolta la regina. La prima parte è dedicata all’attività di Laodice I dopo il secondo matrimonio di Antioco II con la tolemaica Berenice. La seconda parte riguarda il ruolo di Laodice nei complessi eventi che seguirono la morte del marito Antioco II nel 246 e nella Terza Guerra Siriaca, che vide la regina a fianco del figlio Seleuco II contrapporsi a Tolemeo III e Berenice Sira. La terza sezione si occupa dell’azione di Laodice I nella Guerra Fraterna al fianco di Antioco Ierace contro Seleuco II e Laodice II. Nella conclusione si riflette sull’influenza delle azioni politiche di Laodice I sulla scelta di Antioco III di sposare la cugina Laodice III, prima principessa del Ponto entrata nella dinastia regnante.

Materiale epigrafico per la ricostruzione dei contatti nel Mediterraneo tra il 1200 a.C. e il 500 a.C.

La Tesi Materiale epigrafico per la ricostruzione dei contatti nel Mediterraneo tra il 1200 a.C. e il 500 a.C. si propone di illustrare i complessi rapporti instauratisi tra i vari popoli che si affacciarono sulle rive del Mediterraneo e nelle sue vicinanze, tra il 1200 e il 500 a.C. circa, quali emergono dalle iscrizioni disponibili, principalmente greche e semitiche (soprattutto fenicie, ebraiche, aramaiche e assire), prendendo tuttavia in esame anche iscrizioni ittite, egiziane, frigie, etrusche e celtiche. Le date suddette riguardano due eventi cruciali, che sconvolsero il Mediterraneo: gli attacchi dei Popoli del Mare, che distrussero l'Impero Ittita e indebolirono l'Egitto, e le guerre Persiane. Le iscrizioni riportate sono 1546, quasi sempre traslitterate, tradotte, e accompagnate da un'immagine, da riferimenti bibliografici essenziali e da una breve motivazione del collegamento proposto. Il quadro che si delinea ben testimonia la complessità dei rapporti che si intrecciarono in quel periodo: si pensi alle centinaia di graffiti greci trovati a Naucrati, in Egitto, o alle decine di iscrizioni greche trovate a Gravisca. Anche le iscrizioni aramaiche e assire attestano gli stretti rapporti che si formarono tra Siria e Mesopotamia; ugualmente Iran e Arabia sono, direttamente o indirettamente, collegati a Etruria e Grecia; così troviamo un'iscrizione greca nel cuore dell'Impero Persiano, e un cratere laconico nel centro della Gallia. In realtà lo scopo di questo lavoro è anche quello di mettere in contatto due mondi sostanzialmente separati, ossia quello dei Semitisti e quello dei Grecisti, che solo apparentemente si conoscono e collaborano. Inoltre vorrei soavemente insinuare l'idea che la tesi di Joseph Naveh, che ipotizzò che gli alfabeti greci abbiano tratto origine in prima istanza dalle iscrizioni protocananaiche, nel XII sec. a.C., è valida, e che solo in un secondo tempo i Fenici abbiano dato il loro apporto.

Master Equation: Biological Applications and Thermodynamic Description

It is well known that many realistic mathematical models of biological systems, such as cell growth, cellular development and differentiation, gene expression, gene regulatory networks, enzyme cascades, synaptic plasticity, aging and population growth need to include stochasticity. These systems are not isolated, but rather subject to intrinsic and extrinsic fluctuations, which leads to a quasi equilibrium state (homeostasis). The natural framework is provided by Markov processes and the Master equation (ME) describes the temporal evolution of the probability of each state, specified by the number of units of each species. The ME is a relevant tool for modeling realistic biological systems and allow also to explore the behavior of open systems. These systems may exhibit not only the classical thermodynamic equilibrium states but also the nonequilibrium steady states (NESS). This thesis deals with biological problems that can be treat with the Master equation and also with its thermodynamic consequences. It is organized into six chapters with four new scientific works, which are grouped in two parts: (1) Biological applications of the Master equation: deals with the stochastic properties of a toggle switch, involving a protein compound and a miRNA cluster, known to control the eukaryotic cell cycle and possibly involved in oncogenesis and with the propose of a one parameter family of master equations for the evolution of a population having the logistic equation as mean field limit. (2) Nonequilibrium thermodynamics in terms of the Master equation: where we study the dynamical role of chemical fluxes that characterize the NESS of a chemical network and we propose a one parameter parametrization of BCM learning, that was originally proposed to describe plasticity processes, to study the differences between systems in DB and NESS.

Development of an X-ray spectrometric system and feasibility tests of Silicon Drift Detector for medical and space applications

The thesis work concerns X-ray spectrometry for both medical and space applications and is divided into two sections. The first section addresses an X-ray spectrometric system designed to study radiological beams and is devoted to the optimization of diagnostic procedures in medicine. A parametric semi-empirical model capable of efficiently reconstructing diagnostic X-ray spectra in 'middle power' computers was developed and tested. In addition, different silicon diode detectors were tested as real-time detectors in order to provide a real-time evaluation of the spectrum during diagnostic procedures. This project contributes to the field by presenting an improved simulation of a realistic X-ray beam emerging from a common X-ray tube with a complete and detailed spectrum that lends itself to further studies of added filtration, thus providing an optimized beam for different diagnostic applications in medicine. The second section describes the preliminary tests that have been carried out on the first version of an Application Specific Integrated Circuit (ASIC), integrated with large area position-sensitive Silicon Drift Detector (SDD) to be used on board future space missions. This technology has been developed for the ESA project: LOFT (Large Observatory for X-ray Timing), a new medium-class space mission that the European Space Agency has been assessing since February of 2011. The LOFT project was proposed as part of the Cosmic Vision Program (2015-2025).