Classificazione di Radiografie Toraciche per la Diagnosi del COVID-19 con Reti Convoluzionali e Vision Transformer

Negli ultimi due anni, per via della pandemia generata dal virus Covid19, la vita in ogni angolo del nostro pianeta è drasticamente cambiata. Ad oggi, nel mondo, sono oltre duecentoventi milioni le persone che hanno contratto questo virus e sono quasi cinque milioni le persone decedute. In alcuni periodi si è arrivati ad avere anche un milione di nuovi contagiati al giorno e mediamente, negli ultimi sei mesi, questo dato è stato di più di mezzo milione al giorno. Gli ospedali, soprattutto nei paesi meno sviluppati, hanno subito un grande stress e molte volte hanno avuto una carenza di risorse per fronteggiare questa grave pandemia. Per questo motivo ogni ricerca in questo campo diventa estremamente importante, soprattutto quelle che, con l'ausilio dell'intelligenza artificiale, riescono a dare supporto ai medici. Queste tecnologie una volta sviluppate e approvate possono essere diffuse a costi molto bassi e accessibili a tutti. In questo elaborato sono stati sperimentati e valutati due diversi approcci alla diagnosi del Covid-19 a partire dalle radiografie toraciche dei pazienti: il primo metodo si basa sul transfer learning di una rete convoluzionale inizialmente pensata per la classificazione di immagini. Il secondo approccio utilizza i Vision Transformer (ViT), un'architettura ampiamente diffusa nel campo del Natural Language Processing adattata ai task di Visione Artificiale. La prima soluzione ha ottenuto un’accuratezza di 0.85 mentre la seconda di 0.92, questi risultati, soprattutto il secondo, sono molto incoraggianti soprattutto vista la minima quantità di dati di training necessaria.

L'HBIM semantico per la catalogazione e la fruizione dei Beni Culturali. Il caso studio della Chiesa di Santa Maria delle Vergini (MC) e la piattaforma Inception.

Questa tesi di laurea si pone l’obiettivo di investigare alcune delle nuove frontiere offerte dalla crescita sincretica e multidisciplinare dei linguaggi digitali applicati all’architettura e ai beni culturali. Si approfondiranno i concetti teorici fondamentali dell’informazione digitale: il web semantico come ambiente di scambio, i metadata come informazioni sui dati, i LOD (Link Open Data) come standard e fine. Per l’ambito dei beni culturali verranno presentati i temi di ricerca e sviluppo nel campo della catalogazione e fruizione digitali: ontologie, dizionari normalizzati aperti, database (Catalogo Digitale), etc. Per l’ambito edilizio-architettonico verrà introdotto l’Heritage Building Information Modeling (HBIM) semantico come metodologia multidisciplinare focalizzata su rilievo geometrico, modellazione, archiviazione e scambio di tutte le informazioni utili alla conoscenza e conservazione dei beni storici. Il punto d’incontro tra i due mondi è individuato nella possibilità di arricchire le geometrie attraverso la definizione di una semantica (parametri-metadati) relazionata alle informazioni (valori-dati) presenti nei cataloghi digitali, creando di fatto un modello 3D per architetture storiche con funzione di database multidisciplinare. Sarà presentata la piattaforma web-based Inception, sviluppata dall’omonima startup incubata come spinoff dall’Università di Ferrara, che, tra le diverse applicazioni e potenzialità, verrà utilizzata come strumento per la condivisione e fruizione, garantendo la possibilità di interrogare geometrie e metadati in continuità con i principi LOD. Verrà definito un workflow generale (procedure Scan2BIM, modellazione geometrica, definizione script per l’estrazione automatica dei dati dal Catalogo Digitale, associazione dati-geometrie e caricamento in piattaforma) successivamente applicato e adattato alle precise necessità del caso studio: la Chiesa di S. Maria delle Vergini (MC), su commissione dell’ICCD referente al MiBACT.

Descriptive Text Mining in ambito medico: applicazione della metodologia POIROT

Poiché la nostra conoscenza collettiva continua ad essere digitalizzata e memorizzata, diventa più difficile trovare e scoprire ciò che stiamo cercando. Abbiamo bisogno di nuovi strumenti computazionali per aiutare a organizzare, rintracciare e comprendere queste vaste quantità di informazioni. I modelli di linguaggio sono potenti strumenti che possono essere impiegati per estrarre conoscenza statisticamente significativa ed interpretabile tramite apprendimento non supervisionato, testuali o nel codice sorgente. L’obiettivo di questa tesi è impiegare una metodologia di descriptive text mining, denominata POIROT, per analizzare i rapporti medici del dataset Adverse Drug Reaction (ADE). Si vogliono stabilire delle correlazioni significative che permettano di comprendere le ragioni per cui un determinato rapporto medico fornisca o meno informazioni relative a effetti collaterali dovuti all’assunzione di determinati farmaci.

Produzione dei bulbi piliferi tramite bioprining

I costrutti della pelle umana bioingegnerizzati (HSC) hanno il potenziale per fornire una terapia efficace per quei pazienti con lesioni cutanee significative e consente anche uno screening farmacologico rilevante per le malattie della pelle; tuttavia, l'integrazione di appendici cutanee ingegnerizzate, come i follicoli piliferi (HF), negli HSC rimane una grande sfida. Un gruppo di ricercatori della Columbia University della Irving Medical Center (CUMC) ha dimostrato un approccio biomimetico per la generazione di HF umani all'interno di HSC ricapitolando l'organizzazione fisiologica 3D delle cellule nel microambiente degli HF usando stampi stampati in 3D. La sovraespressione di Lef-1 nelle cellule della papilla dermica (DPC) ripristina la firma trascrizionale DPC intatta e migliora significativamente l'efficienza della differenziazione degli HF negli HSC. Inoltre, la vascolarizzazione prima dell'innesto degli HSC, contenenti HF, permette un'efficiente crescita dei capelli umani nei topi immunodeficienti. La capacità di rigenerare un intero HF da cellule umane coltivate avrà un impatto trasformativo sulla gestione medica di diversi tipi di alopecia, nonché sulle ferite croniche, che rappresentano i principali bisogni medici non soddisfatti.

Fascicolo Sanitario Elettronico: Presente e Futuro

La tesi propone un'analisi del Fascicolo Sanitario Elettronico. Il Fascicolo Sanitario Elettronico è uno strumento che, con la telemedicina e le tecnologie ITC, conforma la Sanità Digitale. La sua funzione principale è l'archiviazione di dati e documenti sanitari, ma l'essere una sorta di digitalizzazione delle cartelle cliniche è solo uno dei compiti dell'FSE, la sua utilità comprende una serie di servizi che mirano a facilitare il tracciamento e monitoraggio degli eventi medici che sperimentano i cittadini. Grazie all'FSE è possibile che medici ed operatori sanitari presso diversi ospedali e cliniche possano apprendere l'intera storia clinica del paziente con un click. Nel 2020, con la diffusione del coronavirus, sono stati evidenziati diversi dei problemi che già erano stati riscontrati nel funzionamento dell'FSE, dunque questo documento si pone l'obiettivo di presentare questa tecnologia, il suo funzionamento attuale, le problematiche, e gli obiettivi che mirano al suo miglioramento. Da qualche anno, diversi paesi in giro per il mondo, si sono interessati nello sviluppo di questa tecnologia, con lo scopo di modernizzare e migliorare la salute pubblica, ma, in seguito alla diffusione della pandemia, il fascicolo si è ritrovato al centro dell'attenzione dell'universo sanitario, perciò la decisione di trattare questo tema attualissimo.

Assessing model credibility of CT-Based finite element model to predict bone strength

Osteoporosis is one of the major causes of mortality among the elderly. Nowadays, areal bone mineral density (aBMD) is used as diagnostic criteria for osteoporosis; however, this is a moderate predictor of the femur fracture risk and does not capture the effect of some anatomical and physiological properties on the bone strength estimation. Data from past research suggest that most fragility femur fractures occur in patients with aBMD values outside the pathological range. Subject-specific finite element models derived from computed tomography data are considered better tools to non-invasively assess hip fracture risk. In particular, the Bologna Biomechanical Computed Tomography (BBCT) is an In Silico methodology that uses a subject specific FE model to predict bone strength. Different studies demonstrated that the modeling pipeline can increase predictive accuracy of osteoporosis detection and assess the efficacy of new antiresorptive drugs. However, one critical aspect that must be properly addressed before using the technology in the clinical practice, is the assessment of the model credibility. The aim of this study was to define and perform verification and uncertainty quantification analyses on the BBCT methodology following the risk-based credibility assessment framework recently proposed in the VV-40 standard. The analyses focused on the main verification tests used in computational solid mechanics: force and moment equilibrium check, mesh convergence analyses, mesh quality metrics study, evaluation of the uncertainties associated to the definition of the boundary conditions and material properties mapping. Results of these analyses showed that the FE model is correctly implemented and solved. The operation that mostly affect the model results is the material properties mapping step. This work represents an important step that, together with the ongoing clinical validation activities, will contribute to demonstrate the credibility of the BBCT methodology.

Bioinchiostri per il monitoraggio continuo e non invasivo della glicemia

Il diabete mellito è una delle malattie più diffuse al mondo ed i casi accertati aumentano ogni anno. Dai primi metodi di monitoraggio della glicemia attraverso ripetute punture, oggi si punta maggiormente su un monitoraggio continuo dei parametri di interesse. Sebbene le innovazioni tecnologiche legate al controllo del diabete si siano largamente fatte strada negli ultimi anni, spesso la praticità, i costi e la manutenzione di tali dispositivi non sono aspetti ottimali per gli individui che ne devono fare uso. L’obbiettivo tecnologico dei giorni d’oggi è quello di aumentare l’autonomia degli individui nell’utilizzo di dispositivi professionali per il miglioramento del proprio stile di vita, a maggior ragione in ambito medico-biologico. Questo elaborato analizza l’evoluzione dei metodi di rilevazione dei parametri legati alla malattia del diabete, con particolare attenzione sulle recenti proposte di innovazione tecnologica. Inoltre, si ripropone di evidenziare il metodo più efficace tra quelli esaminati: l’utilizzo di bioinchiostri come reagenti sottocutanei. Questa tecnica innovativa si ripromette di diminuire fortemente i costi e gli sprechi legati ai dispositivi monouso. Inoltre, permette una maggiore raccolta di informazioni continuative, attraverso la proposta di un accoppiamento con dispositivi mobili, largamente diffusi ai giorni d’oggi, da poter condividere facilmente e comodamente con il proprio gruppo di medici.

Planning preoperatorio basato sulla ricostruzione di un avatar muscolo-scheletrico customizzato

L’obbiettivo dell’elaborato che segue è quello di fornire a medici e chirurghi uno strumento di valutazione dei trattamenti di cura, per pazienti affetti da malattie del sistema muscolo scheletrico e della deambulazione. Lo studio incomincia dall’analisi del movimento del paziente tramite strumenti di gate analysis. Impiegando come modello la ricostruzione dell’apparato muscolo scheletrico del paziente, tramite sistemi di modellazione 3Dda TAC (Tomografia Assiale Computerizzata) o risonanza magnetica, realizzando un modello personalizzato che verrà analizzato tramite il software OpenSim. Tramite lo studio del movimento andremo successivamente ad identificare le forze articolari agenti sul ginocchio e grazie alla modellazione FEM (Finite Element Method) verrà realizzato uno strumento di valutazione della strategia operatoria ottimale per il paziente, simulando l’operazione del ginocchio, che agisce sulle forze muscolari variando le forze agenti sull’articolazione e come queste variazioni modificano l’andamento delle tensioni nell’articolazione.

Monitoraggio e Sviluppo di un sistema di Health Technology Management in contesti poveri di risorse: il caso dell'ospedale St. Luke Hospital, Wolisso

L’elaborato descrive il progetto di tesi volto allo studio, con implementazione pratica, del monitoraggio e sviluppo di un sistema di Health Technology Management in paesi con scarse risorse. Questo ha l’obbiettivo di minimizzare gli sprechi e le situazioni di emergenza dovute all’indisponibilità di dispositivi. Il progetto è stato sviluppato presso il St. Luke Catholic Hospital di Wolisso, in Etiopia dove la gestione dei dispositivi medici era stata avviata in una precedente missione con la creazione de: il primo Equipment Inventory, assegnati i ruoli del team, avviate le prime PPM e un Maintenance Record System. L’elaborato tratterà di una panoramica generale del sistema di HTM, degli obbiettivi e i benefici che apporta. A seguire si descriverà la gestione dei dispositivi nei relativi step, prendendo come linea guida l’Ospedale Bufalini, struttura in cui si è svolto il tirocinio in preparazione. Successivamente si contestualizzerà il luogo di svolgimento del progetto per dare maggiore consapevolezza della situazione sociosanitaria presente. Dopo di che si descriveranno le fasi di lavoro svolte sul campo. Nel follow up, si è attuata un’analisi generale dello stato della Struttura Sanitaria e di ciò che si era mantenuto nel tempo, svolgendo un controllo dell’aderenza dell’Inventory, con l’attuale situazione presente ed è stato aggiornato. Sono stati controllati i processi gestionali volti a garantire una chiara tracciabilità dei guasti e dei costi sostenuti. A seguire si tratterà il monitoraggio dei Piani di Manutenzione Preventiva, i loro svolgimenti e il relativo ampliamento in termini di dispositivi e protocolli; si accenna, al funzionamento e la manutenzione di un’ambiente nuovo nell’ospedale, quale l’Oxygen Plant. Infine, si tratterà lo sviluppo di un software gestionale contenente il planner delle manutenzioni preventive. Si conclude l’elaborato con una raccolta di tutti i risultati ottenuti e con riflessioni volte a possibili sviluppi futuri.

Presentazione del progetto di Jacopo Fo Il Teatro Fa Bene: il teatro come strumento di promozione e informazione sanitaria per le donne in Mozambico

Questo elaborato si propone di presentare il progetto Il Teatro Fa Bene realizzato da Jacopo Fo in collaborazione con Eni Foundation e i Medici con l’Africa CUAMM, con l’obiettivo di dimostrare che l’arte del teatro può essere uno strumento di sensibilizzazione e cambiamento attraverso la propria forza emotiva e tramite il suo linguaggio universale, quello del corpo. Lo spettacolo è stato ideato allo scopo di portare informazione e prevenzione sanitaria nella regione di Cabo Delgado, a nord del Mozambico, al fine di promuovere la salute materno-infantile e la partecipazione delle donne nei Centri di Salute che il CUAMM gestisce nel paese. Il primo capitolo offre una rapida panoramica della storia mozambicana focalizzandosi sugli eventi sociali più rilevanti per contestualizzare il progetto che viene esposto; nel secondo capitolo, invece, si trattano più da vicino i fattori che determinano la scarsa affluenza nei centri di salute come conseguenza del forte legame con la tradizione medica dei “curandeiros”. Il terzo capitolo presenta il progetto e ne descrive le fasi di sviluppo, includendo la trama dello spettacolo ed esponendo i cambiamenti rilevati in seguito all’iniziativa; infine, il quarto comprende una piccola intervista che Jacopo Fo ha gentilmente concesso telefonicamente.

Integrazione di Digital Twins e Mixed Reality: Un Caso di Studio

Questa tesi ha come proposito esplorare le architetture che integrano i Digital Twins in applicazioni di Mixed Reality. L’obiettivo cardine è quello di mostrare una possibile realizzazione di un sistema di questo tipo. Per raggiungere l’obiettivo posto si è scelto di progettare un sistema che sia realizzabile come soluzione in un contesto reale. La tesi è strutturata in modo tale da offrire al lettore una presentazione generale delle tecnologie utilizzate mantenendole ben distinte. Successivamente viene analizzata la possibilità di unire queste tecnologie presentando quindi delle possibili implementazioni. Come Caso di Studio si è scelto di realizzare un’applicazione a supporto dei medici che offrisse, durante un’operazione chirurgica, la possibilità di visualizzare il monitor dei parametri vitali tramite ologramma. L’architettura presentata viene suddivisa in tre sottosistemi indipendenti in base alla tecnologia presa di riferimento. Le macro sezioni presentate sono: Physical Asset, Digital Twins e Hologram. Questi sottosistemi vengono analizzati uno per volta e successivamente viene realizzata l’architettura inerente. Terminata la realizzazione del sistema, vengono presentate al lettore delle alternative architetturali con annesse le possibili implementazioni.

Applicazione del paradigma Digital Twin nell'ambito della gestione di sale operatorie per AUSL Romagna: Dashboard per la visualizzazione dei dati

Oggigiorno, il termine Digital Twin è ampiamente diffuso. Questo concetto si riferisce a un paradigma utilizzato per la prima volta nel 1970, in una missione spaziale statunitense. Un Digital Twin è un gemello digitale, un modello che simula e raccoglie i dati di un oggetto o essere vivente del mondo reale. I Digital Twin sono sviluppati in molti settori e aziende. Tra queste troviamo Fameccanica, la quale ha costruito dei modelli digitali dei propri macchinari per migliorare la formazione dei manutentori e la produzione, Chevron che ha ridotto i costi di manutenzione, General Elettric che associa a ogni turbina venduta un Digital Twin per mantenerla controllata grazie a dei sensori posti sulla turbina stessa. Risulta importante utilizzare i Digital Twin in ambito medico per tracciare la salute del paziente, simulare eventuali interventi e gestire gli ospedali. In particolare, le strutture ospedaliere dell’Emilia Romagna non sono ottimizzate dal punto di vista economico. Infatti, la sala operatoria rappresenta la principale spesa che AUSL Romagna deve affrontare ma, attualmente, l’organizzazione degli interventi non è efficiente. Pertanto, in seguito a problemi sollevati dai referenti di AUSL Romagna, è stato deciso di realizzare un progetto per la tesi riguardante questo ambito. Per risolvere i problemi riscontrati si realizzerà un prototipo di un Digital Twin delle sale operatorie per poter minimizzare i costi. Grazie alla raccolta, in real-time, dei dati memorizzati nel gemello digitale, si possono pianificare al meglio gli interventi in base alla disponibilità delle sale operatorie. Il progetto assume dimensioni considerevoli per questo motivo è stato suddiviso in tre moduli: una componente che si occupa di standardizzare i dati, un Digital Twin che mantiene i dati relativi allo stato attuale delle sale operatorie e un’interfaccia utente che si occupa di visualizzare i dati ai medici.

Simulazione fluidodinamica e fluidostrutturale di un tratto aortico addominale

L'obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di simulare il comportamento di un'aorta addominale con e senza aneurismatica, considerando sia la fluidodinamica del flusso sanguigno, sia lo spostamento elastico meccanico dell'aorta, quindi come il primo fattore influisca sul secondo e viceversa. Questo elaborato si propone pertanto di investigare gli strumenti che permettano di intervenire ed evitare situazioni degenerative in ambito cardiovascolare. Partendo dal caso di aneurisma dell'aorta addominale (AAA) e servendosi di una serie di strumenti computazionali è possibile compiere un confronto tra quadri clinici di diversi pazienti per favorire e facilitare il lavoro di medici e chirurghi, stabilendo una rapida correlazione tra la cattura di immagini in tempo reale dei pazienti attraverso TAC (Tomografia Assiale Computerizzata) e i parametri d’interesse nella formazione di aneurismi. Si fornisce in questo modo al professionista che li osserva un’immediata ed efficiente comprensione del quadro clinico sulla base del quale potrà decidere se e come intervenire.

Analisi e progettazione di un nuovo magazzino automatico all'interno di un'azienda leader internazionale nell'impiantistica industriale: il caso Sacmi

La tesi è basata sul dimensionamento e l’analisi degli articoli che possono andare all’interno di un nuovo magazzino. Il progetto nasce dalla necessità di espandere il centro di stoccaggio attuale. Verranno costruiti un magazzino Autostore, una struttura più compatta ed efficiente nello stoccaggio della merce, ed un nuovo magazzino pallet servito da traslo elevatori. Dato che i materiali all’interno dell’Autostore devono essere stoccati all’interno di cassette più piccole rispetto ad un pallet, è stato necessario stimare il numero di articoli idonei a questo tipo di stoccaggio sia dal punto di vista del peso che dal punto di vista volumetrico, dato che di solo un 30% dei codici si è a conoscenza delle dimensioni. L’analisi si è sviluppata tramite stime in base a quanti codici siano presenti all’interno dei pallet e la loro quantità al suo interno. Da questa stima si sono ricavate tre categorie, verde, arancione e rossa che identificano se i materiali risultano idonei oppure no. I primi sono quelli che possono andare all’interno dell’Autostore, i secondi risultano essere border line, mentre i terzi non possono andare all’interno sicuramente. Degli articoli in esame sono state estratte anche le giacenze medie nei 3 anni passati, in modo tale da dimensionare adeguatamente i magazzini, le entrate merci, così da vedere quante baie di carico sono necessarie e le varie tipologie di movimento legate ai prelievi e le tempistiche di prelievo per ogni baia di scarico, in modo tale da valutare le minime prestazioni che il nuovo magazzino deve soddisfare. Sono stati calcolati anche dei flussi di materiale, uscente ed entrante dall’azienda, in modo tale da individuare la posizione ottimale del nuovo centro di stoccaggio. Infine sono state dimensionate e costificate le due soluzioni: quella Autostore che può ospitare tutti gli articoli della categoria verde, di cui sono stati sviluppati due scenari, mentre quella del magazzino automatico pallet che contiene le altre due categorie.