In silico methods to evaluate Fracture Risk and Bone Mineral Density changes in patients undergoing Total Hip Replacement

La sostituzione totale d’anca è uno degli interventi chirurgici con le più alte percentuali di successo. Esistono due varianti di protesi d’anca che differiscono in base al metodo di ancoraggio all’osso: cementate (fissaggio tramite cemento osseo) e non cementate (fissaggio tramite forzamento). Ad oggi, i chirurghi non hanno indicazioni quantitative di supporto per la scelta fra le due tipologie di impianto, decidendo solo in base alla loro esperienza. Due delle problematiche che interessano le protesi non cementate sono la possibilità di frattura intra-operatoria durante l’inserimento forzato e il riassorbimento osseo nel periodo di tempo successivo all’intervento. A partire da rilevazioni densitometriche effettuate su immagini da TC di pazienti sottoposti a protesi d’anca non cementata, sono stati sviluppati due metodi: 1) per la valutazione del rischio di frattura intra-operatorio tramite analisi agli elementi finiti; 2) per la valutazione della variazione di densità minerale ossea (tridimensionalmente attorno alla protesi) dopo un anno dall’operazione. Un campione di 5 pazienti è stato selezionato per testare le procedure. Ciascuno dei pazienti è stato scansionato tramite TC in tre momenti differenti: una acquisita prima dell’operazione (pre-op), le altre due acquisite 24 ore (post 24h) e 1 anno dopo l’operazione (post 1y). I risultati ottenuti hanno confermato la fattibilità di entrambi i metodi, riuscendo inoltre a distinguere e a quantificare delle differenze fra i vari pazienti. La fattibilità di entrambe le metodologie suggerisce la loro possibilità di impiego in ambito clinico: 1) conoscere la stima del rischio di frattura intra-operatorio può servire come strumento di guida per il chirurgo nella scelta dell’impianto protesico ottimale; 2) conoscere la variazione di densità minerale ossea dopo un anno dall’operazione può essere utilizzato come strumento di monitoraggio post-operatorio del paziente.

Mechanochemical solvent-free synthesis of Sn-β Zeolite and Ag2O/TiO2 catalysts

Preparations of heterogeneous catalysts are usually complex processes that involve several procedures as precipitation, crystallization and hydrothermal treatments. This processes are really dependent by the operative conditions such as temperature, pH, concentration etc. Hence the resulting product is extremely affected by any possible variations in these parameters making this synthesis really fragile. With the aim to improve these operations has been decided to exploit a new possible strong environment-respectful process by mechanochemical treatment, which permits to carry out solvent free-solvent synthesis exploiting the Mixer Mill MM400 (Retsch) in order to have reproducible results. Two different systems have been studied in this kind of synthesis: a tin β -zeolite tested in a H-trasnfer reaction of cyclohexanone and a silver on titania catalyst used in the fluorination of 2,2 dimethyl glucaric acid. Each catalyst has been characterized by different techniques in order to understand the transformations involved in the mechanochemical treatment.

Solvent regeneration of activated carbon mixed-matrix membranes for the removal of micropollutants from wastewater

The constantly increasing demand of clean water has become challenging to deal with over the past years, water being an ever more precious resource. In recent times, the existing wastewater treatments had to be integrated with new steps, due to the detection of so-called organic micropollutants (OMPs). These compounds have been shown to adversely affect the environment and possibly human health, even when found in very low concentrations. In order to remove OMPs from wastewater, one possible technique is a hybrid process combining filtration and adsorption. In this work, polyethersulfone multi-channel mixed-matrix membranes with embedded powdered activated carbon (PAC) were tested to investigate the membrane’s adsorption and desorption performance. Micropollutants retention was analyzed using the pharmaceutical compounds diclofenac (DCF), paracetamol (PARA) and carbamazepine (CBZ) in filtration mode, combining the PAC adsorption process with the membrane’s ultrafiltration. Desorption performance was studied through solvent regeneration, using seven different solvents: pure water, pure ethanol, mixture of ethanol and water in different concentration, sodium hydroxide and a mixture of ethanol and sodium hydroxide. Regeneration experiments were carried out in forward-flushing. At first regeneration efficiency was investigated using a single-solute solution (diclofenac in water). The mixture Ethanol/Water (50:50) was found to be the most efficient with long-term retention of 59% after one desorption cycle. It was, therefore, later tested on a membrane previously loaded with a multi-solute solution. Three desorption cycles were performed after which, retention (after 30 min) reached values of 87% for PARA and 72% for CBZ and 55% for DCF, which indicates decent regenerability. A morphological analysis on the membranes confirmed that, in any case, the regeneration cycles did not affect either the membranes’ structure, or the content and distribution of PAC in the matrix.

A medical imaging-based approach for total shoulder replacement

Ogni anno in Italia, migliaia di protesi convenzionali vengono impiantate con successo in pazienti affetti da artrosi alla spalla, tuttavia è stato dimostrato che questa tipologia di protesi non funziona in quei pazienti che soffrono contemporaneamente anche di grandi lesioni alla cuffia dei rotatori, ricorrendo successivamente a un impianto di protesi di spalla inversa. La scelta sul miglior tipo di protesi da parte del chirurgo è quindi fondamentale e necessaria per evitare futuri stress e operazioni al paziente. Nel corso degli anni si è fatto affidamento a protocolli che non considerano in maniera specifica la componente tissutale ossea. In questa tesi si cerca di dimostrare che attraverso l’utilizzo delle immagini mediche è possibile ricavare dati e grafici specifici sulla componente ossea del paziente per ottimizzare poi la scelta della protesi da parte del chirurgo e la fase pre/intra operatoria.