Applicazione di tecniche di analisi statistica e texture analysis all'imaging di risonanza magnetica di pazienti affetti da glioblastoma multiforme

Il seguente lavoro di tesi si è concentrato sull'analisi statistica dei dati prodotti dall'imaging di risonanza magnetica di pazienti affetti da tumori di alto grado, in particolare glioblastoma multiforme. Le tipologie di acquisizione d'immagine utilizzate sono state l'imaging pesato in T1 e il Diffusion-Weighted Imaging (DWI). Lo studio è stato suddiviso in due fasi: nella prima è stato considerato un campione di pazienti affetti da glioblastoma multiforme che, dopo il trattamento, avessero manifestato una ricaduta della malattia; per questi pazienti è stato quantificato in che modo la dose erogata durante la terapia si sia distribuita sul target del trattamento, in particolare nella porzione di tessuto in cui andrà a svilupparsi la recidiva. Nella seconda fase, è stato selezionato un campione più ristretto che disponesse, per entrambe le modalità di imaging, di un'acquisizione pre-terapia e di un numero sufficiente di esami di follow up; questo al fine di seguire retrospettivamente l'evoluzione della patologia e analizzare tramite metodi statistici provenienti anche dalla texture analysis, i dati estratti dalle regioni tumorali. Entrambe le operazioni sono state svolte tramite la realizzazione di software dedicati, scritti in linguaggio Matlab. Nel primo capitolo vengono fornite le informazioni di base relative ai tumori cerebrali, con un'attenzione particolare al glioblastoma multiforme e alle sue modalità di trattamento. Nel secondo capitolo viene fatta una panoramica della fisica dell'imaging di risonanza magnetica e delle tecniche di formazione delle immagini, con un'ampia sezione è dedicata all'approfondimento dell'imaging in diffusione. Nel terzo capitolo viene descritto il progetto, i campioni e gli strumenti statistici e di texture analysis utilizzati in questo studio. Il quarto capitolo è dedicato alla descrizione puntuale dei software realizzati durante questo lavoro e nel quinto vengono mostrati i risultati ottenuti dall'applicazione di questi ultimi ai campioni di pazienti esaminati.

Stratigrafia dei depositi tardoquaternari dell'alta pianura forlivese tra il fiume Montone e il fiume Ronco

Lo studio stratigrafico di diverse prove geognostiche nel sottosuolo dell’alta pianura forlivese ha permesso di ricostruire uno scenario stratigrafico di dettaglio dei depositi tardoquaternari del Bacino Padano. Attraverso la realizzazione di una sezione stratigrafica, parallela al margine del bacino, nei territori compresi tra il comune di Forlì e Forlimpopoli, ottenuta utilizzando stratigrafie di pozzi per acqua, di sondaggi a carotaggio continuo e di prove penetrometriche corredati da datazioni radiometriche, ha evidenziato un’architettura stratigrafica tipica di una pianura alluvionale. L’analisi di facies e le correlazioni stratigrafiche mostrano un’evidente suddivisione dei depositi alluvionali in quattro intervalli stratigrafici a controllo glacio-eustatico. Alla base sono presenti depositi che possono essere attribuibili ad un sistema di regressione forzata (FST), durante i quali si verificherebbe l’incisione dei sistemi alluvionali. I corpi amalgamati di canale fluviale, invece, sarebbero riconducibili alla successiva fase di stazionamento basso del livello del mare (LST), avvenuto durante l’ultimo acme glaciale. Al di sopra di questi depositi, la presenza di corpi lenticolari, isolati, di canale fluviale, entro depositi fini di piana inondabile, è compatibile con una fase di sollevamento del livello del mare (depositi trasgressivi o TST) ed infine i depositi sommitali, prevalentemente fini, potrebbero rappresentare la fase di stazionamento alto del livello del mare (HST). La definizione della geometria dei corpi sepolti in Pianura Padana costituisce uno strumento di rilevante importanza nella ricerca e nella protezione della risorsa idrica: in particolare, l’applicazione dei principi di stratigrafia sequenziale risulta fondamentale nell’interpretazione della distribuzione spaziale dei corpi acquiferi.

Processi di scattering in astrofisica

Lo scattering è un processo fisico che descrive le interazioni tra particelle e radiazione elettromagnetica. Esistono diversi tipi di scattering, dove la natura di questi processi dipende dall'energia della particella e della radiazione. Quando l'elettrone fermo subisce un urto elastico con un fotone di bassa energia si ha lo \emph{scattering Thomson}. In questo processo l'onda elettromagnetica accelera la particella; successivamente dopo l'urto l'onda viene diffusa con la stessa frequenza iniziale. Questo processo accade a basse energie poichè ad energie più alte prevale l'effetto dovuto allo \emph{scattering Compton}. In questo meccanismo un fotone interagisce con un elettrone cedendogli energia e in particolare si ha una variazione di frequenza per il fotone. Quando è l'elettrone a trasferire al fotone parte della sua energia si ha \emph{Inverse Compton}. Gli ultimi due processi in realtà sono situazioni limite di un caso più generale chiamato \emph{Comptonizzazione}. Considerando un plasma rarefatto di fotoni ed elettroni, la Comptonizzazione stabilisce come l'evoluzione dello spettro viene modificato a causa dell'interazione tra fotoni ed elettroni. Nel secondo capitolo di questo elaborato verrà esaminata l'emissione in banda X della radiazione elettromagnetica in seguito a fenomeni di accrescimento intorno a buchi neri; nello specifico si analizzerà l'emissione soft e hard per buchi neri galattici.

Campi magnetici in astrofisica

In ambito astrofisico i campi magnetici ricoprono un ruolo importante nelle più differenti situazioni. Il seguente elaborato ha lo scopo di approfondire ed analizzare uno tra tutti gli innumerevoli casi: il magnetismo solare. Nel primo capitolo si intoducono quelli che sono i principi della magnetoidrodinamica e in particolare si fa riferimento alle approsimazioni necessarie per lo studio delle interazioni dei campi magnetici con i fluidi astrofisici delle strutture stellari, che, date le elevate temperature a cui si trovano e le loro caratteristiche fisiche, sono sempre trattabili come plasmi. Nel secondo capitolo si illustrano i modelli principali che sono alla base degli aspetti morfologici più importanti delle strutture magnetiche fotosferiche e della loro evoluzione temporale. Si passa, quindi, a descrivere i fenomeni più spettacolari e di maggior interesse astrofisico, che hanno luogo nei diversi strati dell’atmosfera del Sole come conseguenza di questa intensa e ciclica attività magnetica: macchie solari, brillamenti, protuberanze ed eruzioni di massa coronale.

Realizzazione di un sistema di automazione domotica con tecnologia open-hardware

Il termine Domotica deriva dall’unione dei termini domus e robotics e spazia oltre alle competenze in ambito informatico ed elettronico, avvalendosi dell’architettura e di determinati campi dell’ingegneria come: energetica, edile, dell’ automazione, elettrotecnica, delle telecomunicazioni. La Domotica agevola gli aspetti della quotidianità all’interno dell’ambiente casalingo o, più in generale, di ambienti antropizzati. Questa tesi ha l’intento di spiegare come può essere realizzato un sistema domotizzato casalingo utilizzando dispositivi open-hardware. Inizialmente verranno messi in chiaro i concetti chiave generici di un sistema domotico e verranno discussi i prodotti attualmente in commercio e verrà fatta una piccola introduzione sul concetto di open-hardware. Successivamente verrà discusso il sistema realizzato dandone una panoramica, si esaminerà la strutturazione sia software che hardware e le tecnologie ed i dispositivi utilizzati, per poi enucleare casi d’uso. A seguire le conclusioni.

Geomorfologia della piattaforma continentale nella Baia di Milazzo (NE Sicilia) e relazioni tra l'assetto morfo-tettonico ed idrografico e le testate dei canyon sottomarini attuali

In questo studio vengono misurati e descritti nel dettaglio i canali sottomarini che si sviluppano sulle testate dei canyon presenti nella Baia di Milazzo (NE Sicilia) attraverso sezioni sismiche a riflessione e dati batimetrici di tipo Multibeam. In base alla creazione della carta geomorfologica della piattaforma continentale che copre l'intera area di studio (31 km2) ed alla correlazione dei profili sismici è stato possibile formulare ipotesi sulle dinamiche in atto nell'evoluzione geomorfologica delle testate dei canyon dell'area. L'evoluzione e la posizione attuale delle testate dei canyon sono condizionate dall'intensa attività tettonica della Sicilia nord-orientale caratterizzata da un forte uplift. Sono anche state descritte le relazioni tra l'assetto tettonico e le dinamiche fluviali poiché queste contribuiscono ai fenomeni osservati in ambiente sottomarino. Si è visto infine che le testate dei canyon sono in arretramento e che ciò produce un forte disequilibrio nel bilancio sedimentario delle spiagge dell'area causandone l'erosione.

Sistemi indossabili per acquisizione e monitoraggio di segnali biomedici

L'elaborato tratterà lo stato della tecnologia nel campo dell'acquisizione e del monitoraggio di segnali fisiologici grazie all'utilizzo di sistemi indossabili. Nel primo capitolo della tesi saranno introdotte le idee e le motivazioni che hanno spinto la ricerca verso una maggiore integrazione tra uomo, tecnologia e qualità della vita. Verranno introdotti poi alcuni dispositivi che spiccano per le loro particolarità e qualità che al meglio rispecchiano la fusione tra ingegneria e medicina. Il secondo capitolo descriverà alcuni dei sensori e in generale le tecnologie utilizzate in questi dispositivi. L'ultima parte della tesi tratterà, attraverso il concetto di mHealth, come questi nuovi strumenti sono e dovrebbero essere regolamentati dagli enti preposti, sottolineando quali vantaggi e svantaggi la direzione che la tecnologia ha intrapreso in questo settore potrà in futuro portare alla salute, alla sanità pubblica e alla qualità della vita.

Tecniche di riduzione delle interferenze elettromagnetiche nei caricabatterie per autotrazione

Le tematiche relative alla compatibilità elettromagnetica (EMC) dei dispositivi elettronici (sia per il trasferimento dell'informazione che per trasmissione e conversione di potenza) sono di grande attualità a causa di molteplici fattori. Il primo è la larga diffusione di apparecchiature elettroniche e delle telecomunicazioni in svariati ambienti. Secondariamente tali dispositivi sono sempre più suscettibili al rumore per ragioni tecniche: -tensioni di alimentazione sempre più basse (alimentazione a batterie); -aumento della velocità dei dispositivi; -miniaturizzazione; -connettività wireless (spesso con diversi protocolli sullo stesso device). All'interno di questa tesi vengono trattate le interferenze elettromagnetiche (EMI) con riferimento ad una categoria specifica di prodotti (i caricabatterie)ed approfondendo in particolare le cause e le principali tecniche per limitarne l'effetto, al fine di ottenere la compatibilità dei dispositivi. Le tecniche per abbattere le EMI presentate sono poi applicate a dispositivi commerciali per valutarne gli effetti. Il lavoro è stato svolto presso la Deca di San Marino che ha messo a disposizione un laboratorio EMC (dotato di LISN PMM L3-64, Ricevitore PMM 9010/30P full-compliance e AbsorbingClamp TESEQ) ed alcuni propri prodotti.

Wearable computing e body area network: Android e wristox2 come caso di studio

In questa tesi verranno affrontati due argomenti principali. Il primo sono le tecnologie wearable, comprendendo anche la notazione più generica di tecnologie bearable, che si stanno sempre più diffondendo negli ultimi anni; il secondo sono le BAN (Body Area Network), reti di sensori e dispositivi posti sul corpo umano, utilizzate per rendere possibile la comunicazione e l'interazione fra i device wearable. Si partirà da una trattazione di tipo generico degli argomenti, descrivendo l'architettura fisica delle tecnologie, con focalizzazione sull'aspetto informatico prevalentemente che su quello elettronico e telecomunicazionistico. Si parlerà degli attuali impieghi dei dispositivi e delle reti, e delle loro probabili evoluzioni future. Si introdurranno poi i protocolli di comunicazione principali e se ne analizzeranno le differenze, decretando se sia o meno conveniente puntare su uno o sull'altro rispetto alle esigenze di progetto. Verrà introdotto il sistema operativo Android, descrivendo la sua architettura e fornendo le informazioni basilari per comprendere al meglio il rapporto esistente con la tecnologia Bluetooth.

Studio di fattibilità di un ausilio di manipolazione per persone con deficit all'arto superiore

Partendo da uno studio preliminare riguardante le specifiche di progetto, è stato sviluppato un dispositivo di supporto statico atto all’ausilio di persone con deficit all’arto superiore. Il dispositivo è stato pensato per permettere il bloccaggio (sul piano o nello spazio) di una determinata categoria di oggetti, in modo da rendere possibile ai soggetti ai quali è indirizzato tutta una serie di mansioni, per loro altrimenti impossibili o comunque molto difficili da svolgere. Il dispositivo, completo di ogni sua parte, è stato disegnato al CAD, ne è stato spiegato il funzionamento qualitativo ed è stato sviluppato un modello matematico grazie al quale è possibile il calcolo di alcune variabili in gioco, in particolare del valore delle costanti elastiche delle molle presenti.

Il ruolo della risonanza magnetica nello studio delle miocarditi

La Risonanza Magnetica (RM) è una tecnica affidabile, avanzata e molto diffusa per lo studio di tutti gli organi del corpo umano. Essa ha reso possibile la valutazione completa del cuore dando la possibilità di studiare in modo estremamente preciso la morfologia, la funzione e la fisiopatologia del cuore portando ad una diagnosi completa e sensibile a molte patologie cardiache. Una di queste, che oggigiorno necessita di una combinazione diagnostica che solo la risonanza magnetica può dare, è la miocardite.

Tecniche automatiche di mapping e localizzazione in ambienti indoor

Il mapping di grandezze fisiche risulta estremamente importante, essendo in grado di fornire un adeguato supporto per la localizzazione e il monitoraggio di parametri ambientali sensibili. Nel caso indoor, in assenza di un sistema di localizzazione di riferimento analogo al GPS per il caso outdoor, sfruttando appieno le potenzialità della sensoristica a bordo degli smartphone, si è fatto progressivamente strada il mapping di grandezze fisiche quali, ad esempio, il segnale Wi-Fi e il campo magnetico terrestre. In questo caso il mapping, senza richiedere alcuna infrastruttura e coadiuvato dall'utilizzo di dispositivi portatili largamente diffusi ad uso quotidiano, rappresenta una soluzione relativamente recente ridefinibile come Mobile Crowd Sensing. Il MCS rappresenta un nuovo paradigma di servizio, volto a sfruttare l'interconnettività tra dispositivi portatili per effettuare misurazioni di caratteristiche ambientali in maniera automatizzata, aggregandole in un sistema cloud usufruibile ad una vasta comunità. Tuttavia , il considerevole flusso di dati generato, la variabilità temporale delle grandezze di interesse e il rumore insito nelle misurazioni costituiscono problematiche fondamentali per l'utilizzo e la gestione delle misurazioni effettuate. Per tali motivi l'attività di tesi ha previsto i seguenti obiettivi: (i) fornire una panoramica delle principali tecniche e tecnologie di localizzazione volta a motivare l'importanza del mapping di grandezze fisiche ambientali; (ii) individuazione di grandezze fisiche appetibili per la creazione di mappe affidabili e realizzabili nei contesti applicativi più disparati, sfruttando risorse già presenti nell'ambiente; (iii) sviluppo di un algoritmo statistico in grado di fornire una stima accurata dell'andamento spaziale della grandezza di interesse attraverso un numero limitato di misurazioni, mantenendo la compatibilità con processi MCS e una bassa complessità computazionale. L’algoritmo sviluppato è stato validato attraverso simulazioni e misurazioni svolte in ambienti reali. In particolare, prove sperimentali sono state effettuate nell’arena Vicon nei laboratori DEI dell’Università di Bologna, sede Cesena, concepita dal gruppo di ricerca Casy.

Libreria per comunicazioni ad-hoc per android basate su bluetooth

La tesi sviluppa, attraverso un processo definito e gestito, una libreria Android che permette di far comunicare diversi dispositivi mobili tramite Bluetooth. Inoltre gestisce: • le richieste di connessione sia che esse provengano dall’esterno, sia che partano dal dispositivo stesso; • la dinamicità del sistema utilizzando dispositivi mobili, cioè capaci di muoversi in diverse direzioni costantemente. In tal senso, la lista dei dispositivi vicini è costantemente aggiornata. • la comunicazione in stile Peer-to-Peer(P2P). In questo caso si viene a formare un gap in quanto la libreria Android di Bluetooth usa lo stile Master-Slave per i suoi dispositivi. Per colmare questo gap, la libreria sviluppata crea un layer soprastante la libreria Bluetooth di Android e maschera lo stile di comunicazione di quest’ultima a favo- re di una comunicazione paritaria, nella quale un dispositivo può sia accettare le richieste di connessione, sia connettersi ad altri dispositivi.

Spatial computing per smart devices

Magic Carpet, nato come un middleware orientato a una dimostrazione sullo spatial computing, che inizialmente coinvolgeva solo smart devices ed un tappeto di tag NFC, è il punto di partenza per uno studio sulle tecnologie abilitanti in tale campo. Il prodotto finale è una toolchain per lo sviluppo e la distribuzione, su dispositivi connessi, di applicazioni di spatial computing. Essa comprende un interprete per un DSL basato su un core calculus formalizzato, Field Calculus, e un middleware che supporta l'astrazione curando, a basso livello, le comunicazioni con il vicinato e le percezioni ambientali.

Medicina interventistica: Sviluppo di un concentratore di dati clinico-strumentali con applicazioni in telemedicina

Un limite rilevante delle apparecchiature elettromedicali presenti in una comune sala operatoria/interventistica è rappresentato dal fatto che le informazioni clinico-strumentali che esse sono in grado di fornire vengono gestite localmente in maniera indipendente: ogni fabbricante di apparecchiatura medica, infatti, sviluppa standard proprietari per l’acquisizione, la presentazione e l’archiviazione dei dati. Ci si chiede se sia possibile una gestione globale, sincronizzata e personalizzata, delle informazioni clinico-strumentali acquisibili da diverse strumentazioni presenti nel medesimo contesto operatorio. La soluzione di SparkBio S.r.l. per colmare il gap esistente in materia di gestione di informazioni clinico-strumentali di sala è quella di concentrare le uscite video e le uscite analogiche dei vari dispositivi e visualizzarle contemporaneamente su di un unico monitor master. Il monitor master sarà suddiviso tramite una griglia in diversi settori ed ogni area predisposta per visualizzare il segnale video o analogico di un dispositivo presente in sala. Avendo a disposizione un’apparecchiatura con questa potenzialità, le applicazioni risultano innumerevoli: l’archiviazione di un unico file contenente la registrazione sincronizzata dei segnali delle varie sorgenti permette di documentare l’intera esecuzione della procedura al fine di una sua successiva visione e distribuzione: il confronto congiunto, fatto a posteriori, di parametri acquisiti da strumenti diversi rende possibile valutare particolari eventi; la condivisione con la comunità scientifica rende possibile la diffusione del sapere in materia di chirurgia. Inoltre la disponibilità di una collezione di dati concentrati in un’unica workstation apre la strada ad applicazioni nel campo della telemedicina: la condivisione a distanza delle varie sorgenti raccolte e sincronizzate via WEB, tramite l’integrazione di un software per videoconferenza, permette di realizzare supporto remoto, e-learning, telementoring e teleproctoring. L’obiettivo di questa tesi è analizzare il processo di sviluppo di questo nuovo dispositivo medico denominato “OneView”, per poi passare alla progettazione di scenari specifici applicabili a diverse procedure chirurgiche.