Noisy Oncology: applications of bounded noise transitions in modelling tumor growth

I tumori macroscopici e microscopici, dopo la loro prima fase di crescita, sono composti da un numero medio elevato di cellule. Così, in assenza di perturbazioni esterne, la loro crescita e i punti di equilibrio possono essere descritti da equazioni differenziali. Tuttavia, il tumore interagisce fortemente col macroambiente che lo circonda e di conseguenza una descrizione del tutto deterministica risulta a volte inappropriata. In questo caso si può considerare l'interazione con fluttuazioni statistiche, causate da disturbi esterni, utilizzando le equazioni differenziali stocastiche (SDE). Questo è vero in modo particolare quando si cerca di modellizzare tumori altamente immunogenici che interagiscono con il sistema immunitario, in quanto la complessità di questa interazione risulta in fenomeni di multistabilità. Così, il rumore può provocare disturbi e indurre transizioni di stato (Noise-Induced-Transitions). E' importante notare che una NIT può avere implicazioni profonde sulla vita di un paziente, dal momento che una transizione da uno stato di equilibrio piccolo, nelle dimensioni del tumore, ad uno stato di equilibrio macroscopico, nella maggior parte dei casi significa il passaggio dalla vita alla morte. Generalmente l'approccio standard è quello di modellizzare le fluttuazioni stocastiche dei parametri per mezzo di rumore gaussiano bianco o colorato. In alcuni casi però questa procedura è altamente inadeguata, a causa della illimitatezza intrinseca dei rumori gaussiani che può portare a gravi incongruenze biologiche: pertanto devono essere utilizzati dei rumori "limitati", che, tuttavia, sono molto meno studiati di quelli gaussiani. Inoltre, l'insorgenza di NIT dipende dal tipo di rumore scelto, che rivela un nuovo livello di complessità in biologia. Lo scopo di questa tesi è quello di studiare le applicazioni di due tipi diversi di "rumori limitati" nelle transizioni indotte in due casi: interazione tra tumore e sistema immunitario e chemioterapia dei tumori. Nel primo caso, abbiamo anche introdotto un nuovo modello matematico di terapia, che estende, in modo nuovo, il noto modello di Norton-Simon.

Metodi operativi per la riduzione dell'impatto acustico delle operazioni aeroportuali: efficacia delle noise abatement procedures

Il rumore causato dagli aeromobili nelle varie operazioni aeroportuali è uno dei problemi più sentiti dalle popolazioni che risiedono nelle aree adiacenti gli aeroporti.Nonostante i progressi fatti dal punto di vista tecnologico, che hanno portato a una notevole riduzione del fenomeno, il continuo aumento della domanda di traffico aereo ha ridotto l’efficacia di queste migliorie tecniche, anche a causa di una scarsa pianificazione territoriale nel corso degli anni. Ci sono numerosi interventi possibili per ridurre l'inquinamento acustico, in questa tesi vengono analizzate in special modo le NAP e la loro applicazione al caso dell'aeroporto di Bologna.

Noise mapping of highly trafficked roads of the province of Bologna according to D.Lgs. 194/2005

The European Community has stressed the importance of achieving a common understanding to deal with the environmental noise through community actions of the Member States. This implies the use of harmonized indicators and specific information regarding the values of indicators, the exceedance of limits and the number of people and dwellings exposed to noise. The D.Lgs. 149/2005 in compliance with the European Directive 2002/49/EC defines methodologies, noise indicators and types of outputs required. In this dissertation the work done for the noise mapping of highly trafficked roads of the Province of Bologna will be reported. The study accounts for the environmental noise generated by the road infrastructure outside the urban agglomeration of Bologna. Roads characterized by an annual traffic greater than three millions of vehicles will be considered. The process of data collection and validation will be reported, as long as the implementation of the calculation method in the software and the procedure to create and calibrate the calculation model. Results will be provided as required by the legislation, in forms of maps and tables. Moreover results regarding each road section accounted will be combined to gain a general understanding of the situation of the overall studied area. Although the understanding of the noise levels and the number of people exposed is paramount, it is not sufficient to develop strategies of noise abatement interventions. Thus a further step will be addressed: the creation of priority maps as the basis of action plans for organizing and prioritizing solutions for noise reduction and abatement. Noise reduction measures are reported in a qualitative way in the annex and constitute a preliminary research.

Valutazione dell'efficacia delle "noise abatement procedures": il caso dell'aeroporto G. Marconi di Bologna

A partire dalle caratteristiche chiave dell’inquinamento acustico, lo scopo della tesi è stato quello di valutare quantitativamente l’entità del rumore aeronautico prodotto dall'aeroporto Marconi e di analizzare le soluzioni tecniche e gestionali disponibili per definire misure adeguate alle caratteristiche infrastrutturali e operative dello scalo e capaci di mitigare il disturbo subito dalla popolazione. Si è tenuto conto delle profonde modificazioni in atto nel mondo dell’aviazione, il quale, avendo come obiettivo quello di fornire un servizio di trasporto sempre più sostenibile, efficace, competitivo e omogeneo sul territorio europeo, sollecita profonde innovazioni nei requisiti funzionali e tecnici. Inizialmente l’attenzione è stata rivolta alla descrizione del rumore aeronautico e del contesto in cui è inserito, soffermandosi sul concetto di sostenibilità di un’infrastruttura di trasporto. Si è proseguito con un'analisi dettagliata della normativa vigente, italiana ed europea, al fine di affrontare gli aspetti legislativi del problema e di delineare le line guida per la valutazione del rumore. Segue uno studio, dal punto di vista tecnico e infrastrutturale, dell’evoluzione della navigazione aerea e del concetto innovativo di performance based navigation, focalizzando l’interesse sul curved approach, procedura di avvicinamento non convenzionale. L'attenzione è stata, poi, dedicata alla descrizione del caso di studio e alla presentazione della metodologia usata. Mediante il supporto dell’INM, sono state determinate le curve isofoniche, quantificando la popolazione esposta a specifici livelli di rumore aeronautico per lo scenario consuntivo dell’anno 2015. Infine, sono state eseguite simulazioni future, sulla base delle previsioni di crescita del volume di traffico aereo, per definire un limite massimo per lo sfruttamento del sistema ILS in testata 30 e per valutare il beneficio generato dall’introduzione del curved approach.

Orthogonal chirp division multiplexing: performance evaluation in the presence of phase noise

In Beyond 5G technologies, Terahertz communications will be used: frequency bands between 100 GHz and 10 THz will be exploited in order to have higher throughput and lower latency. Those frequency bands suffer from several impairments, and it is thought that phase noise is one of the most significant. Orthogonal Chirp Division Multiplexing (OCDM) might be used in Beyond 5G communications, thanks to its robustness to multipath fading: it outperforms Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems. The aim of this thesis is to find a suitable model for describing phase noise in Terahertz communications, and to study the performance of an OCDM system affected by this impairment. After this, a simple compensation scheme is introduced, and the improvement that it provides is analysed. The thesis is organized as follow: in the first chapter Terahertz communications and Beyond 5G are introduced, in the second chapter phase noise is studied, in the third chapter OCDM is analysed, and in the fourth chapter numerical results are presented.

Proposal for the acoustic requalification of a site of the "Bologna Engineering School", including the design of a noise barrier

Il lavoro di questa tesi ha riguardato lo studio e l'analisi acustica del sito della Scuola di Ingegneria di Bologna in Via Terracini con l’obiettivo di trovare una soluzione per mitigare il disturbo sonoro rilevato nella zona. Dalle diverse misurazioni fonometriche si è stabilita l’entità numerica di partenza che ha richiesto un’implentazione attraverso delle misurazioni di tipo qualitativo con delle registrazioni in formato wave ed annotando al contempo il numero ed il tipo di veicoli che circolavano. Attraverso l'implementazione dei vari dati ricavati dai rilievi delle diverse sezioni, è stata convalidata la consapevolezza del principale problema dell'area: l'inquinamento acustico causato dal traffico stradale. Lo studio è proseguito monitorando le bande di frequenza che interessavano questo tipo di rumore e quantificando il livello in dB che superava i limiti imposti dalla normativa. Non essendo possibile ridurre il traffico acustico direttamente alla fonte, si è optato per misure di protezione del recettore che si sono configurate nell'inserimento dell'asfalto fonoassorbente e nella progettazione di una barriera acustica. Dopo aver ricercato i diversi tipi di barriere, si è deciso per la barriera con cristalli sonici. Si è indagato quali fattori influissero sulle proprietà dei cristalli sonici: la distribuzione geometrica, la frazione di riempimento e la dimensione degli elementi periodici influenzano la formazione delle bande proibite, la loro larghezza e quindi la capacità fonoisolante del cristallo sonico. In base all'altezza degli edifici e alla loro distanza dalla strada, Via Terracini è stata suddivisa in quattro sezioni. Infine, per le varie sezioni, è stato riprodotto il grafico frequenza/perdita di inserzione che ha confermato una riduzione del livello sonoro di quasi 15 dB. Il progetto ha previsto anche il dimensionamento e la verifica delle azioni statiche (carichi e azione del vento) e dell'azione sismica del sistema strutturale della barriera.

Design and Characterization of an Active Three-Phase EMI Noise Separator for Three-Phase Power Electronics Systems

One of the major issues for power converters that are connected to the electric grid are the measurement of three phase Conduced Emissions (CE), which are regulated by international and regional standards. CE are composed of two components which are Common Mode (CM) noise and Differential Mode (DM) noise. To achieve compliance with these regulations the Equipment Under Test (EUT) includes filtering and other electromagnetic emission control strategies. The separation of differential mode and common mode noise in Electromagnetic Interference (EMI) analysis is a well-known procedure which is useful especially for the optimization of the EMI filter, to improve the CM or DM attenuation depending on which component of the conducted emissions is predominant, and for the analysis and the understanding of interference phenomena of switched mode power converters. However, separating both components is rarely done during measurements. Therefore, in this thesis an active device for the separation of the CM and DM EMI noise in three phase power electronic systems has been designed and experimentally analysed.