Analysis of retrieved shoulder prostheses

In the last years the number of shoulder arthroplasties has been increasing. Simultaneously the study of their shape, size and strength and the reasons that bring to a possible early explantation have not yet been examined in detail. The research carried out directly on explants is practically nonexistent, this means a poor understanding of the mechanisms leading the patient and so the surgeon, to their removal. The analysis of the mechanisms which are the cause of instability, dislocation, broken, fracture, etc, may lead to a change in the structure or design of the shoulder prostheses and lengthen the life of the implant in situ. The idea was to analyze 22 explants through three methods in order to find roughness, corrosion and surface wear. In the first method, the humeral heads and/or the glenospheres were examined with the interferometer, a machine that through electromagnetic waves gives information about the roughness of the surfaces under examination. The output of the device was a total profile containing both roughness and information on the waves (representing the spatial waves most characteristic on the surface). The most important value is called "roughness average" and brings the average value of the peaks found in the local defects of the surfaces. It was found that 42% of the prostheses had considerable peak values in the area where the damage was caused by the implant and not only by external events, such as possibly the surgeon's hand. One of the problems of interest in the use of metallic biomaterials is their resistance to corrosion. The clinical significance of the degradation of metal implants has been the purpose of the second method; the interaction between human body and metal components is critical to understand how and why they arrive to corrosion. The percentage of damage in the joints of the prosthetic components has been calculated via high resolution photos and the software ImageJ. The 40% and 50% of the area appeared to have scratches or multiple lines due to mechanical artifacts. The third method of analysis has been made through the use of electron microscopy to quantify the wear surface in polyethylene components. Different joint movements correspond to different mechanisms of damage, which were imprinted in the parts of polyethylene examined. The most affected area was located mainly in the side edges. The results could help the manufacturers to modify the design of the prostheses and thus reduce the number of explants. It could also help surgeons in choosing the model of the prosthesis to be implanted in the patient.

Shoulder kinematic evaluation in patients with rotator cuff tears using inertial and magnetic sensors.

Questo progetto di tesi fa parte di un più ampio studio clinico condotto all’interno dell’azienda NCS Lab (Carpi,(MO)), in collaborazione con il Dr. Claudio Chillemi (ICOT, Latina (RM)) che mira ad eseguire un confronto tra diverse tecniche chirurgiche per la riparazione della cuffia dei rotatori. Lo studio clinico in questione durerà circa due anni: per questo motivo i dati analizzati in questo progetto di tesi provengono solo dal gruppo di pazienti acquisiti nella fase preoperatoria. Tutti i dati sono stati acquisiti utilizzando i sensori magneto-inerziali WISE (tecnologia proprietaria dell’azienda NCS Lab). Questo lavoro di tesi si propone, quindi, di valutare la ripetibilità del movimento in termini di coefficiente di correlazione multipla e di estrapolare alcuni parametri di interesse clinico come, ad esempio, i range di movimento (ROM) della scapola e dell’omero e il ritmo scapolo-omerale (SHR). Questi parametri sono stati poi caratterizzati da un punto di vista statistico al fine di valutare le differenze tra arto patologico e controlaterale. Sono state calcolate, inoltre, le prediction bands con lo scopo di descrivere le differenze tra arto patologico e controlaterale nella coordinazione scapolo-omerale dei pazienti. Per quanto riguarda la ripetibilità del movimento, i risultati ottenuti in questo lavoro di tesi mostrano che la rotazione medio-laterale è caratterizzata da un eccellente CMC sia per l'arto patologico che per il controlaterale. Inoltre, sono state riscontrate differenze significative dal punto di vista statistico tra le distribuzioni dei range di movimento dell'arto patologico e controlaterale. Tali differenze sono state trovate anche per quanto riguarda il ritmo scapolo-omerale.

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.

Quality of experience in skype video calls

Skype is one of the well-known applications that has guided the evolution of real-time video streaming and has become one of the most used software in everyday life. It provides VoIP audio/video calls as well as messaging chat and file transfer. Many versions are available covering all the principal operating systems like Windows, Macintosh and Linux but also mobile systems. Voice quality decreed Skype success since its birth in 2003 and peer-to-peer architecture has allowed worldwide diffusion. After video call introduction in 2006 Skype became a complete solution to communicate between two or more people. As a primarily video conferencing application, Skype assumes certain characteristics of the delivered video to optimize its perceived quality. However in the last years, and with the recent release of SkypeKit1, many new Skype video-enabled devices came out especially in the mobile world. This forced a change to the traditional recording, streaming and receiving settings allowing for a wide range of network and content dynamics. Video calls are not anymore based on static ‘chatting’ but mobile devices have opened new possibilities and can be used in several scenarios. For instance, lecture streaming or one-to-one mobile video conferences exhibit more dynamics as both caller and callee might be on move. Most of these cases are different from “head&shoulder” only content. Therefore, Skype needs to optimize its video streaming engine to cover more video types. Heterogeneous connections require different behaviors and solutions and Skype must face with this variety to maintain a certain quality independently from connection used. Part of the present work will be focused on analyzing Skype behavior depending on video content. Since Skype protocol is proprietary most of the studies so far have tried to characterize its traffic and to reverse engineer its protocol. However, questions related to the behavior of Skype, especially on quality as perceived by users, remain unanswered. We will study Skype video codecs capabilities and video quality assessment. Another motivation of our work is the design of a mechanism that estimates the perceived cost of network conditions on Skype video delivery. To this extent we will try to assess in an objective way the impact of network impairments on the perceived quality of a Skype video call. Traditional video streaming schemes lack the necessary flexibility and adaptivity that Skype tries to achieve at the edge of a network. Our contribution will lye on a testbed and consequent objective video quality analysis that we will carry out on input videos. We will stream raw video files with Skype via an impaired channel and then we will record it at the receiver side to analyze with objective quality of experience metrics.

Upper-Limb Exoskeleton Design for Firefighter

Every day, firefighters are involved in emergency response tasks, which are both physically and psychologically exhausting. According to the National Fire Protection Association (NFPA), the number of firefighters who are injured or die while performing their job is incredibly high. When firefighters are injured, they must follow a rehabilitation therapy program to physically recover and depending on the severity of their injuries they may not fully recuperate at all. If they sustain a permanent injury that they cannot recover from, they may be out of work for the rest of their career. This research focuses on studying and developing a special device, known as an exoskeleton, aimed at assisting and preventing potential injuries among firefighters. Nowadays, the usage of human exoskeletons is becoming more common in a variety of fields. In fact, it is currently being researched and developed for soldiers, athletes, and critical care patients around the world. Most of the existing exoskeletons have been developed for the assistance of the lower human body. The research that I have done in my thesis instead relates to mobility of the upper body. Many of the existing exoskeletons have been analyzed and compared to each other and the human body, such as the study of human arm parts and their movements around three principal joints: shoulder, elbow, and wrist. The correct design of the shoulder exoskeleton join is still a big challenge for designers because of the complexity of biomechanical human movements. The exoskeleton must fit perfectly to the human body, otherwise it could be harmful for both the recovery and the safety of the user. The goal of this thesis is to design an upper-body arm exoskeleton worn by firefighters and develop and test a PID control system to prevent the risk of injuries while performing their job.

Machine learning approach to the extended Hubbard model

The 1d extended Hubbard model with soft-shoulder potential has proved itself to be very difficult to study due its non solvability and to competition between terms of the Hamiltonian. Given this, we tried to investigate its phase diagram for filling n=2/5 and range of soft-shoulder potential r=2 by using Machine Learning techniques. That led to a rich phase diagram; calling U, V the parameters associated to the Hubbard potential and the soft-shoulder potential respectively, we found that for V<5 and U>3 the system is always in Tomonaga Luttinger Liquid phase, then becomes a Cluster Luttinger Liquid for 57, with a quasi-perfect crystal in the U<3V/2 and U>5 region. Finally we found that for U<5 and V>2-3 the system shall maintain the Cluster Luttinger Liquid structure, with a residual in-block single particle mobility.

ll Concetto Bobath nella pratica riabilitativa della protesi inversa di spalla: case series

Background: l’intervento di artroprotesi inversa di spalla sta assumendo sempre più importanza all’interno dell’approccio chirurgico della spalla. Il Concetto Bobath viene somministrato solitamente a pazienti con problematiche neurologiche centrali (es. ictus), ma si è visto molto efficace nel ristabilire un’importante stabilità scapolare a livello dell’arto superiore. Obiettivo: valutare il dolore e la funzionalità di spalla in persone con protesi inversa di spalla in seguito ad un percorso riabilitativo implementato da tecniche appartenenti al Concetto Bobath. Metodi: sono stati selezionati tre soggetti (3 F) di et. media di 74 anni sottoposti ad intervento di artroprotesi inversa di spalla e successivamente a trattamento riabilitativo con tecniche appartenenti al Concetto Bobath. I soggetti partecipanti sono stati valutati durante e alla fine del percorso riabilitativo attraverso l’utilizzo della scala NRS per il dolore, mentre per la funzionalità di spalla la UCLA Shoulder Scale), la Constant-Murley Scale e la DASH. I limiti presenti in questo studio sono attribuibili sia al fatto che nelle banche dati sono assenti studi che riguardano lo stesso argomento, sia al fatto che il numero di pazienti entrati a far parte dello studio è molto limitato sia per le complicanze durante il trattamento o l’interruzione del trattamento in alcuni pazienti. Risultati: al termine della sperimentazione, tutti i soggetti hanno presentato un miglioramento delle misure di outcome. Un importante miglioramento si è notato nella stabilità scapolare, nei compensi muscolari e nel dolore. I risultati sono stati poi confrontati con gli outcome di pazienti trattati secondo protocolli standardizzati, appartenenti a studi presenti all’interno delle banche dati. Conclusioni: l’utilizzo di tecniche appartenenti al Concetto Bobath sembra essere efficace in pazienti sottoposti ad artroprotesi inversa di spalla. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per verificarne gli effettivi effetti.

L’efficacia dei programmi di teleriabilitazione nel trattamento post-chirurgico di spalla: una revisione sistematica della letteratura

Background: Attualmente, diversi approcci riabilitatavi vengono proposti per il miglioramento del dolore e della funzione a seguito di intervento chirurgico alla spalla. La teleriabilitazione si è rivelata una valida alternativa per l’erogazione dei servizi riabilitativi a distanza: grazie all’utilizzo delle tecnologie di telecomunicazione, è possibile fornire consulenza, valutazione, monitoraggio, intervento e educazione, superando le barriere geografiche, temporali, sociali ed economiche. Obiettivo: Lo scopo della revisione è valutare le prove di efficacia presenti in letteratura in merito all’utilizzo della teleriabilitazione per il miglioramento funzionale dei pazienti operati di spalla. Metodi: La revisione è stata redatta secondo la checklist del PRISMA statement. La ricerca è stata condotta da aprile a settembre 2022, consultando le banche dati Cochrane Library, PubMed e PEDro. La ricerca è stata limitata a studi primari sperimentali e quasi, con full-text reperibile in lingua italiana o inglese e senza limiti temporali, inerenti soggetti operati alla spalla trattati con diverse modalità di teleriabilitazione. Come elemento di confronto è stato incluso qualsiasi tipo di intervento riabilitativo convenzionale. La qualità metodologica è stata valutata con la PEDro scale. Risultati: sono stati inclusi 4 RCT e 1 CCT, che hanno indagato misure di outcome relative a: dolore, mobilità articolare, forza, abilità funzionale e qualità della vita. Dall’analisi qualitativa dei risultati degli studi si è osservato che in tutti i gruppi sperimentali si sono ottenuti miglioramenti significativi negli outcome d’interesse; in due studi è stata evidenziata una superiorità statisticamente significativa della teleriabilitazione. Conclusioni: Nonostante la revisione non sia giunta a risultati generalizzabili e di validità assoluta, la teleriabilitazione ha dimostrato di essere una modalità sicura ed efficace nel miglioramento clinico e funzionale dei soggetti operati alla spalla.