3-D reconstruction of the human skeleton during motion

L���analisi del movimento umano ha come obiettivo la descrizione del movimento assoluto e relativo dei segmenti ossei del soggetto e, ove richiesto, dei relativi tessuti molli durante l���esecuzione di esercizi fisici. La bioingegneria mette a disposizione dell���analisi del movimento gli strumenti ed i metodi necessari per una valutazione quantitativa di efficacia, funzione e/o qualit�� del movimento umano, consentendo al clinico l���analisi di aspetti non individuabili con gli esami tradizionali. Tali valutazioni possono essere di ausilio all���analisi clinica di pazienti e, specialmente con riferimento a problemi ortopedici, richiedono una elevata accuratezza e precisione perch�� il loro uso sia valido. Il miglioramento della affidabilit�� dell���analisi del movimento ha quindi un impatto positivo sia sulla metodologia utilizzata, sia sulle ricadute cliniche della stessa. Per perseguire gli obiettivi scientifici descritti, �� necessario effettuare una stima precisa ed accurata della posizione e orientamento nello spazio dei segmenti ossei in esame durante l���esecuzione di un qualsiasi atto motorio. Tale descrizione pu�� essere ottenuta mediante la definizione di un modello della porzione del corpo sotto analisi e la misura di due tipi di informazione: una relativa al movimento ed una alla morfologia. L���obiettivo �� quindi stimare il vettore posizione e la matrice di orientamento necessari a descrivere la collocazione nello spazio virtuale 3D di un osso utilizzando le posizioni di punti, definiti sulla superficie cutanea ottenute attraverso la stereofotogrammetria. Le traiettorie dei marker, cos�� ottenute, vengono utilizzate per la ricostruzione della posizione e dell���orientamento istantaneo di un sistema di assi solidale con il segmento sotto esame (sistema tecnico) (Cappozzo et al. 2005). Tali traiettorie e conseguentemente i sistemi tecnici, sono affetti da due tipi di errore, uno associato allo strumento di misura e l���altro associato alla presenza di tessuti molli interposti tra osso e cute. La propagazione di quest���ultimo ai risultati finali �� molto pi�� distruttiva rispetto a quella dell���errore strumentale che �� facilmente minimizzabile attraverso semplici tecniche di filtraggio (Chiari et al. 2005). In letteratura �� stato evidenziato che l���errore dovuto alla deformabilit�� dei tessuti molli durante l���analisi del movimento umano provoca inaccuratezze tali da mettere a rischio l���utilizzabilit�� dei risultati. A tal proposito Andriacchi scrive: ���attualmente, uno dei fattori critici che rallentano il progresso negli studi del movimento umano �� la misura del movimento scheletrico partendo dai marcatori posti sulla cute��� (Andriacchi et al. 2000). Relativamente alla morfologia, essa pu�� essere acquisita, ad esempio, attraverso l���utilizzazione di tecniche per bioimmagini. Queste vengono fornite con riferimento a sistemi di assi locali in generale diversi dai sistemi tecnici. Per integrare i dati relativi al movimento con i dati morfologici occorre determinare l���operatore che consente la trasformazione tra questi due sistemi di assi (matrice di registrazione) e di conseguenza �� fondamentale l���individuazione di particolari terne di riferimento, dette terne anatomiche. L���identificazione di queste terne richiede la localizzazione sul segmento osseo di particolari punti notevoli, detti repere anatomici, rispetto ad un sistema di riferimento solidale con l���osso sotto esame. Tale operazione prende il nome di calibrazione anatomica. Nella maggior parte dei laboratori di analisi del movimento viene implementata una calibrazione anatomica a ���bassa risoluzione��� che prevede la descrizione della morfologia dell���osso a partire dall���informazione relativa alla posizione di alcuni repere corrispondenti a prominenze ossee individuabili tramite palpazione. Attraverso la stereofotogrammetria �� quindi possibile registrare la posizione di questi repere rispetto ad un sistema tecnico. Un diverso approccio di calibrazione anatomica pu�� essere realizzato avvalendosi delle tecniche ad ���alta risoluzione���, ovvero attraverso l���uso di bioimmagini. In questo caso �� necessario disporre di una rappresentazione digitale dell���osso in un sistema di riferimento morfologico e localizzare i repere d���interesse attraverso palpazione in ambiente virtuale (Benedetti et al. 1994 ; Van Sint Jan et al. 2002; Van Sint Jan et al. 2003). Un simile approccio �� difficilmente applicabile nella maggior parte dei laboratori di analisi del movimento, in quanto normalmente non si dispone della strumentazione necessaria per ottenere le bioimmagini; inoltre �� noto che tale strumentazione in alcuni casi pu�� essere invasiva. Per entrambe le calibrazioni anatomiche rimane da tenere in considerazione che, generalmente, i repere anatomici sono dei punti definiti arbitrariamente all���interno di un���area pi�� vasta e irregolare che i manuali di anatomia definiscono essere il repere anatomico. L���identificazione dei repere attraverso una loro descrizione verbale �� quindi povera in precisione e la difficolt�� nella loro identificazione tramite palpazione manuale, a causa della presenza dei tessuti molli interposti, genera errori sia in precisione che in accuratezza. Tali errori si propagano alla stima della cinematica e della dinamica articolare (Ramakrishnan et al. 1991; Della Croce et al. 1999). Della Croce (Della Croce et al. 1999) ha inoltre evidenziato che gli errori che influenzano la collocazione nello spazio delle terne anatomiche non dipendono soltanto dalla precisione con cui vengono identificati i repere anatomici, ma anche dalle regole che si utilizzano per definire le terne. E��� infine necessario evidenziare che la palpazione manuale richiede tempo e pu�� essere effettuata esclusivamente da personale altamente specializzato, risultando quindi molto onerosa (Simon 2004). La presente tesi prende lo spunto dai problemi sopra elencati e ha come obiettivo quello di migliorare la qualit�� delle informazioni necessarie alla ricostruzione della cinematica 3D dei segmenti ossei in esame affrontando i problemi posti dall���artefatto di tessuto molle e le limitazioni intrinseche nelle attuali procedure di calibrazione anatomica. I problemi sono stati affrontati sia mediante procedure di elaborazione dei dati, sia apportando modifiche ai protocolli sperimentali che consentano di conseguire tale obiettivo. Per quanto riguarda l���artefatto da tessuto molle, si �� affrontato l���obiettivo di sviluppare un metodo di stima che fosse specifico per il soggetto e per l���atto motorio in esame e, conseguentemente, di elaborare un metodo che ne consentisse la minimizzazione. Il metodo di stima �� non invasivo, non impone restrizione al movimento dei tessuti molli, utilizza la sola misura stereofotogrammetrica ed �� basato sul principio della media correlata. Le prestazioni del metodo sono state valutate su dati ottenuti mediante una misura 3D stereofotogrammetrica e fluoroscopica sincrona (Stagni et al. 2005), (Stagni et al. 2005). La coerenza dei risultati raggiunti attraverso i due differenti metodi permette di considerare ragionevoli le stime dell���artefatto ottenute con il nuovo metodo. Tale metodo fornisce informazioni sull���artefatto di pelle in differenti porzioni della coscia del soggetto e durante diversi compiti motori, pu�� quindi essere utilizzato come base per un piazzamento ottimo dei marcatori. Lo si �� quindi utilizzato come punto di partenza per elaborare un metodo di compensazione dell���errore dovuto all���artefatto di pelle che lo modella come combinazione lineare degli angoli articolari di anca e ginocchio. Il metodo di compensazione �� stato validato attraverso una procedura di simulazione sviluppata ad-hoc. Relativamente alla calibrazione anatomica si �� ritenuto prioritario affrontare il problema associato all���identificazione dei repere anatomici perseguendo i seguenti obiettivi: 1. migliorare la precisione nell���identificazione dei repere e, di conseguenza, la ripetibilit�� dell���identificazione delle terne anatomiche e della cinematica articolare, 2. diminuire il tempo richiesto, 3. permettere che la procedura di identificazione possa essere eseguita anche da personale non specializzato. Il perseguimento di tali obiettivi ha portato alla implementazione dei seguenti metodi: ��� Inizialmente �� stata sviluppata una procedura di palpazione virtuale automatica. Dato un osso digitale, la procedura identifica automaticamente i punti di repere pi�� significativi, nella maniera pi�� precisa possibile e senza l'ausilio di un operatore esperto, sulla base delle informazioni ricavabili da un osso digitale di riferimento (template), preliminarmente palpato manualmente. ��� E��� stato poi condotto uno studio volto ad indagare i fattori metodologici che influenzano le prestazioni del metodo funzionale nell���individuazione del centro articolare d���anca, come prerequisito fondamentale per migliorare la procedura di calibrazione anatomica. A tale scopo sono stati confrontati diversi algoritmi, diversi cluster di marcatori ed �� stata valutata la prestazione del metodo in presenza di compensazione dell���artefatto di pelle. ��� E���stato infine proposto un metodo alternativo di calibrazione anatomica basato sull���individuazione di un insieme di punti non etichettati, giacenti sulla superficie dell���osso e ricostruiti rispetto ad un TF (UP-CAST). A partire dalla posizione di questi punti, misurati su pelvi coscia e gamba, la morfologia del relativo segmento osseo �� stata stimata senza identificare i repere, bens�� effettuando un���operazione di matching dei punti misurati con un modello digitale dell���osso in esame. La procedura di individuazione dei punti �� stata eseguita da personale non specializzato nell���individuazione dei repere anatomici. Ai soggetti in esame �� stato richiesto di effettuare dei cicli di cammino in modo tale da poter indagare gli effetti della nuova procedura di calibrazione anatomica sulla determinazione della cinematica articolare. I risultati ottenuti hanno mostrato, per quel che riguarda la identificazione dei repere, che il metodo proposto migliora sia la precisione inter- che intraoperatore, rispetto alla palpazione convenzionale (Della Croce et al. 1999). E��� stato inoltre riscontrato un notevole miglioramento, rispetto ad altri protocolli (Charlton et al. 2004; Schwartz et al. 2004), nella ripetibilit�� della cinematica 3D di anca e ginocchio. Bisogna inoltre evidenziare che il protocollo �� stato applicato da operatori non specializzati nell���identificazione dei repere anatomici. Grazie a questo miglioramento, la presenza di diversi operatori nel laboratorio non genera una riduzione di ripetibilit��. Infine, il tempo richiesto per la procedura �� drasticamente diminuito. Per una analisi che include la pelvi e i due arti inferiori, ad esempio, l���identificazione dei 16 repere caratteristici usando la calibrazione convenzionale richiede circa 15 minuti, mentre col nuovo metodo tra i 5 e i 10 minuti.

Biomeccanica del servizio e del diritto nel tennis: confronto fra atleti di livello di gioco differente

Il tennis �� uno sport molto diffuso che negli ultimi trent���anni ha subito molti cambiamenti. Con l���avvento di nuovi materiali pi�� leggeri e maneggevoli la velocit�� della palla �� aumentata notevolmente, rendendo cos�� necessario una modifica a livello tecnico dei colpi fondamentali. Dalla ricerca bibliografica sono emerse interessanti indicazioni su angoli e posizioni corporee ideali da mantenere durante le varie fasi dei colpi, confrontando i giocatori di altissimo livello. Non vi sono invece indicazioni per i maestri di tennis su quali siano i parametri pi�� importanti da allenare a seconda del livello di gioco del proprio atleta. Lo scopo di questa tesi �� quello di individuare quali siano le variabili tecniche che influenzano i colpi del diritto e del servizio confrontando atleti di genere differente, giocatori di livello di gioco diverso (esperti, intermedi, principianti) e dopo un anno di attivit�� programmata. Confrontando giocatori adulti di genere diverso, �� emerso che le principali differenze sono legate alle variabili di prestazione (velocit�� della palla e della racchetta) per entrambi i colpi. Questi dati sono simili a quelli riscontrati nel test del lancio della palla, un gesto non influenzato dalla tecnica del colpo. Le differenze tecniche di genere sono poco rilevanti ed attribuibili alla diversa interpretazione dei soggetti. Nel confronto di atleti di vario livello di gioco le variabili di prestazione presentano evidenti differenze, che possono essere messe in relazione con alcune differenze tecniche rilevate nei gesti specifici. Nel servizio i principianti tendono a direzionare l���arto superiore dominante verso la zona bersaglio, abducendo maggiormente la spalla ed avendo il centro della racchetta pi�� a destra rispetto al polso. Inoltre, effettuano un caricamento minore degli arti inferiori, del tronco e del gomito. Per quanto riguarda il diritto si possono evidenziare queste differenze: l���arto superiore �� sempre maggiormente esteso per il gruppo dei principianti; il tronco, nei giocatori pi�� abili viene utilizzato in maniera pi�� marcata, durante la fase di caricamento, in movimenti di torsione e di inclinazione laterale. Gli altri due gruppi hanno maggior difficolt�� nell���eseguire queste azioni preparatorie, in particolare gli atleti principianti. Dopo un anno di attivit�� programmata sono stati evidenziati miglioramenti prestativi. Anche dal punto di vista tecnico sono state notate delle differenze che possono spiegare il miglioramento della performance nei colpi. Nel servizio l���arto superiore si estende maggiormente per colpire la palla pi�� in alto possibile. Nel diritto sono da sottolineare soprattutto i miglioramenti dei movimenti del tronco in torsione ed in inclinazione laterale. Quindi l���atleta si avvicina progressivamente ad un���esecuzione tecnica corretta. In conclusione, dal punto di vista tecnico non sono state rilevate grosse differenze tra i due generi che possano spiegare le differenze di performance. Perci�� questa �� legata pi�� ad un fattore di forza che dovr�� essere allenata con un programma specifico. Nel confronto fra i vari livelli di gioco e gli effetti di un anno di pratica si possono individuare variabili tecniche che mostrano differenze significative tra i gruppi sperimentali. Gli evoluti utilizzano tutto il corpo per effettuare dei colpi pi�� potenti, utilizzando in maniera tecnicamente pi�� valida gli arti inferiori, il tronco e l���arto superiore. I principianti utilizzano prevalentemente l���arto superiore con contributi meno evidenti degli altri segmenti. Dopo un anno di attivit�� i soggetti esaminati hanno dimostrato di saper utilizzare meglio il tronco e l���arto superiore e ci�� pu�� spiegare il miglioramento della performance. Si pu�� ipotizzare che, per il corretto utilizzo degli arti inferiori, sia necessario un tempo pi�� lungo di apprendimento oppure un allenamento pi�� specifico.

Studio di ausili tecnologici compensativi di supporto all'iter di apprendimento matematico secondario e universitario degli studenti con dislessia

Data coming out from various researches carried out over the last years in Italy on the problem of school dispersion in secondary school show that difficulty in studying mathematics is one of the most frequent reasons of discomfort reported by students. Nevertheless, it is definitely unrealistic to think we can do without such knowledge in today society: mathematics is largely taught in secondary school and it is not confined within technical-scientific courses only. It is reasonable to say that, although students may choose academic courses that are, apparently, far away from mathematics, all students will have to come to terms, sooner or later in their life, with this subject. Among the reasons of discomfort given by the study of mathematics, some mention the very nature of this subject and in particular the complex symbolic language through which it is expressed. In fact, mathematics is a multimodal system composed by oral and written verbal texts, symbol expressions, such as formulae and equations, figures and graphs. For this, the study of mathematics represents a real challenge to those who suffer from dyslexia: this is a constitutional condition limiting people performances in relation to the activities of reading and writing and, in particular, to the study of mathematical contents. Here the difficulties in working with verbal and symbolic codes entail, in turn, difficulties in the comprehension of texts from which to deduce operations that, once combined together, would lead to the problem final solution. Information technologies may support this learning disorder effectively. However, these tools have some implementation limits, restricting their use in the study of scientific subjects. Vocal synthesis word processors are currently used to compensate difficulties in reading within the area of classical studies, but they are not used within the area of mathematics. This is because the vocal synthesis (or we should say the screen reader supporting it) is not able to interpret all that is not textual, such as symbols, images and graphs. The DISMATH software, which is the subject of this project, would allow dyslexic users to read technical-scientific documents with the help of a vocal synthesis, to understand the spatial structure of formulae and matrixes, to write documents with a technical-scientific content in a format that is compatible with main scientific editors. The system uses LaTex, a text mathematic language, as mediation system. It is set up as LaTex editor, whose graphic interface, in line with main commercial products, offers some additional specific functions with the capability to support the needs of users who are not able to manage verbal and symbolic codes on their own. LaTex is translated in real time into a standard symbolic language and it is read by vocal synthesis in natural language, in order to increase, through the bimodal representation, the ability to process information. The understanding of the mathematic formula through its reading is made possible by the deconstruction of the formula itself and its ���tree��� representation, so allowing to identify the logical elements composing it. Users, even without knowing LaTex language, are able to write whatever scientific document they need: in fact the symbolic elements are recalled by proper menus and automatically translated by the software managing the correct syntax. The final aim of the project, therefore, is to implement an editor enabling dyslexic people (but not only them) to manage mathematic formulae effectively, through the integration of different software tools, so allowing a better teacher/learner interaction too.

Advances in methods to detect, isolate and quantify foodborne pathogens

Foodborne diseases impact human health and economies worldwide in terms of health care and productivity loss. Prevention is necessary and methods to detect, isolate and quantify foodborne pathogens play a fundamental role, changing continuously to face microorganisms and food production evolution. Official methods are mainly based on microorganisms growth in different media and their isolation on selective agars followed by confirmation of presumptive colonies through biochemical and serological test. A complete identification requires form 7 to 10 days. Over the last decades, new molecular techniques based on antibodies and nucleic acids allow a more accurate typing and a faster detection and quantification. The present thesis aims to apply molecular techniques to improve official methods performances regarding two pathogens: Shiga-like Toxin-producing Escherichia coli (STEC) and Listeria monocytogenes. In 2011, a new strain of STEC belonging to the serogroup O104 provoked a large outbreak. Therefore, the development of a method to detect and isolate STEC O104 is demanded. The first objective of this work is the detection, isolation and identification of STEC O104 in sprouts artificially contaminated. Multiplex PCR assays and antibodies anti-O104 incorporated in reagents for immunomagnetic separation and latex agglutination were employed. Contamination levels of less than 1 CFU/g were detected. Multiplex PCR assays permitted a rapid screening of enriched food samples and identification of isolated colonies. Immunomagnetic separation and latex agglutination allowed a high sensitivity and rapid identification of O104 antigen, respectively. The development of a rapid method to detect and quantify Listeria monocytogenes, a high-risk pathogen, is the second objective. Detection of 1 CFU/ml and quantification of 10���1,000 CFU/ml in raw milk were achieved by a sample pretreatment step and quantitative PCR in about 3h. L. monocytogenes growth in raw milk was also evaluated.

La deflessione della verticale ed il coefficiente di rifrazione atmosferico nel monitoraggio in alta precisione

La tesi �� suddivisa in due parti. La prima �� dedicata alla determinazione della Deflessione della Verticale (DdV) in Medicina (BO). Vengono presentati tre metodi per la determinazione delle componenti della DdV. Il primo utilizza la livellazione geometrica ed il sistema GNSS, il secondo, eseguito dal dott. Serantoni, utilizza il sistema QDaedalus, messo a punto all' ETH di Zurigo ed il terzo approccio utilizza il programma ConvER, messo a disposizione dalla regione Emilia-Romagna. Nella seconda parte viene presentato un metodo per la determinazione del Coefficiente di Rifrazione Atmosferico (CRA). La procedura di calcolo �� di tipo iterativo ed utilizza, oltre agli angoli zenitali, anche le distanze misurate. Il metodo �� stato testato in due aree di studio. La prima nella citt�� di Limassol (Cipro) in ambiente urbano nell' autunno 2013. La seconda in Venezia nella laguna durante l'estate 2014.

The book of Qohelet. A digital scholarly edition of the hebrew text

The objective of the present dissertation is a born-digital critical edition of the Hebrew Old Testament book of Qohelet. The edition is based on an extensive collation of variant readings from indirect sources ��� the Septuagint, the Peshitta, the works of St. Jerome (the Vulgate and the Commentary), and the Targum ��� as well as from direct sources such as the Qumran fragments and Hebrew medieval manuscripts. The ultimate goal of the edition is (a) to reproduce the earliest textual form, the Archetype, that can be reconstructed on the basis of the available evidence; and (b) to propose a rehabilitation of the Original of the Author by resorting, when necessary, to conjectural emendation. We date the Archetype to the II century BCE, corresponding to the date of Hebrew fragments from Qumran, while we place the Original between the V and III centuries BCE. Unlike previous critical editions of Qohelet, ours follows the so-called eclectic model, which involves the reconstitution of a critical text and the preparation of an apparatus of secondary variants. Our edition includes, moreover, new data, taken both from primary literature, such as the recently published G��ttingen Septuagint, and from up-to-date studies and critical commentaries on the text of Qohelet. The work is made up of five main parts: an introduction, which sets forth the rationale of the edition and the methodology adopted; the collation, where the variants are listed in their original language; the commentary, where they are extensively discussed; the critical text accompanied by the apparatus, which presents a selection of authentic Hebrew variants taken from the collation; and finally, a translation of the critical text. The edition uses the mark-up language of the Text Encoding Initiative (TEI). It is realized in pdf, via LaTeX, and will be available in digital form, via the TEI-Publisher editor.