Biomechanical modeling of parotid glands morphing in head & neck radiation therapy treatments

Durante i trattamenti radioterapici dei pazienti oncologici testa-collo, le ghiandole parotidee (PGs) possono essere indebitamente irradiate a seguito di modificazioni volumetriche-spaziali inter/intra-frazione causate da fattori quali il dimagrimento, l’esposizione a radiazioni ionizzanti ed il morphing anatomico degli organi coinvolti nelle aree d’irraggiamento. Il presente lavoro svolto presso la struttura di Fisica Medica e di Radioterapia Oncologica dell’A.O.U di Modena, quale parte del progetto di ricerca del Ministero della Salute (MoH2010, GR-2010-2318757) “ Dose warping methods for IGRT and Adaptive RT: dose accumulation based on organ motion and anatomical variations of the patients during radiation therapy treatments ”, sviluppa un modello biomeccanico in grado di rappresentare il processo di deformazione delle PGs, considerandone la geometria, le proprietà elastiche e l'evoluzione durante il ciclo terapeutico. Il modello di deformazione d’organo è stato realizzato attraverso l’utilizzo di un software agli elementi finiti (FEM). Molteplici superfici mesh, rappresentanti la geometria e l’evoluzione delle parotidi durante le sedute di trattamento, sono state create a partire dai contorni dell’organo definiti dal medico radioterapista sull’immagine tomografica di pianificazione e generati automaticamente sulle immagini di setup e re-positioning giornaliere mediante algoritmi di registrazione rigida/deformabile. I constraints anatomici e il campo di forze del modello sono stati definiti sulla base di ipotesi semplificative considerando l’alterazione strutturale (perdita di cellule acinari) e le barriere anatomiche dovute a strutture circostanti. L’analisi delle mesh ha consentito di studiare la dinamica della deformazione e di individuare le regioni maggiormente soggette a cambiamento. Le previsioni di morphing prodotte dal modello proposto potrebbero essere integrate in un treatment planning system per metodiche di Adaptive Radiation Therapy.

La termografia come strumento per la caratterizzazione costruttiva delle pareti murarie: un'esperienza di laboratorio condotta su un modello dal vero

Il lavoro svolto si concentra sulla termografia attiva e su come essa possa essere usata come tecnica diagnostica non distruttiva. La sperimentazione ha visto la realizzazione di un modello di prova consisntente in una porzione di muro a forma di c costituito da mattoni pieni, intonacato solo su un lato. Attraverso il riscaldamento della porzione intonacata e tramite l'utilizzo di termocoppie sono state monitorate le temperature superficiali interne ed esterne e dell'ambiente interno ed esterno. In fase di raffreddamento il monitoraggio è stato implementato dalle riprese termografiche effettuate ad istanti di tempo regolari, riprendendo la superficie intonacata e riscaldata. Elaborando le immagini è stato possibile individuare sia la tessitura muraria che la discontinuità inserita in fase di costruzione. Per avere una verifica è stato realizzato, tramite un software, un modello bidimensionale dell'elemento studiato, ed è stato studiato il raffreddamento in condizioni dinamiche. Si osserva che i risultati ottenuti sono qualitativamente opposti a quelli riscontrati dalle immagini della sperimentazione, uno dei motivo può essere attribuito all'alta tridimensionalità del problema reale che il modello non tiene in considerazione.

Sistema di visione stereo su architettura ZYNQ

Lo scopo della tesi è creare un’architettura in FPGA in grado di ricavare informazioni 3D da una coppia di sensori stereo. La pipeline è stata realizzata utilizzando il System-on-Chip Zynq, che permette una stretta interazione tra la parte hardware realizzata in FPGA e la CPU. Dopo uno studio preliminare degli strumenti hardware e software, è stata realizzata l’architettura base per la scrittura e la lettura di immagini nella memoria DDR dello Zynq. In seguito l’attenzione si è spostata sull’implementazione di algoritmi stereo (rettificazione e stereo matching) su FPGA e nella realizzazione di una pipeline in grado di ricavare accurate mappe di disparità in tempo reale acquisendo le immagini da una camera stereo.

Comparazione strutturale di componenti realizzati a terra e nello spazio mediante tecniche additive

Questo lavoro di tesi mira ad indagare, a livello preliminare, quali siano i vantaggi e gli svantaggi a livello strutturale legati alla possibilità di realizzare componenti per mezzi spaziali con tecnologie di Rapid Prototyping direttamente nello spazio: questa possibilità verrà confrontata con il caso in cui gli stessi componenti siano realizzati a terra e poi inviati nello spazio con un lanciatore. Nonostante si siano riscontrati dei limiti derivanti dalla carenza di dati tecnici sulle caratteristiche meccaniche dei materiali, è stata sviluppata una metodologia che ha fornito l’opportunità, seppur con grandi approssimazioni, di valutare il problema. Il punto di partenza dell’attività è stato quello di visionare figure ed immagini di mezzi spaziali e di scegliere alcuni componenti che possano essere oggetto di manutenzione o sostituzione in volo. Sei componenti sono stati poi modellati al CAD, ed è stata condotta un’analisi ad elementi finiti (FEM) mediante il software MSC Patran/Nastran, con lo scopo di simulare la risposta strutturale nelle diverse condizioni di carico prese in considerazione. Seppur a livello qualitativo e del tutto preliminare, sono stati svolti dei confronti in termini di massa e tensioni per valutare in quali casi sembra sia conveniente realizzare un componente a terra con tecnologie tradizionali, e in quali sembra sia vantaggioso utilizzare nuove tecnologie di prototipazione rapida stampando direttamente il componente nello spazio.

?Sabra volar el mar? di Jose Corredor-Matheos. Proposta di traduzione di un libro di poesia illustrata per l'infanzia.

Il seguente elaborato presenta la proposta di traduzione verso l’italiano del libro di poesia per l’infanzia “¿Sabrá volar el mar?” (2010), dell’autore spagnolo José Corredor-Matheos, illustrato da Noemí Villamuza ed edito dalla casa editrice spagnola El Jinete Azul. “¿Sabrá volar el mar?” è composto da 25 poesie brevi ed è diviso in 4 sezioni, ognuna delle quali ha un titolo che suggerisce al lettore le tematiche affrontate nelle poesie seguenti. Le poesie raccolte in questo libro creano un complesso gioco di specchi e ci invitano a guardare ciò che ci circonda da un punto di vista diverso, a porci delle domande su quanto diamo per scontato e a vedere la vita come un assurdo e inutile mistero a cui abbandonarsi con gioia e spontaneità. Si tratta di un libro “atipico” ed eterogeneo, con componimenti che si rifanno a una ninna nanna, altri a un haiku giapponese e altri ancora alla tradizione classica occidentale. Una raccolta di poesie che possono essere apprezzate tanto dai bambini quanto dagli adulti, perché il linguaggio delle emozioni è comprensibile a tutte le età. Durante il processo di traduzione è stato necessario prestare particolare attenzione all’aspetto fonetico e ritmico, alla stretta interazione tra parole e immagini, alle metafore e alle scelte lessicali. Il lavoro è suddiviso in diverse sezioni: un’introduzione di riflessione sul lavoro del poeta e del traduttore, seguita dal motivo della scelta del libro; la presentazione del libro originale e del suo autore; la proposta di traduzione con relativo commento alle problematiche traduttive e alle diverse strategie impiegate; l’intervista realizzate all’editore Antonio Ventura; una scheda di presentazione editoriale; e infine una breve analisi del ruolo della letteratura e in particolare della poesia, sia per l’infanzia che per un pubblico adulto.

Funzioni di Sobolev

In questa tesi cercherò di analizzare le funzioni di Sobolev su R}^{n}, seguendo le trattazioni Measure Theory and Fine Properties of Functions di L.C. Evans e R.F.Gariepy e l'elaborato Functional Analysis, Sobolev Spaces and Partial Differential Equations di H. Brezis. Le funzioni di Sobolev si caratterizzano per essere funzioni con le derivate prime deboli appartenenti a qualche spazio L^{p}. I vari spazi di Sobolev hanno buone proprietà di completezza e compattezza e conseguentemente sono spesso i giusti spazi per le applicazioni di analisi funzionale. Ora, come vedremo, per definizione, l'integrazione per parti è valida per le funzioni di Sobolev. È, invece, meno ovvio che altre regole di calcolo siano allo stesso modo valide. Così, ho inteso chiarire questa questione di carattere generale, con particolare attenzione alle proprietà puntuali delle funzioni di Sobolev. Abbiamo suddiviso il lavoro svolto in cinque capitoli. Il capitolo 1 contiene le definizioni di base necessarie per la trattazione svolta; nel secondo capitolo sono stati derivati vari modi di approssimazione delle funzioni di Sobolev con funzioni lisce e sono state fornite alcune regole di calcolo per tali funzioni. Il capitolo 3 darà un' interpretazione dei valori al bordo delle funzioni di Sobolev utilizzando l'operatore Traccia, mentre il capitolo 4 discute l' estensione su tutto R^{n} di tali funzioni. Proveremo infine le principali disuguaglianze di Sobolev nel Capitolo 5.

Sviluppo di una fascia addominale per angiografia con CO2

La scelta del mezzo di contrasto in angiografia è rilevante e richiede un’attenta valutazione della qualità diagnostica delle immagini e degli effetti collaterali. Essenziale è analizzare il rischio che comporta l’utilizzo dei vari mezzi di contrasto a base di iodio, come ad esempio la nefropatia. Al contrario l’anidride carbonica, riconosciuta come unico agente di contrasto sicuro, sempre più, viene utilizzata in tutti i vasi del corpo al di sotto del diaframma. L'obiettivo principale di questo lavoro, svolto in collaborazione con l’azienda bolognese Angiodroid srl, è quello di realizzare un dispositivo medico in grado migliorare la qualità delle immagini ottenute con CO2 a livello addominale. Infatti, col recente utilizzo della CO2 anche nel distretto addominale si riduce drasticamente l’utilizzo di grandi quantità di iodio, ma, in molti pazienti, il movimento della aria intestinale che ha coefficiente di assorbimento simile all’anidride carbonica, rende l’immagine inefficiente. Il progetto consiste in una fascia addominale composta da tre camere d’aria gonfiabili manualmente, che comprimendo l’addome con pressioni di 120-180 mmHg, spostano l’aria e riducono il movimento intestinale, e quindi gli artefatti. L’uso di questa semplice fascia, migliorando le immagini dei distretti addominale e viscerale, potrebbe permettere una più rapida affermazione dell’angiografia con CO2 anche in procedure come EVAR e PTA iliache. Per individuare la procedura d’utilizzo più adeguata e migliorare il dispositivo secondo le necessità cliniche, la fascia è stata provata in alcune sale angiografiche dell’Emilia Romagna, Lombardia e Campania.

Gestione dei sistemi di ricarica dei veicoli elettrici

La tesi tratta dei sistemi di ricarica dei veicoli elettrici e del loro impatto sulla rete. La tesi inoltre analizza i vantaggi delle tecnologie vehicle to grid per l'integrazione della produzione da fonti rinnovabili.

Tecniche di misura della risposta impulsiva di ambienti indoor in ambito acustico

Questo elaborato si pone l’obiettivo principale di formulare una metodologia volta alla misura sperimentale della risposta impulsiva di ambienti indoor in ambito acustico. Lo studio della risposta impulsiva di una stanza trova diverse applicazioni nell’ambito dell’ingegneria acustica. Essa contiene infatti informazioni sulla geometria della stanza stessa, che può essere ricostruita con appositi algoritmi. È sovente impiegata anche in campo architettonico per progettare interventi di correzione o ottimizzazione acustica. In questo elaborato si darà spazio ad una terza applicazione: si utilizzerà la risposta impulsiva misurata in una determinata stanza per aggiungere effetti ambientali a suoni registrati in camere anecoiche. Per perseguire quest’obiettivo, nel capitolo 1 si richiamano i concetti di base riguardo i sistemi LTI, funzioni di trasferimento e risposta impulsiva, approfondendo gli aspetti legati alle tecniche tradizionalmente usate per la misura della risposta impulsiva in ambito acustico. Si pone poi la base teorica del metodo sperimentale che sarà sviluppato nel corso dell’elaborato, fondato sulla stima numerica dello spettro di segnali ad energia finita. Nel secondo capitolo s’illustra l’impostazione della catena di misura, chiarendo le scelte hardware intraprese, le motivazioni di tali scelte, il funzionamento generale dei dispositivi impiegati e le condizioni ottimali di misura. Il capitolo 3 rappresenta il cuore di questo elaborato, nel quale viene illustrata l’implementazione vera e propria della metodologia della misura della risposta impulsiva, a partire dal settaggio degli strumenti utilizzati, alla realizzazione del codice MATLAB per l’elaborazione dei dati, per giungere infine all’analisi dei risultati sperimentali ottenuti. Con il quarto ed ultimo capitolo si introduce il concetto di equalizzazione e si implementa una prima e grossolana soluzione al problema degli effetti distorcenti introdotti dai dispositivi non ideali.

Principi di funzionamento e campi di utilizzo della Ecografia Volumetrica

In questo elaborato è stato trattato il concetto di ultrasuoni, le sue proprietà, le leggi fisiche che lo caratterizzano e la loro scoperta. Successivamente sono stati trattati la storia e il funzionamento della ecografia bidimensionale, le differenti tipologia di trasduttore, modalità di visualizzazione e l'analisi ecocolordoppler. In seguito è stato approfondito il concetto di ecografia volumetrica e sequenza di dati ecografici volumetrici con rispettive modalità di acquisizione dei dati, modalità di elaborazione, e modalità di visualizzazione dell'immagini. Infine, sono stati trattati brevemente gli impieghi di questa tecnologia e le possibili implementazioni future.

Imaging TC ed analisi tessiturale: caratterizzazione del parenchima polmonare di pazienti con broncopneumopatia cronica ostruttiva

La caratterizzazione del parenchima polmonare è un aspetto cruciale per l’identificazione dell’enfisema e dell’air trapping in pazienti affetti da broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO). L’innovazione presente in questo lavoro di tesi è quella di utilizzare a questo scopo l’analisi tessiturale mediante il metodo delle matrici di co-occorrenza su immagini di tomografia computerizzata (TC) acquisite in inspirio ed espirio co-registrate. La co-registrazione che ha portato le immagini acquisite in espirio sullo stesso sistema di riferimento di quelle acquisite in inspirio è avvenuta utilizzando la trasformazione diffeomorfa B-Spline SyN, implementata nel software ANTs, ed è stata applicata sia alle immagini TC che alle features estratte da esse. Dalle matrici di co-occorrenza è stata calcolata la feature Energia, che misura l’uniformità dei livelli di grigio contenuti nell’immagine, e quindi la sua omogeneità. Partendo dal fatto che le aree parenchimali affette da enfisema e air trapping hanno alti livelli di omogeneità dovuti alla presenza dell’aria intrappolata al loro interno, l’idea alla base di questo lavoro è stata quella di identificare queste aree attraverso gli alti valori che l’Energia assume in loro corrispondenza. Sono state quindi stabilite sperimentalmente alcune soglie basate sui valori assunti dall’Energia in inspirio e in espirio. Sulla base di queste il parenchima polmonare è stato clusterizzato in diverse aree identificanti i tessuti sani, quelli affetti da enfisema e quelli affetti dall’air trapping. La clusterizzazione ottenuta è risultata coerente con la reale distribuzione dell’enfisema e dell’air trapping nei pazienti analizzati, dimostrando la validità della tecnica utilizzata e aprendo nuovi scenari futuri alla caratterizzazione del parenchima polmonare in questa patologia.

Caratterizzazione sensoriale e strumentale di salami di pregio: il caso della mora romagnola.

Questo lavoro di tesi ha riguardato lo studio e la caratterizzazione, sia sensoriale che strumentale, di dodici campioni di salame, prodotti utilizzando carne di suino convenzionale o di Mora Romagnola, con lo scopo di evidenziare le differenze esistenti tra i due tipi di prodotto e, nel contempo, discriminare i prodotti ottenuti con carne di Mora Romagnola, da quelli simili, ma meno pregiati, disponibili sul mercato. In particolare, la caratterizzazione sensoriale è stata condotta tramite l’applicazione dell’analisi quantitativo-descrittiva (QDA®), mediante la quale è stato definito il profilo sensoriale dei campioni oggetto di studio. A supporto della messa a punto del profilo sensoriale del prodotto, sullo stesso gruppo di campioni, è stata effettuata un’analisi strumentale, avvalendosi dell’utilizzo di un “occhio elettronico” in grado di effettuare, in tempi estremamente rapidi, un’analisi dell’apparenza del prodotto tramite l’acquisizione di immagini, successivamente elaborate. I dati ottenuti dall’analisi sensoriale e strumentale, elaborati statisticamente con l’utilizzo di tecniche di analisi multivariata, hanno evidenziato come i campioni di Mora Romagnola presentassero una maggiore variabilità rispetto a quelli prodotti con carne di suino convenzionale. Nello specifico, i campioni di Mora Romagnola sono risultati essere maggiormente caratterizzati dagli attributi di “stagionatura” e “speziatura” e da tonalità più scure rispetto ai salami ottenuti mediante carne di suino convenzionale, più descritti da una nota olfattiva acidula e da un’elevata omogeneità di distribuzione del grasso. L’approccio seguito, fondato sulla correlazione dei dati sensoriali e strumentali, rappresenta, quindi, uno strumento potenzialmente utile non solo in un’ottica di caratterizzazione e discriminazione della qualità degli alimenti, ma anche in un’ottica di valorizzazione dei prodotti tipici, fornendo informazioni utili per generare una maggiore consapevolezza nei consumatori in merito alla scelta dei prodotti, ad esempio durante la fase di acquisto.

Nuovi studi sulle necropoli etrusche di Tarquinia (VT) con GPR e Geoelettrica

Abbiamo investigato con metodologie geofisiche del tutto non invasive un settore della necropoli etrusca di Monterozzi, Tarquinia (VT). Le tecniche utilizzate, per l'accertamento di camere sepolcrali nel sottosuolo, sono state il GPR e la geoelettrica. Dalla campagna effettuata nel mese di giugno 2016 è emerso che: I) le camere mortuarie, scavate direttamente nella roccia calcarenitica, si possono suddividere in superficiali (profondità maggiore di 2 m e comprendenti un dromos di accesso) e profonde (profondità maggiore di 5 m e di dimensioni maggiori rispetto alle prime); II) il metodo GPR permette un'elevata risoluzione delle strutture nascoste a scapito della profondità di investigazione, inoltre è affetto da disturbo proveniente da artefatti antropici posti in superficie; III) il metodo resistivo adottato permette esplorazioni profonde e risulta molto potente nella localizzazione delle cavità sepolte; IV) le strutture archeologiche nel sottosuolo producono sulla superficie topografica delle forme ben riconoscibili per il diverso contenuto in umidità rispetto all'intorno, di ausilio quindi al presente studio è stata l’analisi delle immagini da satellite di Google Earth; V) l'approccio di lavoro che ha combinato le due diverse metodologie sia tra loro sia con le immagini digitali risulta molto vantaggioso ai fini della presente ricerca.

Historic Building Information Modelling: il caso della Rocca di San Felice sul Panaro

Il Building Information Modelling nasce da un processo di integrazione sostenibile, basato sull'interoperabilità dei processi. La caratteristica vincente è la circolarietà delle informazioni: ogni informazione è gestita come parametro di un ricco e complesso modello parametrico dell'edificio; la geometria, i materiali, i costi ed i tempi sono gestiti come parametri internamente collegati e quindi variabili di uno stesso sistema. Nel caso di beni storici, la maggior parte degli edifici possiede vincoli intrinseci che influenzano tali parametri. I materiali non possono essere scelti liberamente, in quanto parte di un organismo esistente, la geometria dell'edificio è definita e difficilmente sarà variata negli interventi di recupero. Nella presente tesi si applica il metodo CLOUD2FEM al mondo dell'Historic Building Information Modelling (HBIM) concentrandosi sullo studio della Rocca Estense di San Felice sul Panaro, colpita dal sisma dell'Emilia e attualmente inagibile. La procedura CLOUD2FEM permette di trasformare le informazioni ricavate dal laser scanner in mesh chiuse e regolari, generando in modo semi-automatico un modello FEM 3D. Nel caso di costruzioni complesse, la cui geometria non può essere ricondotta a modelli semplificati, è necessario valutare l'attendibilità del modello strutturale. Nel caso in esame, la validazione è stata condotta mediante il confronto del danno rilevato con il danno simulato. La flessibilità del modello permette di aggiungere dettagli inizialmente non rilevati: ogni informazione è inserita nel modello attraverso un parametro differente, al fine di eseguire analisi sullo stato di fatto e su futuri stati di progetto con semplice aggiornamento dei parametri.

Confronto tra tecniche di remote sensing per la caratterizzazione di un ammasso roccioso presso le Gole di Scascoli, Loiano (BO)

Il versante sinistro delle Gole di Scascoli (BO) è caratterizzato da una marcata tendenza evolutiva per crollo e ribaltamento. Negli ultimi 25 anni si sono verificati eventi parossistici con volumi di roccia coinvolti rispettivamente di 7000 m3, 20000 m3 e 35000 m3. Il sito è di grande rilevanza a causa del forte fattore di rischio rappresentato per la strada di fondovalle ad esso adiacente. Il lavoro di tesi è stato finalizzato allo studio dei fenomeni di versante di una parete rocciosa inaccessibile nota in letteratura come “ex-Mammellone 1” mediante tecniche di telerilevamento quali TLS (Terrestrial Laser Scanning) e CRP (Close Range Photogrammetry) al fine affiancare il rilievo geomeccanico soggettivo dell’area svolto nel 2003 da ENSER Srl in seguito ai fenomeni di crollo del 2002. Lo sviluppo di tecnologie e metodi innovativi per l’analisi territoriale basata sull’impiego di UAV (Unmanned Aerial Vehicle, meglio noti come Droni), associata alle tecniche di fotogrammetria digitale costituisce un elemento di notevole ausilio nelle pratiche di rilevamento in campo di sicurezza e tempi di esecuzione. Il lavoro ha previsto una prima fase di rilevamento areo-fotogrammetrico mediante strumentazione professionale e amatoriale, a cui è seguita l’elaborazione dei rispettivi modelli. I diversi output sono stati confrontati dal punto di vista geomorfologico, geometrico, geomeccanico e di modellazione numerica di caduta massi. Dal lavoro è stato possibile indagare l’evoluzione morfologica del sito in esame negli ultimi 10 anni, confrontare diversi metodi di rilevamento e analisi dati, sperimentare la robustezza e ripetibilità geometrica del metodo fotogrammetrico per il rilievo di fronti rocciosi e mettere a punto un metodo semiautomatico di individuazione e analisi delle giaciture delle discontinuità.