Dispositivi impiantabili per il pacing cardiaco: dai dispositivi elettronici al Biopacemaker

Nel seguente elaborato viene trattata la tematica del pacemaker, vista in prima battuta come funzione di autogenerazione elettrica da parte del cuore, con la descrizione dei fenomeni fisiologici alla base di questo fenomeno. Poi successivamente viene data una panoramica sugli studi che hanno portato alla realizzazione dei primi prototipi o dispositivi elettronici utili a sopperire a mancanze o a disturbi legati al sistema di conduzione. In particolare, si evidenzia come la sede dello stimolo, ovvero il nodo senoatriale, sia stata in modo efficiente sostituito da apparecchi biocompatibili e facilmente impiantabili, poich�� di piccole dimensioni. Tuttavia, a causa, ad esempio, di alcuni limiti imposti dal consumo di potenza o dal degradarsi della batteria, ci si �� chiesti se si potessero trovare delle alternative, altres�� utili, per il ripristino dell���attivit�� cardiaca. Per queste ragioni, come suggerito dal titolo, la trattazione di questo elaborato va ad incentrarsi su un ambito diverso ma complementare, quello biologico; in particolare, vengono messi in luce i principali approcci che si sono susseguiti nel corso dei decenni nello studio e nella ricerca per il ripristino dell���autostimolazione del battito, come alternative o compartecipazione, all���impianto di dispositivi elettronici. Viene messo il focus sul concetto di Biopacemaker, il quale riassume la commistione che c����� stata e che tuttora si cerca di fortificare tra l���ambito elettronico e quello legato alla biologia, alla genetica ed all���ingegneria tissutale.

Knot theory and its applications

Nella tesi verranno presi in considerazione tre aspetti: si descriver�� come la teoria dei nodi si sia sviluppata nel corso degli anni in relazione alle diverse scoperte scientifiche avvenute. Si potr�� quindi subito avere una idea di come questa teoria sia estremamente connessa a diverse altre. Nel secondo capitolo ci si occuper�� degli aspetti pi�� formali di questa teoria. Si introdurr�� il concetto di nodi equivalenti e di invariante dei nodi. Si definiranno diversi invarianti, dai pi�� elementari, le mosse di Reidemeister, il numero di incroci e la tricolorabilit��, fino ai polinomi invarianti, tra cui il polinomio di Alexander, il polinomio di Jones e quello di Kaufman. Infine si spiegheranno alcune applicazioni della teoria dei nodi in chimica, fisica e biologia. Sulla chimica, si definir�� la chiralit�� molecolare e si mostrer�� come la chiralit�� dei nodi possa essere utile nel determinare quella molecolare. In campo fisico, si mostrer�� la relazione che esiste tra l'equazione di Yang-Baxter e i nodi. E in conclusione si mostrer�� come modellare un importante processo biologico, la recombinazione del DNA, grazie alla teoria dei nodi.

Data cloud through google cloud storage

Il Cloud Storage �� un modello di conservazione dati su computer in rete, dove i dati stessi sono memorizzati su molteplici server, reali e/o virtuali, generalmente ospitati presso strutture di terze parti o su server dedicati. Tramite questo modello �� possibile accedere alle informazioni personali o aziendali, siano essi video, fotografie, musica, database o file in maniera ���smaterializzata���, senza conoscere l���ubicazione fisica dei dati, da qualsiasi parte del mondo, con un qualsiasi dispositivo adeguato. I vantaggi di questa metodologia sono molteplici: infinita capacita��� di spazio di memoria, pagamento solo dell���effettiva quantit�� di memoria utilizzata, file accessibili da qualunque parte del mondo, manutenzione estremamente ridotta e maggiore sicurezza in quanto i file sono protetti da furto, fuoco o danni che potrebbero avvenire su computer locali. Google Cloud Storage cade in questa categoria: �� un servizio per sviluppatori fornito da Google che permette di salvare e manipolare dati direttamente sull���infrastruttura di Google. In maggior dettaglio, Google Cloud Storage fornisce un���interfaccia di programmazione che fa uso di semplici richieste HTTP per eseguire operazioni sulla propria infrastruttura. Esempi di operazioni ammissibili sono: upload di un file, download di un file, eliminazione di un file, ottenere la lista dei file oppure la dimensione di un dato file. Ogniuna di queste richieste HTTP incapsula l���informazione sul metodo utilizzato (il tipo di richista, come GET, PUT, ...) e un���informazione di ���portata��� (la risorsa su cui effettuare la richiesta). Ne segue che diventa possibile la creazione di un���applicazione che, facendo uso di queste richieste HTTP, fornisce un servizio di Cloud Storage (in cui le applicazioni salvano dati in remoto generalmene attraverso dei server di terze parti). In questa tesi, dopo aver analizzato tutti i dettagli del servizio Google Cloud Storage, �� stata implementata un���applicazione, chiamata iHD, che fa uso di quest���ultimo servizio per salvare, manipolare e condividere dati in remoto (nel ���cloud���). Operazioni comuni di questa applicazione permettono di condividere cartelle tra pi�� utenti iscritti al servizio, eseguire operazioni di upload e download di file, eliminare cartelle o file ed infine creare cartelle. L���esigenza di un���appliazione di questo tipo �� nata da un forte incremento, sul merato della telefonia mobile, di dispositivi con tecnologie e con funzioni sempre pi�� legate ad Internet ed alla connettivit�� che esso offre. La tesi presenta anche una descrizione delle fasi di progettazione e implementazione riguardanti l���applicazione iHD. Nella fase di progettazione si sono analizzati tutti i requisiti funzionali e non funzionali dell���applicazione ed infine tutti i moduli da cui �� composta quest���ultima. Infine, per quanto riguarda la fase di implementazione, la tesi presenta tutte le classi ed i rispettivi metodi presenti per ogni modulo, ed in alcuni casi anche come queste classi sono state effettivamente implementate nel linguaggio di programmazione utilizzato.

Dispositivi per la diagnostica basati su biomembrana lipidica artificiale

Il presente elaborato ha lo scopo di descrivere le principali caratteristiche e applicazioni delle biomembrane lipidiche artificiali utilizzate nel campo biochimico e biomedico. Nel Capitolo 1. viene presentata una panoramica generale della membrana cellulare, descrivendo la sua struttura a ���mosaico fluido��� e i principali componenti che la costituiscono, cio�� i lipidi e le proteine transmembrana. Viene quindi descritto uno dei ruoli fondamentali della membrana cellulare, ovvero il trasporto di soluti all���interno e all���esterno della cellula. Vengono schematizzate le tipologie di trasporto, attivo e passivo, e la funzione dei canali ionici, un particolare tipo di proteina transmembrana che permette il passaggio selettivo di ioni dall'esterno all'interno della cellula o viceversa. Il Capitolo 2. si focalizza sui principali modelli di biomembrane lipidiche artificiali. Infatti, a seconda del tipo di metodo e di materiale utilizzato, �� possibile ottenere dei prototipi che differiscono per caratteristiche e funzionalit��. Verranno illustrate le membrane lipidiche nere (BLM), i doppi strati lipidici (bilayer) con supporto solido (SLB), i bilayer lipidici ibridi e i doppi strati con ammortizzatore polimerico. Per ognuna di queste biomembrane artificiali verranno analizzati i metodi di formazione e gli utilizzi in campo biomedico. Verranno poi descritti i metodi di incorporazione delle proteine nel doppio strato lipidico e le tecniche per stabilizzare il bilayer e realizzare una piattaforma sensoriale. Nel Capitolo 3 verranno presentate le principali applicazioni che utilizzano membrane artificiali, sia per lo studio dei principali processi cellulari di membrana e screening dei farmaci sia per la realizzazione di piattaforme sensorizzate. Infine nel Capitolo 4. si considereranno le innovazioni attese nel campo delle biomembrane artificiali anticipando le loro potenziali applicazioni future. Infatti, le prospettive in questo campo sono molto promettenti soprattutto per quel che riguarda lo screening di nuovi farmaci.

OpenMP task scheduling strategies to mitigate hardware variability in tightly-coupled shared memory clusters

In questa tesi sono stati apportati due importanti contributi nel campo degli acceleratori embedded many-core. Abbiamo implementato un runtime OpenMP ottimizzato per la gestione del tasking model per sistemi a processori strettamente accoppiati in cluster e poi interconnessi attraverso una network on chip. Ci siamo focalizzati sulla loro scalabilit�� e sul supporto di task di granularit�� fine, come �� tipico nelle applicazioni embedded. Il secondo contributo di questa tesi �� stata proporre una estensione del runtime di OpenMP che cerca di prevedere la manifestazione di errori dati da fenomeni di variability tramite una schedulazione efficiente del carico di lavoro.

Viti riassorbibili in acido polilattico per chirurgia del piede: Analisi critica delle propriet�� meccaniche e tecnologiche, studio dell'esperienza clinica, e caratterizzazione chimica e meccanica

Recentemente, l'uso di polimeri a base di acido polilattico (PLA) ha subito un fortissimo incremento, soprattutto per la produzione di dispositivi atti alla fissazione di fratture e osteotomie. Lo scopo della prima parte del mio lavoro di tesi, �� stato quello di redigere un documento che contenesse informazioni sulle caratteristiche dell'acido poli-L-lattico (PLLA) e del polimero P(L-DL)LA70:30 (70% di PLLA + 30% di PDLLA), entrambi molto diffusi nelle applicazioni biomediche. A tale scopo, �� stata fatta un'analisi dello stato dell'arte sulle propriet�� chimico-fisiche, tecnologiche (produzione e sterilizzazione) e sui principali meccanismi di degradazione. La seconda parte, invece, �� stata dedicata alla stesura di una review sull'evoluzione della biocompatibilit�� del PLLA utilizzato in ambito ortopedico. A tale scopo, data la grande quantit�� di studi presenti in letteratura (in vitro, in vivo, trial clinici), non �� stato necessario eseguire nessun test per validarne la biocompatibilit��. Tuttavia, nonostante trovino gi�� largo impiego nella chirurgia ortopedica, i polimeri in PLA continuano ad essere oggetto di studio, con l'obiettivo di comprenderne al meglio il comportamento e realizzare dispositivi sempre pi�� sicuri ed efficaci per la salute del paziente. E' proprio in questo ambito di ricerca che si inserisce l'attivit�� sperimentale svolta presso lo stabilimento Lima Corporate di Villanova di San Daniele del Friuli (UD). In particolare, l'ultima parte del lavoro di tesi, �� stata dedicata alla valutazione degli effetti che il processo di sterilizzazione ad Ossido di Etilene (EtO), genera sulle propriet�� chimico-fisiche e meccaniche della vite CALCANEO-STOP in PLLA, stampata ad iniezione e realizzata da Hit Medica (del gruppo Lima Corporate) nello stabilimento di San Marino (RSM). Per la caratterizzazione chimico-fisica del materiale sono state condotte prove di: densitometria, calorimetria a scansione differenziale (DSC), spettrometria FT-IR e viscosimetria. Per la caratterizzazione meccanica dei dispositivi, sono state condotte delle prove a torsione statica.

Novel transparent and flexible transistors for radiation harsh environment

La scoperta dei semiconduttori amorfi ha segnato l���era della microelettronica su larga scala rendendo possibile il loro impiego nelle celle solari o nei display a matrice attiva. Infatti, mentre i semiconduttori a cristalli singoli non sono consoni a questo tipo di applicazioni e i s. policristallini presentano il problema dei bordi di grano, i film amorfi possono essere creati su larga scala (>1 m^2) a basse temperature (ad es. <400 ��C) ottenendo performance soddisfacenti sia su substrati rigidi che flessibili. Di recente la ricerca sta compiendo un grande sforzo per estendere l���utilizzo di questa nuova elettronica flessibile e su larga scala ad ambienti soggetti a radiazioni ionizzanti, come lo sono i detector di radiazioni o l���elettronica usata in applicazioni spaziali (satelliti). A questa ricerca volge anche la mia tesi, che si confronta con la fabbricazione e la caratterizzazione di transistor a film sottili basati su ossidi semiconduttori ad alta mobilit�� e lo studio della loro resistenza ai raggi X. La micro-fabbricazione, ottimizzazione e caratterizzazione dei dispositivi �� stata realizzata nei laboratori CENIMAT e CEMOP dell���Universit�� Nova di Lisbona durante quattro mesi di permanenza. Tutti i dispositivi sono stati creati con un canale n di ossido di Indio-Gallio-Zinco (IGZO). Durante questo periodo �� stato realizzato un dispositivo dalle ottime performance e con interessanti caratteristiche, una delle quali �� la non variazione del comportamento capacitivo in funzione della frequenza e la formidabile resistenza alle radiazioni. Questo dispositivo presenta 114 nm di dielettrico, realizzato con sette strati alternati di SiO2/ Ta2O5. L���attivit�� di ricerca svolta al Dipartimento di Fisica e Astronomia di Bologna riguarda prevalentemente lo studio degli effetti delle radiazioni ionizzanti su TFTs. Gli esperimenti hanno rivelato che i dispositivi godono di una buona stabilit�� anche se soggetti alle radiazioni. Infatti hanno mostrato performance pressoch�� inalterate anche dopo un���esposizione a 1 kGy di dose cumulativa di raggi X mantenendo circa costanti parametri fondamentali come la mobilit��, il threshold voltage e la sub-threshold slope. Inoltre gli effetti dei raggi X sui dispositivi, cos�� come parametri fondamentali quali la mobilit��, si sono rivelati essere notevolmente influenzati dallo spessore del dielettrico.

MR spectroscopy in human prostate: in vitro and in vivo measurements to optimize new quantification algorithms

Il cancro della prostata (PCa) �� il tumore maligno non-cutaneo pi�� diffuso tra gli uomini ed �� il secondo tumore che miete pi�� vittime nei paesi occidentali. La necessit�� di nuove tecniche non invasive per la diagnosi precoce del PCa �� aumentata negli anni. 1H-MRS (proton magnetic resonance spectroscopy) e 1H-MRSI (proton magnetic resonance spectroscopy imaging) sono tecniche avanzate di spettroscopia in risonanza magnetica che permettono di individuare presenza di metaboliti come citrato, colina, creatina e in alcuni casi poliammine in uno o pi�� voxel nel tessuto prostatico. L���abbondanza o l���assenza di uno di questi metaboliti rende possibile discriminare un tessuto sano da uno patologico. Le tecniche di spettroscopia RM sono correntemente utilizzate nella pratica clinica per cervello e fegato, con l���utilizzo di software dedicati per l���analisi degli spettri. La quantificazione di metaboliti nella prostata invece pu�� risultare difficile a causa del basso rapporto segnale/rumore (SNR) degli spettri e del forte accoppiamento-j del citrato. Lo scopo principale di questo lavoro �� di proporre un software prototipo per la quantificazione automatica di citrato, colina e creatina nella prostata. Lo sviluppo del programma e dei suoi algoritmi �� stato portato avanti all���interno dell���IRST (Istituto Romagnolo per lo Studio e la cura dei Tumori) con l���aiuto dell���unit�� di fisica sanitaria. Il cuore del programma �� un algoritmo iterativo per il fit degli spettri che fa uso di simulazioni MRS sviluppate con il pacchetto di librerie GAMMA in C++. L���accuratezza delle quantificazioni �� stata testata con dei fantocci realizzati all���interno dei laboratori dell���istituto. Tutte le misure spettroscopiche sono state eseguite con il nuovo scanner Philips Ingenia 3T, una delle machine di risonanza magnetica pi�� avanzate per applicazioni cliniche. Infine, dopo aver eseguito i test in vitro sui fantocci, sono stati acquisiti gli spettri delle prostate di alcuni volontari sani, per testare se il programma fosse in grado di lavorare in condizioni di basso SNR.

Confronto tra multisided platforms e soluzioni proprietarie per l'ecommerce

Negli ultimi anni si �� potuto notare un notevole incremento dei servizi web che hanno come caratteristica comune quella di mettere in comunicazione domanda e offerta per un determinato tipo di bene o di servizio. Questi siti web o applicazioni per smartphone sono chiamati multisided platforms e, negli ultimi anni, oltre ad essere cresciuti molto come numero, hanno anche incrementato considerevolmente il loro valore. Booking.com, Uber, Airbnb, Alibaba, Expedia sono solo alcuni esempi di multisided platforms. �� evidente che in tanti settori �� in atto una rivoluzione di come si incontrer�� la domanda e l���offerta e visto l'enorme successo negli ultimi anni di questo tipo di piattaforme questa tesi vuole studiare i motivi della loro crescita. Dal punto di vista dell���utente �� evidente che le multi-sided platforms riducono i costi di transizione, permettendo una ricerca veloce tra le soluzioni che soddisfano il proprio bisogno. Ma dal punto di vista aziendale perch�� decidere di appoggiare il proprio business su questo tipo di siti o applicazioni? Per rispondere a questa domanda verr�� inizialmente fatta una analisi del segmento delle MSPs, e successivamente verr�� fatto un confronto tra le principali piattaforme di ecommerce (attualmente Amazon ed eBay) e una soluzione che non si basa su una piattaforma gestita da terzi.

Metodi e tecnologie per il riconoscimento facciale

I fattori biometrici per il riconoscimento sono oggi uno degli elementi simbolo dell'innovazione, in questa tesi propongo un'implementazione web del Riconoscimento Facciale il cui scopo �� quello di mostrare quali siano le possibili applicazioni in ambito bancario di questa tecnologia.

Insiemi convessi e funzioni convesse in R^n

In questa tesi abbiamo voluto studiare alcune delle propriet�� e caratterizzazioni di questa classe di insiemi e di funzioni, nonch�� alcune loro possibili applicazioni. Nel primo capitolo vengono analizzati gli insiemi convessi in R^n con le loro propriet��; se ne osserva la relazione con gli iperpiani e con l���inviluppo convesso dell���insieme stesso. Infine abbiamo studiato come la funzione distanza da un insieme caratterizzi gli insiemi convessi. Nel secondo capitolo abbiamo guardato invece le funzioni convesse, osservando alcuni esempi, per poi focalizzarci sulle propriet�� generali e diverse possibili caratterizzazioni. In particolare abbiamo osservato come le cosiddette funzioni lisce si relazionano alla convessit��. Nella sezione sulla dualit�� convessa abbiamo infine esaminato il caso di funzioni con codominio R esteso per studiare funzioni convesse semicontinue inferiormente, fino ad arrivare alla dualit��. Nel terzo capitolo, vediamo una delle tante possibili applicazioni della teoria convessa, la teoria dei giochi. L���ultimo capitolo �� molto breve e non vuole entrare nel merito di questa importante area della matematica, ma vuole solo far ���vedere all���opera��� alcune delle propriet�� della teoria convessa precedentemente esposta.

Confronto di algoritmi per l'inseguimento della massima potenza per convertitori fotovoltaici

Modellazione di un impianto fotovoltaico connesso alla rete. Simulazione con software Simulink del funzionamento dell'intero sistema fotovoltaico e confronto delle prestazioni legate all'utilizzo degli algoritmi MPPT pi�� comuni, quali Hill Climbing e Incremental Conductance.

WEC-Sim Application for the Assessment of Wave Energy Generation in the Tyrrhenian Sea and the North Sea Through the 2-Body Point Absorber (2BPA) and the Oscillating Surge Wave Energy Converter (OSWEC)

In recent years, developed countries have turned their attention to clean and renewable energy, such as wind energy and wave energy that can be converted to electrical power. Companies and academic groups worldwide are investigating several wave energy ideas today. Accordingly, this thesis studies the numerical simulation of the dynamic response of the wave energy converters (WECs) subjected to the ocean waves. This study considers a two-body point absorber (2BPA) and an oscillating surge wave energy converter (OSWEC). The first aim is to mesh the bodies of the earlier mentioned WECs to calculate their hydrostatic properties using axiMesh.m and Mesh.m functions provided by NEMOH. The second aim is to calculate the first-order hydrodynamic coefficients of the WECs using the NEMOH BEM solver and to study the ability of this method to eliminate irregular frequencies. The third is to generate a *.h5 file for 2BPA and OSWEC devices, in which all the hydrodynamic data are included. The BEMIO, a pre-and post-processing tool developed by WEC-Sim, is used in this study to create *.h5 files. The primary and final goal is to run the wave energy converter Simulator (WEC-Sim) to simulate the dynamic responses of WECs studied in this thesis and estimate their power performance at different sites located in the Mediterranean Sea and the North Sea. The hydrodynamic data obtained by the NEMOH BEM solver for the 2BPA and OSWEC devices studied in this thesis is imported to WEC-Sim using BEMIO. Lastly, the power matrices and annual energy production (AEP) of WECs are estimated for different sites located in the Sea of Sicily, Sea of Sardinia, Adriatic Sea, Tyrrhenian Sea, and the North Sea. To this end, the NEMOH and WEC-Sim are still the most practical tools to estimate the power generation of WECs numerically.

Progetto e valutazione di una piattaforma sperimentale di Internet of Energy per veicoli elettrici

This dissertation deals with the development of a project concerning a demonstration in the scope of the Supply Chain 6 of the Internet of Energy (IoE) project: the Remote Monitoring Emulator, which bears my personal contribution in several sections. IoE is a project of international relevance, that means to establish an interoperability standard as regards the electric power production and utilization infrastructure, using Smart Space platforms. The future perspectives of IoE have to do with a platform for electrical power trade-of, the Smart Grid, whose energy is produced by decentralized renewable sources and whose services are exploited primarily according to the Internet of Things philosophy. The main consumers of this kind of smart technology will be Smart Houses (that is to say, buildings controlled by an autonomous system for electrical energy management that is interoperable with the Smart Grid) and Electric Mobility, that is a smart and automated management regarding movement and, overall, recharging of electrical vehicles. It is precisely in the latter case study that the project Remote Monitoring Emulator takes place. It consists in the development of a simulated platform for the management of an electrical vehicle recharging in a city. My personal contribution to this project lies in development and modeling of the simulation platform, of its counterpart in a mobile application and implementation of a city service prototype. This platform shall, ultimately, make up a demonstrator system exploiting the same device which a real user, inside his vehicle, would use. The main requirements that this platform shall satisfy will be interoperability, expandability and relevance to standards, as it needs to communicate with other development groups and to effectively respond to internal changes that can affect IoE.

Progetto e realizzazione di riferimenti in tensione simmetrici in tecnologia CMOS

La tesi tratta del progetto e della realizzazione di un riferimento in tensione simmetrico e stabile in temperatura, realizzato in tecnologia CMOS. Nella progettazione analogica ad alta precisione ha assunto sempre pi�� importanza il problema della realizzazione di riferimenti in tensione stabili in temperatura. Nella maggior parte dei casi vengono presentati Bandgap, ovvero riferimenti in tensione che sfruttano l'andamento in temperatura dell'energy gap del silicio al fine di ottenere una tensione costante in un ampio range di temperatura. Tale architettura risulta utile nei sistemi ad alimentazione singola compresa fra 0 e Vdd essendo in grado di generare una singola tensione di riferimento del valore tipico di 1.2V. Nella tesi viene presentato un riferimento in tensione in grado di offrire le stesse prestazioni di un Bandgap per quanto riguarda la variazione in temperatura ma in grado di lavorare sia in sistemi ad alimentazione singola che ad alimentazione duale. Il circuito proposto e' in grado di generare due tensioni, simmetriche rispetto a un riferimento dato, del valore nominale di ��450mV. All'interno della tesi viene descritto il progetto di due diverse architetture, entrambe in grado di generare le tensioni con le specifiche richieste. Le due architetture sono poi state confrontate analizzando in particolare la stabilit�� in temperatura, la potenza dissipata, il PSRR (Power Supply Rejection Ratio) e la simmetria delle tensioni generate. Al termine dell'analisi �� stato poi implementato su silicio il circuito che garantiva le prestazioni migliori. In sede di disegno del layout su silicio sono stati affrontati i problemi derivanti dall'adattamento dei componenti al fine di ottenere una maggiore insensibilit�� del circuito stesso alle incertezze legate al processo di realizzazione. Infine sono state effettuate le misurazioni attraverso una probe station a 4 sonde per verificare il corretto funzionamento del circuito e le sue prestazioni.