Tomographic 3D reconstruction through linear inversion for breast microwave imaging

In the present thesis we address the problem of detecting and localizing a small spherical target with characteristic electrical properties inside a volume of cylindrical shape, representing female breast, with MWI. One of the main works of this project is to properly extend the existing linear inversion algorithm from planar slice to volume reconstruction; results obtained, under the same conditions and experimental setup are reported for the two different approaches. Preliminar comparison and performance analysis of the reconstruction algorithms is performed via numerical simulations in a software-created environment: a single dipole antenna is used for illuminating the virtual breast phantom from different positions and, for each position, the corresponding scattered field value is registered. Collected data are then exploited in order to reconstruct the investigation domain, along with the scatterer position, in the form of image called pseudospectrum. During this process the tumor is modeled as a dielectric sphere of small radius and, for electromagnetic scattering purposes, it's treated as a point-like source. To improve the performance of reconstruction technique, we repeat the acquisition for a number of frequencies in a given range: the different pseudospectra, reconstructed from single frequency data, are incoherently combined with MUltiple SIgnal Classification (MUSIC) method which returns an overall enhanced image. We exploit multi-frequency approach to test the performance of 3D linear inversion reconstruction algorithm while varying the source position inside the phantom and the height of antenna plane. Analysis results and reconstructed images are then reported. Finally, we perform 3D reconstruction from experimental data gathered with the acquisition system in the microwave laboratory at DIFA, University of Bologna for a recently developed breast-phantom prototype; obtained pseudospectrum and performance analysis for the real model are reported.

Aspetti fondamentali dell'interazione tra la radiazione nelle microonde e le nubi nell'osservazione satellitare

Nel corso della sua storia, l’uomo ha sempre cercato nuovi modi per superare i suoi limiti naturali di osservazione e di percezione visiva. Il Telerilevamento (TLR) può essere considerato una tappa di questo cammino verso una visione più completa e complessiva dell’ambiente in cui vive. Sfruttando le conoscenze dei fenomeni d’interazione tra la radiazione elettromagnetica e i corpi naturali, il TRL permette di avere informazioni accurate sullo stato fisico di un corpo a partire dalla misura della radiazione emessa dalla sua superficie. Nel caso specifico del telerilevamento satellitare, l'osservazione su un'ampia scala spaziale permette di ottenere informazioni estremamente dettagliate su vaste aree geografiche e su parametri atmosferici di notevole interesse meteorologico come le precipitazioni. Le precipitazioni infatti rappresentano uno dei parametri meteorologici di maggiore importanza per la sua diretta interazione col sistema climatico planetario e le attività antropiche. La comprensione e la previsione del tempo e del clima richiede dei buoni dati relativi alle precipitazioni ed è proprio qui che entrano in gioco le microonde che, lavorando su ampie lunghezze d’onda, sono in grado di fare un sondaggio della parte interna della nube. Tutto ciò è possibile, in particolare, grazie all'uso di piattaforme (come aerei o satelliti) che consentono di riprendere a distanza più o meno ravvicinata il territorio, e di sensori che ne scrutano le caratteristiche e le condizioni.

Confronto di dati volumetrici di neuroimaging RM, acquisiti con differenti sonde a radiofrequenza

Il lavoro di questa tesi si propone di esaminare i dati di immagini cerebrali ricevuti da due differentii bobine RF per l'imaging in risonanza magnetica. La strumentazione utilizzata é: un apparecchio di RMN che utilizza uno scanner a 1.5T (GE Medical System signa HDx 15) e due differenti bobine a radiofrequenza: 1) 8-channel brain phased array coil GE (1.5T HD 8 Channel High Resolution Head Array per il GE HDx MR System); 2) GE Quad HEAD Birdcage Coil. I software utilizzati invece sono stati quattro, due per la segmentazione e la parcellizzazione dei dati dalle acquisizioni di MRI (FSL e Freesurfer), e due per l'analisi dei dati (SPSS e Microsoft Excel). I tool utilizzati di FSL sono stati SIENA, per un'indagine sulla variazione percentile della totalitá del volume cerebrale; SIENAX invece permette una segmentazione di volumi di 6 sotto regioni: sostanza grigia (GREY), sostanza bianca (WHITE), totalitá del cervello (BRAIN), liquor cerebrospinale dei ventricoli (vcsf), scaling volumetrico (vscaling), sostanza grigia periferica (pgrey). Freesurfer invece parcellizza la corteccia cerebrale e segmenta le zone della sostanza grigia profonda cerebrale. Lo scopo ultimo era quello di analizzare come la differenza di segnale acquisito dalle due bobine variasse i risultati delle analisi volumetriche delle immagini e vedere se il t-test evidenziasse variazioni sistematiche. Questa analisi aveva come scopo quello di determinare la possibilità di confrontare i soggetti i cui dati sono stati ottenuti con due bobine differenti. I dati analizzati non hanno evidenziato particolari differenze tra le due bobine, se non per i valori del liquor dei ventricoli che sono risultati variare, verosimilmente, per i processi fisiologici di atrofia della sostanza grigia cerebrale che avvengono nel tempo intercorso tra un'acquisizione e l'altra.

Sperimentazione con algoritmi per l'analisi di nuvole di punti per applicazioni di guida autonoma

Al giorno d’oggi quasi tutte le persone possiedono un mezzo motorizzato che utilizzano per spostarsi. Tale operazione, che risulta semplice per una persona, può essere compiuta da un robot o un autoveicolo in modo autonomo? La risposta a questa domanda è si, ma se ad una persona serve solo un po’ di pratica per guidare, questa azione non risulta altrettanto immediata per dei veicoli motorizzati. In soccorso ad essi vi è la Computer Vision, un ramo dell’informatica che, in un certo senso, rende un elaboratore elettronico in grado di percepire l’ambiente circostante, nel modo in cui una persona fa con i propri occhi. Oggi ci concentreremo su due campi della computer vision, lo SLAM o Simultaneous Localization and Mapping, che rende un robot in grado di mappare, attraverso una camera, il mondo in cui si trova ed allo stesso tempo di localizzare, istante per istante, la propria posizione all’interno di esso, e la Plane Detection, che permette di estrapolare i piani presenti all’interno di una data immagine.

Studio sedimentologico e micropaleontologico di una carota prelevata nel Delta del Po (Olocene della Pianura Padana)

L'integrazione di dati micropaleontologici a dati sedimentologici ha permesso la ricostruzione paleoambientale di una porzione di carota prelevata nel Delta del Po. Sono state riconosciute 5 associazioni di facies riconducibili ad altrettanti ambienti deposizionali: retrobarriera, barriera trasgressiva, piattaforma, transizione fra piattaforma e prodelta e prodelta. Lo studio delle associazioni a foraminiferi bentonici ha consentito la caratterizzazione micropaleontologica delle facies riconosciute. E' stato cosi possibile definire la superficie di massima ingressione marina (MFS) al tetto della associazione di facies di piattaforma al passaggio ai depositi di transizione al prodelta.

Studio stratigrafico e vulcanologico della successione piroclastica di Rocche Rosse

Lo scopo del lavoro di tesi è l’analisi stratigrafica e vulcanologica dei depositi della successione piroclastica di Rocche Rosse relativi all’ultima fase di attività esplosiva in età olocenica dell’isola di Lipari (Isole Eolie). L’attività di Rocche Rosse si caratterizza per l’emissione di una colata riolitica ossidianacea ben nota nella letteratura vulcanologica, che viene preceduta da un episodio di attività esplosiva a bassa magnitudo tale da costituire un basso cratere piroclastico sulla sommità dell’edificio di Monte Pilato, nel settore NE di Lipari (Forni et al., 2013). L’attività eruttiva di Rocche Rosse è datata in età Medievale (1220 AD). Recentemente è stata proposta la correlazione con l’unità di Rocche Rosse di un tefra affiorante all’interno della sequenza stratigrafica del cono di La Fossa di Vulcano, utilizzato come elemento cronostratigrafico per la ricostruzione della storia eruttiva di tale edificio (Fusillo et al, 2015). Anche alla luce di questa ipotesi, l’analisi stratigrafica e vulcanologica di dettaglio della successione piroclastica di Rocche Rosse può consentire di evidenziarne lo stile eruttivo, i meccanismi di trasporto e deposizione e la capacità di dispersione. Lo studio è stato effettuato in tre sezioni stratigrafiche puntuali descritte in aree prossimali e medio-prossimali, in corrispondenza del bordo del cratere di Rocche Rosse, sul bordo ed all’esterno del cratere di Monte Pilato. Sono state inoltre effettuate diverse osservazioni in altre sezioni lungo gran parte del settore centro-settentrionale dell’isola di Lipari, evidenziando l’assenza di depositi riconducibili alla successione di Rocche Rosse. Nell’insieme si propone uno studio stratigrafico della successione di Rocche Rosse suddivisa in diverse unità deposizionali ed una valutazione generica della dispersione di questi depositi.

Algoritmi di segmentazione di immagini mediche

Nell'ambito dell'elaborazione delle immagini, si definisce segmentazione il processo atto a scomporre un'immagine nelle sue regioni costituenti o negli oggetti che la compongono. Ciò avviene sulla base di determinati criteri di appartenenza dei pixel ad una regione. Si tratta di uno degli obiettivi più difficili da perseguire, anche perché l'accuratezza del risultato dipende dal tipo di informazione che si vuole ricavare dall'immagine. Questa tesi analizza, sperimenta e raffronta alcune tecniche di elaborazione e segmentazione applicate ad immagini digitali di tipo medico. In particolare l'obiettivo di questo studio è stato quello di proporre dei possibili miglioramenti alle tecniche di segmentazione comunemente utilizzate in questo ambito, all'interno di uno specifico set di immagini: tomografie assiali computerizzate (TAC) frontali e laterali aventi per soggetto ginocchia, con ivi impiantate protesi superiore e inferiore. L’analisi sperimentale ha portato allo sviluppo di due algoritmi in grado di estrarre correttamente i contorni delle sole protesi senza rilevare falsi punti di edge, chiudere eventuali gap, il tutto a un basso costo computazionale.

Analisi preliminare dei risultati di TC perfusionale effettuata su tessuto polmonare sano

Le ultime ricerche in campo oncologico sulle cure antitumorali sono indirizzate verso una categoria definita target therapy. In particolare tra le più promettenti, le terapie antiangiogenetiche, il cui scopo primario è quello di limitare l’apporto di sangue al tumore. In questo contesto la Tomografia Computerizzata (TC) perfusionale rappresenta un’importante tecnica di imaging radiologico in grado, teoricamente, di fornire misure quantitative, che permettano una valutazione, anche precoce, della risposta alle terapie antiangiogenetiche. I principali problemi aperti in questo campo riguardano la standardizzazione dei protocolli di acquisizione e di elaborazione delle sequenze perfusionali, che determinano la scarsa riproducibilità dei risultati intra- ed inter-paziente, non consentendone l’uso nella pratica clinica. In letteratura sono presenti diversi studi riguardanti la perfusione dei tumori polmonari, ma vi sono pochi studi sull’affidabilità dei parametri perfusionali calcolati. Questa Tesi si propone di analizzare, quantificare e confrontare gli errori e l’affidabilità dei parametri perfusionali calcolati attraverso la TC perfusionale. In particolare, vengono generate delle mappe di errore ed effettuati dei confronti di diverse regioni del polmone sano. I risultati ottenuti dall’analisi dei casi reali sono discussi al fine di poter definire dei livelli di affidabilità dei parametri perfusionali e di quantificare gli errori che si commettono nella valutazione dei parametri stessi. Questo studio preliminare consentirà, quindi, un’analisi di riproducibilità, permettendo, inoltre, una normalizzazione dei valori perfusionali calcolati nella lesione, al fine di effettuare analisi intra- ed inter-paziente.

Il restauro della chiesa di San Francesco a San Giovanni in Persiceto: tecniche di rilevo ad alta definizione e sperimentazione di linguaggi diacritici per la reintegrazione delle superfici architettoniche

il lavoro si suddivide in una fase preliminare conoscitiva costituita da una ricerca storico-documentale sui principali eventi che hanno interessato San Giovanni in Persiceto e il complesso conventuale. per comprendere a pieno l'oggetto di studio sono stati studiati a fondo la vita e le opere dell'autore e le tendenze architettoniche del periodo storico in cui esercita. è stato eseguito un rilievo dettagliato impiegando tecniche ad alta definizione, come fotogrammetria e scansioni laser. per realizzare un progetto di restauro consapevole e rispettoso del monumento sono state condotte approfondite analisi tematiche e di degrado, in modo da acquisire una conoscenza diretta dell'edificio. per reintegrare l'unità d'immagine andata perduta, visto l'uso improprio che è stato fatto del bene, indispensabile per la comprensione dell'opera, è stata svolta un'attenta analisi della consistenza materica e una analogica con le opere dell'autore simili. gli interventi cercheranno di facilitare la lettura delle tracce presenti sul manufatto, e in maniera tutt'altro che invasiva verrà proposta la videoproiezione di quella che poteva essere l'immagine e la suggestione concepita dall'architetto. sono stati studiati restauri di casi analoghi e gli interventi della scuola di restauro nata a seguito delle devastazioni prodotte dalla guerra. per gli elementi ben conservati si attuerà un restauro conservativo. si restaura la pavimentazione, attraverso due diverse ipotesi che risolvono le possibili casistiche generate dalla rimozione delle superfetazioni. per valorizzare gli elementi architettonici si è proposto uno schema di sorgenti luminose diversificato in illuminazione generale d'ambiente ed un sistema di luci funzionale agli usi specifici.

Design and implementation of a non-destructive defect detection technique based on UWB-SAR imaging

In the last twenty years aerospace and automotive industries started working widely with composite materials, which are not easy to test using classic Non-Destructive Inspection (NDI) techniques. Pairwise, the development of safety regulations sets higher and higher standards for the qualification and certification of those materials. In this thesis a new concept of a Non-Destructive defect detection technique is proposed, based on Ultrawide-Band (UWB) Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging. Similar SAR methods are yet applied either in minefield [22] and head stroke [14] detection. Moreover feasibility studies have already demonstrated the validity of defect detection by means of UWB radars [12, 13]. The system was designed using a cheap commercial off-the-shelf radar device by Novelda and several tests of the developed system have been performed both on metallic specimen (aluminum plate) and on composite coupon (carbon fiber). The obtained results confirm the feasibility of the method and highlight the good performance of the developed system considered the radar resolution. In particular, the system is capable of discerning healthy coupons from damaged ones, and correctly reconstruct the reflectivity image of the tested defects, namely a 8 x 8 mm square bulge and a 5 mm drilled holes on metal specimen and a 5 mm drilled hole on composite coupon.

L'immagine dell'Italia in Giappone: dai primi contatti alla rappresentazione odierna

Questo elaborato ha lo scopo di delineare gli eventi storici e i fattori sociali e culturali che hanno portato alla nascita e allo sviluppo di una certa percezione dell’Italia in Giappone. Tale percezione, sebbene a volte basata su una visione stereotipata del Bel Paese, è tendenzialmente molto positiva ed è la conseguenza del crescente interesse che i giapponesi nutrono per l’Italia. La tesi è strutturata in tre capitoli: il primo è dedicato alla storia delle relazioni tra il Giappone e l’Occidente; il secondo si focalizza sui rapporti tra l’Italia e il Giappone in particolare, dai primi contatti fino a oggi, e una parte consistente del capitolo è incentrata sull'analisi degli stereotipi; infine il terzo si concentra sui contatti Italia-Giappone da un punto di vista culturale, analizzando le reciproche influenze in ambiti specifici (quali l’arte, il cinema, la lingua e la cucina) e vengono forniti alcuni esempi di rappresentazione dell’immagine dell’Italia nella cultura nipponica.

Che vinca il più Forte. Proposta di traduzione, analisi e commento di "Wojna polsko-ruska pod flagą biało-czerwoną" di Dorota Masłowska.

Traduzione dal polacco in italiano - accompagnata da analisi e commento dei temi proposti - di alcuni estratti dal bestseller della scrittrice polacca adolescente, che racconta il mondo visto dagli occhi di un giovane disoccupato poco istruito di provincia. Un'immagine cruda e senza filtri della gioventù in Polonia negli anni di transizione dalla caduta del muro di Berlino all'ingresso nell'Unione Europea. Un momento storico impossibile da collocare nella ripetitività tipica dei grandi avvenimenti in Polonia, vissuto direttamente sulla pelle dei suoi protagonisti, cioè i giovani senza né passato né futuro, incapaci di coltivare il presente.

Applicazione della Tomografia con raggi X per la lettura virtuale di antichi manoscritti veneziani

Questo lavoro di tesi si inserisce in un progetto di ricerca internazionale denominato “Venice Time Machine” dove collaborano fianco a fianco l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne e l’Università Cà Foscari di Venezia. Grazie al coinvolgimento dell’Archivio di Stato di Venezia, decine di chilometri di documenti verranno digitalizzati e indicizzati, al fine di creare un database open access da utilizzare per la ricerca e l’istruzione. Molti di questi documenti tuttavia sono particolarmente fragili oppure, come nel caso di diversi testamenti, non sono mai stati aperti, per cui le tecniche tradizionali di digitalizzazione non sono applicabili. Di qui deriva l’interesse per sperimentare nuove tecniche non invasive al fine di digitalizzare e quindi rendere fruibili al pubblico anche questi documenti altrimenti inaccessibili. Lo scopo dell’analisi tomografica è quello di creare un modello 3D del documento, su cui effettuare successive elaborazioni al fine di ottenere una separazione virtuale delle pagine e quindi permetterne la lettura anche se il manoscritto è chiuso e non può essere aperto. In particolare in questo lavoro di tesi sono stati analizzati due testamenti: un testamento del 1679, usato come campione di prova per verificare la migliore sorgente di raggi X ai fini della ricostruzione tomografica e anche per valutare l’efficacia della tecnica, e il testamento Alchier-Spiera (dai nomi dei testatori), datato 1634, di maggiore interesse poiché ancora chiuso. I risultati ottenuti sono molto soddisfacenti, poiché elaborando le ricostruzioni tomografiche è possibile la lettura virtuale sia di parole che di intere frasi. Questo risultato porta nuova linfa al progetto che, di base, si pone l’obiettivo di convertire in formato digitale decine di km di testi conservati in Archivio, ma che ha trovato, in questo tipo di testamenti chiusi, un ostacolo molto difficile da superare.

Spazi di configurazione e trasformata generalizzata di Hough

Questo elaborato si propone di descrivere una delle tecniche maggiormente usate dalla visione artificiale per la rilevazione di forme specifiche presenti in un'immagine, attraverso il confronto con diversi metodi ad essa simili: la trasformata di Hough.

Innovazione nella Diagnostica per Immagini: l’integrazione PET/RMN

Nell'ambito della Diagnostica per Immagini, l'imaging ibrido sta assumendo un ruolo fondamentale in molte applicazioni cliniche, tra cui oncologia, neurologia e cardiologia. La possibilità di integrare informazioni complementari, funzionali e morfologiche, in un'unica immagine, permette di valutare con estrema accuratezza varie tipologie di malattie, diminuendo i tempi di acquisizione e i disagi per i pazienti. La risonanza magnetica, in sostituzione alla TAC nel sistema integrato PET/TC, introduce notevoli vantaggi quali l'acquisizione simultanea dei dati, l'ottimo contrasto dei tessuti molli, l'assenza di radiazioni ionizzanti e la correzione degli artefatti da movimento; ciò migliora l'accuratezza delle immagini e, di conseguenza, il processo diagnostico. Nonostante sia un interessante strumento di diagnostica e l'apice dello sviluppo tecnologico in imaging nucleare, vi sono alcune problematiche che ne impediscono la diffusa adozione, tra cui le interferenze reciproche tra le due modalità, i costi elevati e ancora una ridotta pubblicazione di articoli al riguardo.