A Reliable Downscaling of ECG Signals for the Detection of T wave Heterogeneity Features

In cardiovascular disease the definition and the detection of the ECG parameters related to repolarization dynamics in post MI patients is still a crucial unmet need. In addition, the use of a 3D sensor in the implantable medical devices would be a crucial mean in the assessment or prediction of Heart Failure status, but the inclusion of such feature is limited by hardware and firmware constraints. The aim of this thesis is the definition of a reliable surrogate of the 500 Hz ECG signal to reach the aforementioned objective. To evaluate the worsening of reliability due to sampling frequency reduction on delineation performance, the signals have been consecutively down sampled by a factor 2, 4, 8 thus obtaining the ECG signals sampled at 250, 125 and 62.5 Hz, respectively. The final goal is the feasibility assessment of the detection of the fiducial points in order to translate those parameters into meaningful clinical parameter for Heart Failure prediction, such as T waves intervals heterogeneity and variability of areas under T waves. An experimental setting for data collection on healthy volunteers has been set up at the Bakken Research Center in Maastricht. A 16 – channel ambulatory system, provided by TMSI, has recorded the standard 12 – Leads ECG, two 3D accelerometers and a respiration sensor. The collection platform has been set up by the TMSI property software Polybench, the data analysis of such signals has been performed with Matlab. The main results of this study show that the 125 Hz sampling rate has demonstrated to be a good candidate for a reliable detection of fiducial points. T wave intervals proved to be consistently stable, even at 62.5 Hz. Further studies would be needed to provide a better comparison between sampling at 250 Hz and 125 Hz for areas under the T waves.

Studio della relazione tra concentrazione di ozono e temperatura dell'aria per l'elaborazione di scenari futuri

Questo lavoro nasce dall’intento di dare un’indicazione sul legame esistente tra la temperatura e la concentrazione di ozono. La correlazione, rintracciata sui dati osservati, è stata poi utilizzata allo scopo di elaborare proiezioni di evoluzioni future. Lo studio si è concentrato su un’area piuttosto ristretta della provincia di Parma, selezionata per la buona disponibilità di dati, sia di temperatura che di ozono, ma anche per la sua rappresentatività, dimostrata, delle caratteristiche dell’Emilia Romagna. Sulla base della scelta della stazione di misura di ozono sono state individuate tre località nelle vicinanze per avere dati di temperatura sia osservati sia provenienti da downscaling statistico. Proprio per quest’ultimo dataset sono stati elaborati scenari di temperatura per il periodo 2021-2050, rispetto al trentennio climatologico di riferimento 1961-1990, applicando il metodo di regionalizzazione statistica a cinque modelli globali. Le anomalie stagionali sono poi state date in ingresso a un generatore climatico in grado di produrre serie sintetiche giornaliere per il punto in esame. Un modello appositamente creato, ispirato al metodo di campionamento casuale stratificato, ha sfruttato sia queste informazioni sul futuro andamento della temperatura, sia la relazione trovata su dati osservati, per la costruzione di un set di concentrazioni di ozono previste per lo stesso trentennio futuro. Confrontando dal punto di vista statistico queste distribuzioni con quelle ricostruite per i periodi 1961-1990 e 2001-2012 si è valutato l’andamento della concentrazione di ozono. La conclusione più evidente a cui si giunge è la conferma del fatto che la situazione attuale dell’inquinamento da ozono nell’area di studio è decisamente più critica rispetto a quella che il modello ha ricostruito per il trentennio passato. La distribuzione dei valori di concentrazione di ozono degli ultimi dodici anni è invece molto più simile ormai al set di proiezioni previste per il futuro. Quello che potrà succedere a livello dell’inquinamento da ozono nel prossimo trentennio climatologico in Emilia Romagna dipende da quale modello si rivelerà più veritiero riguardo alla proiezione futura di temperatura: è infatti possibile che tutto rimanga molto simile alla situazione attuale o che si verificherà un ulteriore aumento, aggravando una situazione già critica.

Submesoscale features in regions with different baroclinic deformation radius

In questo studio, un modello nidificato "child" ad alta risoluzione (risoluzione 1/48°) è ottenuto attraverso la piattaforma SURF. Il modello "child" è ottenuto tramite "downscaling" dei campi medi giornalieri dal modello globale "parent" (1/12°). Questo permette di osservare le caratteristiche della sottomesoscala in due regioni dell'oceano Atlantico settentrionale, Azzorre e Bermuda, dal 4 al 12 gennaio 2021. Questa tesi si propone di condurre un'analisi preliminare della relazione fra il raggio di deformazione baroclino e l'esordio dell'attività di sottomesoscala, nelle regioni di interesse. A questo scopo, vengono effettuati molti confronti fra i campi risultanti dal "parent" e dal "child". In particolare, ci concentriamo sulla Mixed-Layer Instability (MLI) studiata attraverso variabili come la Mixed-Layer Depth (MLD), la vorticità relativa, le velocità orizzontali e verticali, l'energia cinetica e la frequenza di Brunt-Vaisala. Dai risultati, mentre il modello "parent" sembra inadeguato, quello "child" è in grado di rilevare la MLI e la presenza di filamenti e scie topografiche in entrambe le regioni, riproducendo meglio le correnti orizzontali e verticali alla sottomesoscala. Ciò fornisce una connessione tra mesoscala e sottomesoscala: mentre nelle Azzorre la MLI sembra svolgere un ruolo chiave nella ristratificazione della colonna d'acqua, lo stesso non sembra nelle Bermuda dove i vortici di mesoscala sono più ampi, influendo maggiormente sulla stratificazione verticale. Qui, i processi di ristratificazione sembrerebbero correlati alle mesoscale piuttosto che alle sottomesoscale. La MLI giocherebbe comunque un ruolo nella generazione di correnti alla sottomesoscala, insieme ad altri processi come la frontogenesi e le scie topografiche. In conclusione, il valore del raggio di deformazione baroclino non sembra influenzare l'attivazione dei processi di sottomesoscala, mentre sembrerebbe determinare l'importanza della MLI nel processo di ristratificazione.

Sviluppo e sperimentazione di una tecnica a base regionale per la generazione di serie temporali di portata in sezioni fluviali non strumentate

La conoscenza del regime dei deflussi di un corso d’acqua è uno strumento imprescindibile in diverse applicazioni tecniche, dalla progettazione di opere idrauliche alla calibrazione di modelli afflussi-deflussi. Tuttavia, poiché questa informazione non è sempre disponibile, si sono sviluppati in letteratura metodi regionali in grado di trasferire il dato di portata disponibile su sezioni idrologicamente simili alla sezione di interesse. Nel presente lavoro di Tesi, è stato sviluppato un algoritmo di generazione di serie di deflussi sintetici per sezioni non strumentate a partire da serie osservate in sezioni ad esse sincrone nei deflussi. L’algoritmo sfrutta una curva di durata regionale relativa al sito di interesse, stimata attraverso il metodo della portata indice: la portata indice è valutata da un modello multiregressivo mentre la curva regionale adimensionale è ottenuta dalle osservazioni di portata in sezioni strumentate, applicando il criterio della Regione di Influenza. La tecnica è stata verificata su una sezione dell’asta principale del Fiume Marecchia (nell’Italia settentrionale), caratterizzata da limitate osservazioni idrometriche, sfruttando i dati osservati su bacini orientali della Regione Emilia-Romagna. Per l’applicazione del metodo del deflusso indice, si è reso necessario anche il reperimento di indici morfologici e climatici, estraendo solo quelli più rappresentativi del dataset. Inoltre, vista la brevità degli eventi di piena nel bacino del Marecchia, si è messa a punto una procedura per discretizzare a passo orario le portate ricostruite degli eventi più significativi, sulla base delle osservazioni orarie nei bacini strumentati. L’algoritmo mostra buone prestazioni nel replicare le portate osservate, specialmente le piene, mentre sottostima le portate medio-basse. L’accordo tra osservazioni e simulazioni si è rivelato pienamente soddisfacente per la sezione del Fiume Marecchia considerata nelle indagini.