Preparazione dei dati e generazione delle mappe di TC perfusionale nel cancro al polmone

L’introduzione della tomografia computerizzata nelle applicazioni oncologiche è stata rivoluzionaria per la diagnostica delle immagini di molti organi e apparati, superando i limiti della radiologia convenzionale. Questa tecnica rappresenta, infatti, un efficace strumento nella diagnosi e caratterizzazione di numerosi tumori, in quanto questo tipo di applicazione perfusionale amalgama informazioni di natura morfologica, tipiche della TC tradizionale, con studi funzionali sui tessuti in esame. Tuttavia, diversi problemi, tra cui la mancanza di un protocollo standard sia durante la fase di acquisizione dei dati, sia durante la fase di elaborazione dei dati, costituiscono un ostacolo per la trasposizione in clinica della TCp. In questo lavoro di Tesi si è trattato principalmente della modalità di analisi dei dati: ad oggi, infatti, non è ancora stato formulato un protocollo che stabilisca in modo univoco una tecnica di analisi delle mappe perfusionali risultanti dall’elaborazione delle immagini TCp. In particolare, si è tentato di affiancare ai classici metodi di analisi di immagini noti in letteratura un ulteriore tecnica che si basa sull’analisi voxel-by-voxel della regione d’interesse su più slice e non solo su quella di riferimento. Questo studio è stato fortemente motivato dall’elevato grado di eterogeneità che caratterizza molti tessuti neoplastici. A tal proposito, l’elaborato mira ad analizzare in modo qualitativo le mappe perfusionali di slice adiacenti a quella di riferimento e a verificare se queste possano restituire informazioni aggiuntive che risultino indispensabili ai fini della formulazione di una corretta diagnosi e scelta del piano terapeutico da applicare al paziente.

Produzione di 2-metilfurano da furfurale in fase gas con metanolo come reagente di H-transfer

La furfurale (FU) rappresenta una delle più importanti molecole piattaforma per la produzione di biocarburanti e prodotti chimici a partire dalle biomasse. L’elevato interesse che si nutre nei confronti di tale molecola è giustificato dall’ampio spettro di reazioni che possono essere condotte su di essa al fine di ottenere prodotti di interesse industriale, quali, ad esempio, il furfuril alcool (FAL) e il metilfurano (MFU). I processi attualmente utilizzati per la produzione di tali molecole usano H2 e costosi catalizzatori a base di metalli nobili. Un’alternativa interessante a questi processi è quella che prevede di utilizzare un alcool come fonte di idrogeno tramite un processo di H-transfer su catalizzatori a base di ossidi misti. Lo scopo di questa tesi è stata quindi la sintesi e lo studio delle proprietà catalitiche del sistema FeVO4, nella reazione di riduzione in fase gas della furfurale, usando metanolo come agente di H-transfer. Il catalizzatore è stato ottenuto mediante coprecipitazione dei precursori di Fe e V e successivamente calcinato. La caratterizzazione Raman e XRD ha confermato la bontà della procedura di sintesi. I risultati dei test catalitici hanno mostrato che nelle condizioni ottimali il sistema è altamente selettivo nella riduzione della FU a MFU, mentre i prodotti secondari sono 2-vinilfurano e 2,5-dimetilfurano. A causa della deposizione di specie carboniose sulla superficie del catalizzatore, la conversione della FU tende a diminuire col passare delle ore di reazione. Tuttavia il sistema risulta rigenerabile grazie ad un trattamento in aria a 450°C. Inoltre l’analisi XRD dei catalizzatori scaricati ha mostrato che l’ossido misto subisce un processo di riduzione a seguito dell’interazioni con il metanolo, in quanto la stechiometria Fe:V:O passa dal valore di 1:1:4 a valori di 1:1:3. Sulla base di questi dati il processo di produzione del MFU è stato ulteriormente ottimizzato effettuando un pretrattamento riduttivo del catalizzatore prima dei test catalitici.

Approccio strumentale per l'acquisizione del segnale epilettico

L’epilessia è una patologia neurologica cronica caratterizzata dalla tendenza, in un dato soggetto, a generare crisi convulsive spontanee, accompagnate generalmente da perdita di coscienza. Rappresenta uno fra i più frequenti disturbi neurologici cronici: l’1% della popolazione mondiale (circa 50 milioni) ne è affetta. Il presente elaborato di tesi ha analizzato le tecniche di imaging biomediche non invasive per lo studio dell’epilessia. Le tecniche PET, MEG e fMRI contribuiscono non solo a fornire una migliore comprensione dell’anatomia, della fisiologia e della connettività funzionale di specifiche aree cerebrali, ma consentono anche di localizzare determinate aree legate all’insorgenza e alla propagazione della crisi epilettica. Sono stati riportati studi clinici recenti che hanno investigato sull’uso di queste tecniche al fine di localizzare la zona epilettogena nei pazienti. Inoltre, gli studi si sono incentrati anche sullo sviluppo e sulla propagazione della crisi epilettica, fornendo delle indicazioni sulle possibili prospettive future relative alla tecnologia e all’elaborazione dei dati. L’analisi verrà condotta approfondendo le principali apparecchiature responsabili degli attuali sviluppi nelle ricerche sull’epilessia. Nello specifico, si effettuerà l’analisi della strumentazione partendo dai principi fisici alla base del suo funzionamento, per poi descriverne la struttura, le modalità di impiego per la specifica indagine e i futuri sviluppi.

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.

Troubleshooting di un impianto di disidratazione di gas naturale: un caso di studio

Il principale componente non idrocarburico contenuto nel gas naturale è l’acqua che viene rimossa mediante assorbimento con glicole trietilenico, il processo di trattamento più comune nella produzione di gas naturale. La presenza di acqua libera nel gas deve essere rimossa totalmente, per evitare la formazione di condensa nelle condizioni di trasporto e di distribuzione più critiche cioè a pressione elevata e a bassa temperatura. Obiettivo di questa tesi è l’analisi delle cause e dei fenomeni che portano a rilevanti perdite di glicole (TEG) in impianti di disidratazione del gas naturale operanti con elevate concentrazioni di CO2 e H2S nel gas di processo. Le perdite, in relazione alle diverse condizioni operative e concentrazioni dei gas menzionati, possono arrivare a raggiungere valori pari a 3-4 volte l'entità attesa, con punte che raggiungono 10 volte tali valori. Il lavoro di tesi è stato focalizzato su un impianto attualmente in esercizio, situato in Arabia Saudita. L’attività è stata condotta presso la Comart di Ravenna, azienda specializzata nella progettazione di impianti nel settore Oil&Gas. Inizialmente sono state studiate le caratteristiche di un impianto di disidratazione di gas naturale mediante assorbimento con glicole trietilenico. Dopo l’analisi delle possibili fonti di perdita, la colonna di alimentazione del ribollitore (Still Column) e il relativo condensatore, sulla base dei dati operativi degli impianti, sembra essere il punto su cui si concentrano le perdite. Vengono presentati i dettagli costruttivi di tale colonna al fine di determinarne i possibili malfunzionamenti. Scopo della tesi sarà l'identificazione, partendo dall'attuale configurazione dell’impianto, delle cause che portano a tali valori di perdite e l'individuazione di una configurazione colonna/condensatore (con eventuali altri equipment necessari) in grado di minimizzare le perdite contenendo al minimo i costi aggiuntivi della soluzione.

An experimental and modelling study of the capture of CO2 from gas mixtures with different techniques, with focus on multicomponent effects.

In the present work, the deviations in the solubility of CO2, CH4, and N2 at 30 °c in the mixed gases (CO2/CH4) and (CO2/N2) from the pure gas behavior were studied using the dual-mode model over a wide range of equilibrium composition and pressure values in two glassy polymers. The first of which was PI-DAR which is the polyimide formed by the reaction between 4, 6-diaminoresorcinol dihydrochloride (DAR-Cl) and 2, 2’-bis-(3, 4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride (6FDA). The other glassy polymer was TR-DAR which is the corresponding thermally rearranged polymer of PI-DAR. Also, mixed gas sorption experiments for the gas mixture (CO2/CH4) in TR-DAR at 30°c took place in order to assess the degree of accuracy of the dual-mode model in predicting the true mixed gas behavior. The experiments were conducted on a pressure decay apparatus coupled with a gas chromatography column. On the other hand, the solubility of CO2 and CH4 in two rubbery polymers at 30⁰c in the mixed gas (CO2/CH4) was modelled using the Lacombe and Sanchez equation of state at various values of equilibrium composition and pressure. These two rubbery polymers were cross-linked poly (ethylene oxide) (XLPEO) and poly (dimethylsiloxane) (PDMS). Moreover, data about the sorption of CO2 and CH4 in liquid methyl dietahnolamine MDEA that was collected from literature65-67 was used to determine the deviations in the sorption behavior in the mixed gas from that in the pure gases. It was observed that the competition effects between the penetrants were prevailing in the glassy polymers while swelling effects were predominant in the rubbery polymers above a certain value of the fugacity of CO2. Also, it was found that the dual-mode model showed a good prediction of the sorption of CH4 in the mixed gas for small pressure values but in general, it failed to predict the actual sorption of the penetrants in the mixed gas.

Membrane polimeriche per la separazione di gas e la cattura di CO2: effetto dell’invecchiamento e di plasticizzazione

I processi di separazione sono tra quelli che consumano più energia nelle nazioni maggiormente industrializzate, questo rende necessaria la ricerca continua di tecnologie e materiali che siano in grado di aumentarne l’efficienza. Uno dei principali campi di studio di questa ricerca riguarda la separazione di gas, in cui le membrane polimeriche si candidano come principale alternativa innovativa ai metodi classici. Questo lavoro di tesi mira all’analisi delle variabili che governano il trasposto di gas attraverso membrane polimeriche di tipo vetroso, alla comprensione dei fenomeni destabilizzanti quali aging e plasticizzazione in termini di cause ed effetti e alla primaria rielaborazione dei dati di letteratura relativi agli stessi fenomeni per verificare analiticamente quanto studiato nella parte precedente. Per fare ciò, operativamente, ci si è serviti del supporto di articoli scientifici che trattano il tema, andando ad estrapolare dati e informazioni rilevanti e delle indicazioni del professor Minelli che da anni è impegnato nella ricerca su questi materiali. Dopo una prima parte introduttiva riguardante le tecnologie a membrana e le loro applicazioni, si passa allo studio approfondito della teoria e alla discussione dei due fenomeni, ai quali viene dedicato un capitolo ciascuno per capirne nel dettaglio le implicazioni che comportano nell’utilizzo di tecnologie a membrane polimeriche. Nella rielaborazione ci si sofferma poi sui film sottili, nell’ordine del micron, che corrispondo alle dimensioni tipiche delle membrane utilizzate per la separazione di gas. Ci si focalizza su miscele contenenti anidride carbonica, gas di estremo interesse sia perché è uno dei maggiori contributori al fenomeno del surriscaldamento globale, sia perché è uno dei principali responsabili della plasticizzazione di un polimero, per via della sua buona solubilità. Si conclude l’elaborato con una breve analisi sulle possibili contromisure riguardanti aging e plasticizzazione.

Realizzazione e messa a punto degli impianti di raffreddamento e lubrificazione per una vettura di Formula SAE tramite analisi termofluidodinamica e acquisizione di telemetria in pista

L’obiettivo di questa tesi è illustrare quali siano stati i metodi di studio e le soluzioni adottate per ottimizzare gli impianti di raffreddamento e lubrificazione della monoposto da competizione sviluppata dal team Unibo Motorsport, in preparazione alla stagione di gara 2016 della Formula SAE®. Inizialmente saranno analizzate le principali problematiche di entrambi gli impianti attraverso simulazioni CFD (Computational Fluid Dynamics) e dati telemetrici degli anni passati. In seguito, saranno mostrati i diversi procedimenti di progettazione e il completamento degli impianti unitamente ad una loro valutazione economica. Infine, per verificare l’effettivo successo delle operazioni svolte a bordo vettura, verranno mostrate acquisizioni telemetriche relative alle gare ed altre simulazioni relative alle nuove geometrie sviluppate. Un altro obiettivo della trattazione è mettere a disposizione dei futuri membri del reparto motore un documento che contenga tutte le considerazioni fatte a riguardo degli impianti studiati. Questo è fondamentale all’interno di un ambiente come un team di Formula SAE®, dove ogni anno si ha il ricambio di una buona parte dei membri. Se gli studi svolti sugli impianti venissero persi, i nuovi arrivati si troverebbero a mettere le mani su un qualcosa di sconosciuto e lo sviluppo della vettura negli anni si troverebbe enormemente rallentato. Il “learning by doing” che ha sempre caratterizzato questo progetto viene infatti affiancato con armonia dalla possibilità di consultare esperienze pregresse relative al caso di studio considerato.

Metodi di analisi dei dati relativi alla sostenibilità ed ai consumi energetici dell’ambiente costruito

Nell' elaborato vengono descritti gli studi conseguiti sia a livello internazionale che nazionale riguardanti la sostenibilità e i consumi energetici dell' ambiente costruito, passando dai problemi di occupazione, crescita economica e riduzione di emissioni di gas ad effetto serra, proseguendo poi con gli obiettivi da adottare in termini anche di circular economy e industria 4.0 per arrivare ad un unico grande scenario, ovvero quello della Riqualificazione Energetica degli Edifici.

Stima dell'impatto ambientale delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione

Nel nuovo secolo l’uomo sta cercando di affrontare le problematiche del cambiamento climatico, che purtroppo sta già provocando fenomeni di frequenza ed intensità mai visti. Fra i diversi metodi per provare a mitigare le emissioni di gas serra vi è quello di sfruttare il settore delle Informations and Communications Technologies (ICT). Complessivamente si stima che le ICT consumino l’8-10% di elettricità in Europa e che siano responsabili del 4% delle emissioni di carbonio del continente. Questo lavoro analizza la letteratura scientifica che si è occupata degli studi relativi ai consumi ed alle emissioni legate alle ICT. L’analisi dell’impatto ambientale viene svolta tramite il metodo Life Cycle Assessment (LCA). Nella prima parte di questa tesi si analizzano le impronte di carbonio di diversi prodotti o servizi degni di nota fino ad arrivare in generale a tutto il settore delle ICT. Nella seconda, si valutano gli impatti ambientali di sistemi implementati con le ICT comparati con altri considerati tradizionali. In questo studio, vengono analizzati i benefici e le criticità del metodo di valutazione LCA usato per studiare le ICT. Gli studi con questa tecnica sono basati sempre e solo su un modello matematico, per cui dipendono dalle ipotesi dello studio e sono associati ad una sostanziale incertezza che va considerata nell’analisi finale. Per questo motivo, applicando questo metodo al singolo prodotto, i risultati possono essere utili per fornire una base di dati per futuri studi, considerando, tuttavia, che non si può definire in maniera rigida l’impatto per ogni prodotto. Piuttosto, l’LCA è risultata più efficace per fare una comparazione tra scenari ICT e non ICT per valutare come si possa usare la tecnologia per mitigare l’impatto ambientale. Le ICT sono il presente ed il futuro della società ed è proprio per questo che è necessario monitorarle e svilupparle consapevolmente, perché per quanto l’impatto ambientale di esse possa sembrare basso, non è mai nullo.

Acquisizione di segnali EEG durante compiti di reaching e decodifica mediante rete neurale convoluzionale

La decodifica dei segnali elettroencefalografici (EEG) consiste nell’analisi del segnale per classificare le azioni o lo stato cognitivo di un soggetto. Questi studi possono permettere di comprendere meglio i correlati neurali alla base del movimento, oltre che avere un’applicazione pratica nelle Brain Computer Interfaces. In questo ambito, di rilievo sono le reti neurali convoluzionali (Convolutional Neural Networks, CNNs), che grazie alle loro elevate performance stanno acquisendo importanza nella decodifica del segnale EEG. In questo elaborato di tesi è stata addestrata una CNN precedentemente proposta in letteratura, EEGNet, per classificare i segnali EEG acquisiti durante movimenti di reaching del braccio dominante, sulla base della posizione del target da raggiungere. I dati sono stati acquisiti su dieci soggetti grazie al protocollo sviluppato in questo lavoro, in cui 5 led disposti su una semicirconferenza rappresentano i target del movimento e l’accensione casuale di un led identifica il target da raggiungere in ciascuna prova. I segnali EEG acquisiti sono stati quindi ricampionati, filtrati e suddivisi in epoche di due secondi attorno all’inizio di ciascun movimento, rimuovendo gli artefatti oculari mediante ICA. La rete è stata valutata in tre task di classificazione, uno a cinque classi (una posizione target per classe) e due a tre classi (raggruppando più posizioni target per classe). Per ogni task, la rete è stata addestrata in cross-validazione utilizzando un approccio within-subject. Con questo approccio sono state addestrate e validate 15 CNNs diverse per ogni soggetto. Infine, è stato calcolato l’F1 score per ciascun task di classificazione, mediando i risultati sui soggetti, per valutare quantitativamente le performance della CNN che sono risultati migliori nel classificare target disposti a destra e a sinistra.

Analisys of gas permeability in perfluorosufonated polymeric membranes for CO2 separation

The present thesis focuses on the permebility analisys of Aquivion® 980 Perfluoro sulfonic acid (PFSA) polymer with particular reference to the influence of the equivalent weight (gram of polymer per molSO3H) on the permeation properties. Aquivion grade tested, indeed, were characterized by a lower equivalent weight ( 870 g/molSO3H against 980 of the present material) with respect to data present in the open literature. Permeability of different gases (CO2, N2, and CH4) was tested at different temperatures and different humidity, a parameter which greatly influences the gas transport in such hydrophilic material- Aquivion® swells consistently in humid conditions increasing its gas permeability of more than one order of magnitude with respect to values prevailing in dry conditions. Present data confirm such behavior being the permeability of all gases and vapors tested substantially increased in presence of water. Interestingly the increase in permeability results be similar for all the gases inspected, hence such enhanced permeation capability is not associated to a selectivity loss that happens in polymeric membranes. Although, the results, of CO2, are lower compared to those obtained with the different grades, with lower equivalent weight, of Aquivion, thus suggesting that an increase of this parameter is detrimental for both permeability and selectivity of the membranes with respect to CO2. This is likely related to the fact that a lower content of SO3H groups makes it difficult to have an interconnected water domain inside the membranes. A modeling approach was considered to describe the experimental data and to give a better insight into the observed behavior, unfortunately, it resulted not sensitive enough to catch the differences between the gas permeability in PSFAs with high and low equivalent weight. The latter were indeed usually contained within 10-20% which results to be the in the same range of model precision when used in a predictive way.

Polymerization of isatin towards polymers for anion exchange membranes and gas separation applications

In a world where the problem of energy resources, pollution and all aspects related to these issues become more and more dominant, a greater commitment is needed in the search for solutions. The goal of this project is to make a contribution to the research and development of new materials to reduce the environmental impact in some fields. First of all, we tried to synthesize and prepare an isatin-based membrane which has the potential for use in separating industrial gases. Furthermore, ion exchange membranes, specifically hydroxide exchange membranes (HEMs) derived from the same product can be developed for fuel cells (HEMFC) applications. These materials are essential for energy conversion and storage. The most difficult challenge is to guarantee their thermal stability and stability in corrosive environments such as alkali without losing efficiency. In recent years the poly- hydroxyalkylation catalysed with superacids, e.g. TFSA, has become increasingly studied. This reaction is exploited for the synthesis of the compounds of this thesis. After a preliminary optimization of the reaction conditions it was concluded that due to the rigidity and excessive reactivity of the system, it was not possible to obtain the isatin-based membrane to evaluate the gas separation properties. The synthesis of precursor materials for HEMs was successful by using 1-(4-bromobutyl)indoline-2,3-dione (BID) instead of isatin. A characterization of the obtained polymers was carried out using NMR, TGA and DSC analyses, and subsequently the membranes were functionalized with different ammonium-based cations. Unfortunately, this last step was not successful due to the appearance of side reactions. Future studies on the mechanism and kinetics of the reaction solve this obstacle.

Algoritmo di tagging di raggi cosmici in un sistema di acquisizione triggerless per un esperimento di fisica di particelle su fascio

I raggi cosmici sono una fonte naturale di particelle ad alta energia di origine galattica e extragalattica. I prodotti della loro interazione con l’atmosfera terrestre giungono fino alla superficie terrestre, dove vengono rilevati dagli esperimenti di fisica delle particelle. Si vuole quindi identificare e rimuovere questo segnale. Gli apparati sperimentali usati in fisica delle particelle prevedono dei sistemi di selezione dei segnali in ingresso (detti trigger) per rigettare segnali sotto una certa soglia di energia. Il progredire delle prestazioni dei calcolatori permette oggi di sostituire l’elettronica dei sistemi di trigger con implementazioni software (triggerless) in grado di selezionare i dati secondo criteri più complessi. TriDAS (Triggerless Data Acquisition System) è un sistema di acquisizione triggerless sviluppato per l’esperimento KM3NeT e utilizzato recentemente per gestire l’acquisizione di esperimenti di collisione di fascio ai Jefferson Lab (Newport News, VA). Il presente lavoro ha come scopo la definizione di un algoritmo di selezione di eventi generati da raggi cosmici e la sua implementazione come trigger software all’interno di TriDAS. Quindi si mostrano alcuni strumenti software sviluppati per costruire un ambiente di test del suddetto algoritmo e analizzare i dati prodotti da TriDAS.

Studio e progettazione di un impianto di riscaldamento radiante con lampade catalitiche alimentate a gas naturale a servizio di un capannone industriale

Oggetto di studio della tesi è la riqualificazione energetica di un capannone industriale. Dati gli elevati costi della materia prima combustibile, è stata sviluppata una soluzione che possa ridurre il consumo di gas naturale. Nel capannone sono attualmente installati dei sistemi costituiti da caldaie ed aerotermi. Il sistema studiato prevede invece l'impiego di lampade catalitiche. Esse sono dispositivi in grado di generare calore e scaldare gli oggetti circostanti tramite irraggiamento. L'impianto esistente lavora per convezione; data la grande volumetria del locale tale modalità di trasmissione del calore risulta poco efficiente. Nello studio vengono presentati vantaggi e criticità di entrambe le tecnologie. Particolare attenzione viene rivolta all'aspetto legato alla sicurezza, dato che le lampade catalitiche richiedono che la rete del gas cammini per alcuni tratti all'interno della struttura. A completamento dello studio è stata effettuata un'analisi tecnico-economica per valutare l'effettivo vantaggio del nuovo impianto. Durante ogni fase di verifica e progettazione è stata rispettata la normativa vigente.