Nuovi metodi di diagnosi precoce dei fallimenti di protesi d'anca con accoppiamento articolare ceramica-ceramica

L’accoppiamento articolare in ceramica è sempre più utilizzato in chirurgia protesica dell’anca per le sue eccellenti proprietà tribologiche. Tuttavia la fragilità della ceramica è causa di fallimenti meccanici. Abbiamo quindi condotto una serie di studi al fine di individuare un metodo efficace di diagnosi precoce del fallimento della ceramica. Abbiamo analizzato delle componenti ceramiche espiantate e abbiamo trovato un pattern di usura pre-frattura che faceva supporre una dispersione di particelle di ceramica nello spazio articolare. Per la diagnosi precoce abbiamo validato una metodica basata sulla microanalisi del liquido sinoviale. Per validare la metodica abbiamo eseguito un agoaspirato in 12 protesi ben funzionanti (bianchi) e confrontato i risultati di 39 protesi con segni di rottura con quelli di 7 senza segni di rottura. Per individuare i pazienti a rischio rottura i dati demografici di 26 pazienti con ceramica rotta sono stati confrontati con 49 controlli comparabili in termini demografici, tipo di ceramica e tipo di protesi. Infine è stata condotta una revisione sistematica della letteratura sulla diagnosi della rottura della ceramica. Nell’aspirato la presenza di almeno 11 particelle ceramiche di dimensioni inferiori a 3 micron o di una maggiore di 3 micron per ogni campo di osservazione sono segno di rottura della ceramica. La metodica con agoaspirato ha 100% di sensibilità e 88 % di specificità nel predire rotture della ceramica. Nel gruppo delle ceramiche rotte è stato trovato un maggior numero di malposizionamenti della protesi rispetto ai controlli (p=0,001). Il rumore in protesi con ceramica dovrebbe sollevare il sospetto di fallimento ed indurre ad eseguire una TC e un agoaspirato. Dal confronto con la letteratura la nostra metodica risulta essere la più efficace.

La valutazione degli strumenti per la diagnosi sociale della genitorialita'. Uno studio di caso sulla provincia di Bologna

La ricerca dottorale che ho sviluppato si propone di analizzare il percorso di valutazione della genitorialità recentemente delineato dai servizi sociali territoriali della provincia di Bologna attraverso la sperimentazione di strumenti per la diagnosi sociale, valutando gli esiti dell’applicazione, anche in confronto all’utilizzo di metodi tradizionali. Il progetto ha il suo fulcro tematico, nel qualificare le pratiche professionali, con il fine ultimo di giungere ad un percorso di diagnosi sociale scientificamente fondato. Il mio obbiettivo quindi non è stato analizzare in termini astratti e idealtipici le metodologie professionali di riferimento per i 32 operatori coinvolti, quanto piuttosto di formarli all’utilizzo di una serie di strumenti elaborati nelle fasi precedenti del progetto, e condurre una ricerca empirica su un numero, sufficientemente ampio, di “casi concreti” costituito da nuclei familiari in carico ai servizi sociali. Più precisamente l'ambito privilegiato d’analisi è stato individuato nel rapporto tra operatore ed utente, allo scopo di evidenziare pregi e difetti dell'utilizzo di strumenti professionali finalizzati alla diagnosi sociale. Inoltre va sottolineato che l’analisi della letteratura sul tema ha evidenziato l’esistenza di un numero molto limitato di studi empirici sulle metodologie di servizio sociale, condotti peraltro su un numero di casi e di variabili molto ristretto, e per lo più in territorio statunitense, dove il sistema di Welfare si caratterizza per una impostazione tale da rendere veramente difficile la comparazione con la realtà italiana. Quello a cui ho inteso pervenire non è un giudizio ultimo sull’efficacia di questa specifica metodologia tout-court, ma piuttosto analizzare, attraverso l’utilizzo di materiali quanti-qualitativi derivati dalla sperimentazione, quelle che sono le condizioni che si vengono a determinare quando, nel percorso di presa in carico sociale, vengono introdotti strumenti specifici, metodologia chiara e alto coinvolgimento delle componenti relazionali del processo: operatori, familiari e rete sociale allargata.

Nano-Power Integrated Circuits for Energy Harvesting

The energy harvesting research field has grown considerably in the last decade due to increasing interests in energy autonomous sensing systems, which require smart and efficient interfaces for extracting power from energy source and power management (PM) circuits. This thesis investigates the design trade-offs for minimizing the intrinsic power of PM circuits, in order to allow operation with very weak energy sources. For validation purposes, three different integrated power converter and PM circuits for energy harvesting applications are presented. They have been designed for nano-power operations and single-source converters can operate with input power lower than 1 μW. The first IC is a buck-boost converter for piezoelectric transducers (PZ) implementing Synchronous Electrical Charge Extraction (SECE), a non-linear energy extraction technique. Moreover, Residual Charge Inversion technique is exploited for extracting energy from PZ with weak and irregular excitations (i.e. lower voltage), and the implemented PM policy, named Two-Way Energy Storage, considerably reduces the start-up time of the converter, improving the overall conversion efficiency. The second proposed IC is a general-purpose buck-boost converter for low-voltage DC energy sources, up to 2.5 V. An ultra-low-power MPPT circuit has been designed in order to track variations of source power. Furthermore, a capacitive boost circuit has been included, allowing the converter start-up from a source voltage VDC0 = 223 mV. A nano-power programmable linear regulator is also included in order to provide a stable voltage to the load. The third IC implements an heterogeneous multisource buck-boost converter. It provides up to 9 independent input channels, of which 5 are specific for PZ (with SECE) and 4 for DC energy sources with MPPT. The inductor is shared among channels and an arbiter, designed with asynchronous logic to reduce the energy consumption, avoids simultaneous access to the buck-boost core, with a dynamic schedule based on source priority.

Diagnosi e terapia dei tumori delle cavita' nasali del cane

Lo studio è stato condotto su pazienti affetti da carcinoma nasale trattati con radioterapia presso il Centro Oncologico Veterinario (Sasso Marconi, BO). Lo studio, prospettico, randomizzato e in doppio cieco, ha valutato l’efficacia del trattamento radioterapico in combinazione o meno con firocoxib, un inibitore selettivo dell’enzima ciclossigenasi 2 (COX-2). Sono stati inclusi pazienti con diagnosi istologica di carcinoma nasale sottoposti a stadiazione completa. I pazienti sono stati successivamente suddivisi in due gruppi in base alla tipologia di trattamento: radioterapia associata a firocoxib (Gruppo 1) o solo radioterapia (Gruppo 2). Dopo il trattamento, i pazienti sono stati monitorati a intervalli di 3 mesi sia clinicamente che mediante esami collaterali, al fine di valutare condizioni generali del paziente, un’eventuale tossicità dovuta alla somministrazione di firocoxib e la risposta oggettiva al trattamento. Per valutare la qualità di vita dei pazienti durante la terapia, è stato richiesto ai proprietari la compilazione mensile di un questionario. La mediana del tempo libero da progressione (PFI) è stata di 228 giorni (range 73-525) nel gruppo dei pazienti trattati con radioterapia e firocoxib e di 234 giorni (range 50-475) nei pazienti trattati solo con radioterapia. La sopravvivenza mediana (OS) nel Gruppo 1 è stata di 335 giorni (range 74-620) e di 244 giorni (range 85-505) nel Gruppo 2. Non si sono riscontrate differenze significative di PFI e OS tra i due gruppi. La presenza di metastasi ai linfonodi regionali condizionava negativamente PFI e sopravvivenza (P = 0.004). I pazienti trattati con firocoxib hanno mostrato un significativo beneficio in termini di qualità di vita rispetto ai pazienti trattati con sola radioterapia (P=0.008). La radioterapia può essere considerata un’efficace opzione terapeutica per i cani affetti da neoplasie nasali. Firocoxib non sembra migliorare significativamente i tempi di sopravvivenza, ma risulta utile al fine di garantire una migliore qualità di vita.

Definizione di indici per la diagnosi della detonazione in motori ad accensione comandata

Presentazione di alcuni indici di diagnosi detonazione e recenti sistemi di controllo di anticipo d'accensione.

Strumento per la diagnosi di carcinoma bcc basato su spettroscopia di impedenza

Il presente lavoro di tesi ha l’obiettivo di sviluppare uno strumento di aiuto alla diagnosi tumorale basato sull’analisi dell’impedenza a diverse frequenze. L’impedenza di un tessuto è intesa come l’opposizione che esso offre nell’essere attraversato da un’eccitazione in corrente o in tensione, pertanto lo strumento prevede l’applicazione di una tensione mediante elettrodi e la conseguente lettura della corrente. Da un’analisi delle tecniche utilizzate per individuare l’impedenza si è scelta un’eccitazione sinusoidale e si è quindi progettata una catena analogica di acquisizione del segnale. Si è utilizzato un microcontrollore per l’elaborazione dei dati e per inserire sistemi di controllo nel circuito . Sono stati realizzati inoltre elettrodi ad hoc per lo strumento al fine di soddisfare esigenze di dimensioni e di adattamento al progetto circuitale. Per validare il dispositivo sono state realizzate prove in laboratorio al fine di ricercare l’accuratezza delle misure, inoltre sono previsti dei test sperimentali su pazienti a breve .

Diagnosi di strutture lignee e murarie: Il contributo delle indagini sperimentali

Conoscere dal punto di vista tecnico-costruttivo una costruzione storica è fondamentale per un’attendibile valutazione della sicurezza strutturale attuale e per la scelta di un eventuale ed efficace intervento di miglioramento. Per le strutture di interesse storico appartenenti al patrimonio culturale, ma anche per gli altri edifici, risulta difficile conoscere le origini del manufatto, le modifiche avvenute nel corso del tempo dovute a fenomeni di danneggiamento derivanti dal peggioramento delle condizioni dei materiali e dall’avvenimento di eventi calamitosi a causa della mancanza di documentazione storica. La mia tesi e’ focalizzata su tecniche di indagine non distruttive in modo da migliorare la conoscenza della struttura per poi intervenire in modo corretto. L’obiettivo del lavoro svolto e’ stato indagare il contributo delle indagini sperimentali alla diagnosi di edifici storici, in particolare elementi strutturali lignei e di muratura applicando indagini sperimentali non distruttive. Ho dapprima descritto lo stato dell’arte delle varie prove effettuate attraverso la lettura e il confronto di diversi articoli tecnico-scientifici riportando gli obiettivi, la strumentazione impiegata e i risultati ottenuti dalle diverse prove. Ho poi effettuato uno studio del materiale legno utilizzato per le costruzioni, riportandone la descrizione dal punto di vista strutturale, le caratteristiche fisiche, chimiche e meccaniche, le diverse classificazioni e le fasi di lavorazione. Quindi ho analizzato alcune delle prove non distruttive necessarie per una diagnosi di elementi lignei. Per ogni prova vengono riportate alcune caratteristiche, il principio di funzionamento e la strumentazione utilizzata con eventuali software annessi. Negli ultimi 3 capitoli si procede con l’applicazione sperimentale delle prove in sito o in laboratorio precedentemente descritte, in diversi casi di studio; in particolare 1) l’applicazione della prova di compressione assiale su alcuni provini ricavati da un elemento strutturale in legno antico per ricavare vari parametri fisici e meccanici; 2) lo studio di una capriata di legno presente in laboratorio, recuperata dopo il sisma dell’Emilia del 2012, iniziando dall’ispezione visuale classificazione a vista degli elementi sulla base di quanto riportato nella normativa per poi analizzare i dati delle varie prove non distruttive eseguite. 3) Infine è applicata la prova termografica ad un edificio di interesse storico, come l’ex Monastero di Santa Marta, situato in via S. Vitale a Bologna per indagare la tipologia strutturale, le tecnologie costruttive impiegate nelle varie epoche di questo complesso.

Nanotecnologie e nanomedicina nella diagnosi e nella terapia del cancro.

Negli ultimi decenni la nanotecnologia contestualizzata nel campo medico ha rivolto le sue applicazioni alla cura e alla diagnosi del cancro. In questo elaborato di tesi sono passati in rassegna lo stato dell'arte riguardante le attuali metodologie di cura e di diagnosi nonché le caratteristiche biologiche fondamentali del cancro.Inoltre sono approfonditi tutti gli aspetti innovativi e le potenzialità della nanomedicina e delle nanotecnologie che negli anni hanno dato risultati promettenti e che in futuro potranno consentire un nuovo tipo di approccio diagnostico-terapeutico multidisciplinare basato su una diagnosi precoce e su una terapia personalizzata.

FPGA BASED DESIGN FOR ACCELERATED FAULT-TESTING OF INTEGRATED CIRCUITS

In the past few decades, integrated circuits have become a major part of everyday life. Every circuit that is created needs to be tested for faults so faulty circuits are not sent to end-users. The creation of these tests is time consuming, costly and difficult to perform on larger circuits. This research presents a novel method for fault detection and test pattern reduction in integrated circuitry under test. By leveraging the FPGA's reconfigurability and parallel processing capabilities, a speed up in fault detection can be achieved over previous computer simulation techniques. This work presents the following contributions to the field of Stuck-At-Fault detection: We present a new method for inserting faults into a circuit net list. Given any circuit netlist, our tool can insert multiplexers into a circuit at correct internal nodes to aid in fault emulation on reconfigurable hardware. We present a parallel method of fault emulation. The benefit of the FPGA is not only its ability to implement any circuit, but its ability to process data in parallel. This research utilizes this to create a more efficient emulation method that implements numerous copies of the same circuit in the FPGA. A new method to organize the most efficient faults. Most methods for determinin the minimum number of inputs to cover the most faults require sophisticated softwareprograms that use heuristics. By utilizing hardware, this research is able to process data faster and use a simpler method for an efficient way of minimizing inputs.

Dual-loop circuits in postoperative atrial macro re-entrant tachycardias

Background Patients late after open-heart surgery may develop dual-loop reentrant atrial arrhythmias, and mapping and catheter ablation remain challenging despite computer-assisted mapping techniques. Objectives The purpose of the study was to demonstrate the prevalence and characteristics of dual-loop reentrant arrhythmias, and to define the optimal mapping and ablation strategy. Methods Fourty consecutive patients (mean age 52+/-12 years) with intra-atrial reentrant tachycardia (IART) after open-heart surgery (with an incision of the right atrial free wall) were studied. Dual-loop IART was defined as the presence of two simultaneous atrial circuits. Following an abrupt tachycardia change during radiofrequency (RF) ablation, electrical disconnection of the targeted reentry isthmus from the remaining circuit was demonstrated by entrainment mapping. Furthermore, the second circuit loop was localized using electroanatomic mapping and/or entrainment mapping. Results Dual-loop IART was demonstrated in 8 patients (20%, 5 patients with congenital heart disease, 3 with acquired heart disease). Dual-loop IART included an isthmus-dependant atrial flutter combined with a reentry related to the atriotomy scar. The diagnosis of dual-loop IART required the comparison of entrainment mapping before and after tachycardiamodification. Overall, 35 patients had successful RF ablation (88%). Success rates were lower in patients with dual-loop IART than in patient without dual-loop IART. Ablation failures in 3 patients with dual-loop IART were related to the inability to properly transect the second tachycardia isthmus in the right atrial free wall. Conclusions Dual-loop IART is relatively common after heart surgery involving a right atriotomy. Abrupt tachycardia change and specific entrainment mapping maneuvers demonstrate these circuits. Electroanatomic mapping appears to be important to assist catheter ablation of periatriotomy circuits.

Cellular and network mechanisms of rhythm generation in spinal cord circuits

The generation of rhythmic electrical activity is a prominent feature of spinal cord circuits that is used for locomotion and also for circuit refinement during development. The mechanisms involved in rhythm generation in spinal cord networks are not fully understood. It is for example not known whether spinal cord rhythms are driven by pacemaker neurons and if yes, which neurons are involved in this function. We studied the mechanisms involved in rhythm generation in slice cultures from fetal rats that were grown on multielectrode arrays (MEAs). We combined multisite extracellular recordings from the MEA electrodes with intracellular patch clamp recordings from single neurons. We found that spatially restricted oscillations of activity appeared in most of the cultures spontaneously. Such activity was based on intrinsic activity in a percentage of the neurons that could activate the spinal networks through recurrent excitation. The local oscillator networks critically involved NMDA, AMPA and GABA / glycine receptors at subsequent phases of the oscillation cycle. Intrinsic spiking in individual neurons (in the absence of functional synaptic coupling) was based on persistent sodium currents. Intrinsic firing as well as persistent sodium currents were increased by 5-HT through 5-HT2 receptors. Comparing neuronal activity to muscle activity in co-cultures of spinal cord slices with muscle fibers we found that a percentage of the intrinsically spiking neurons were motoneurons. These motoneurons were electrically coupled among each other and they could drive the spinal networks through cholinergic recurrent excitation. These findings open the possibility that during development rhythmic activity in motoneurons is not only involved in circuit refinement downstream at the neuromuscular endplates but also upstream at the level of spinal cord circuits.

Two-dimensional Lattice Gauge Theories with Superconducting Quantum Circuits

A quantum simulator of U(1) lattice gauge theories can be implemented with superconducting circuits. This allows the investigation of confined and deconfined phases in quantum link models, and of valence bond solid and spin liquid phases in quantum dimer models. Fractionalized confining strings and the real-time dynamics of quantum phase transitions are accessible as well. Here we show how state-of-the-art superconducting technology allows us to simulate these phenomena in relatively small circuit lattices. By exploiting the strong non-linear couplings between quantized excitations emerging when superconducting qubits are coupled, we show how to engineer gauge invariant Hamiltonians, including ring-exchange and four-body Ising interactions. We demonstrate that, despite decoherence and disorder effects, minimal circuit instances allow us to investigate properties such as the dynamics of electric flux strings, signaling confinement in gauge invariant field theories. The experimental realization of these models in larger superconducting circuits could address open questions beyond current computational capability.

Neural circuits of emotion regulation: a comparison of mindfulness-based and cognitive reappraisal strategies

Dealing with one's emotions is a core skill in everyday life. Effective cognitive control strategies have been shown to be neurobiologically represented in prefrontal structures regulating limbic regions. In addition to cognitive strategies, mindfulness-associated methods are increasingly applied in psychotherapy. We compared the neurobiological mechanisms of these two strategies, i.e. cognitive reappraisal and mindfulness, during both the cued expectation and perception of negative and potentially negative emotional pictures. Fifty-three healthy participants were examined with functional magnetic resonance imaging (47 participants included in analysis). Twenty-four subjects applied mindfulness, 23 used cognitive reappraisal. On the neurofunctional level, both strategies were associated with comparable activity of the medial prefrontal cortex and the amygdala. When expecting negative versus neutral stimuli, the mindfulness group showed stronger activations in ventro- and dorsolateral prefrontal cortex, supramarginal gyrus as well as in the left insula. During the perception of negative versus neutral stimuli, the two groups only differed in an increased activity in the caudate in the cognitive group. Altogether, both strategies recruited overlapping brain regions known to be involved in emotion regulation. This result suggests that common neural circuits are involved in the emotion regulation by mindfulness-based and cognitive reappraisal strategies. Identifying differential activations being associated with the two strategies in this study might be one step towards a better understanding of differential mechanisms of change underlying frequently used psychotherapeutic interventions.