The effect of diffusion gradient direction number on tractography of corticospinal tract in human brain: an along-tract analysis

Nel presente lavoro di tesi ho sviluppato un metodo di analisi di dati di DW-MRI (Diffusion-Weighted Magnetic Resonance Imaging)cerebrale, tramite un algoritmo di trattografia, per la ricostruzione del tratto corticospinale, in un campione di 25 volontari sani. Il diffusion tensor imaging (DTI) sfrutta la capacità del tensore di diffusione D di misurare il processo di diffusione dell’acqua, per stimare quantitativamente l’anisotropia dei tessuti. In particolare, nella sostanza bianca cerebrale la diffusione delle molecole di acqua è direzionata preferenzialmente lungo le fibre, mentre è ostacolata perpendicolarmente ad esse. La trattografia utilizza le informazioni ottenute tramite il DW imaging per fornire una misura della connettività strutturale fra diverse regioni del cervello. Nel lavoro si è concentrata l’attenzione sul fascio corticospinale, che è coinvolto nella motricità volontaria, trasmettendo gli impulsi dalla corteccia motoria ai motoneuroni del midollo spinale. Il lavoro si è articolato in 3 fasi. Nella prima ho sviluppato il pre-processing di immagini DW acquisite con un gradiente di diffusione sia 25 che a 64 direzioni in ognuno dei 25 volontari sani. Si è messo a punto un metodo originale ed innovativo, basato su “Regions of Interest” (ROIs), ottenute attraverso la segmentazione automatizzata della sostanza grigia e ROIs definite manualmente su un template comune a tutti i soggetti in esame. Per ricostruire il fascio si è usato un algoritmo di trattografia probabilistica che stima la direzione più probabile delle fibre e, con un numero elevato di direzioni del gradiente, riesce ad individuare, se presente, più di una direzione dominante (seconda fibra). Nella seconda parte del lavoro, ciascun fascio è stato suddiviso in 100 segmenti (percentili). Sono stati stimati anisotropia frazionaria (FA), diffusività media, probabilità di connettività, volume del fascio e della seconda fibra con un’analisi quantitativa “along-tract”, per ottenere un confronto accurato dei rispettivi percentili dei fasci nei diversi soggetti. Nella terza parte dello studio è stato fatto il confronto dei dati ottenuti a 25 e 64 direzioni del gradiente ed il confronto del fascio fra entrambi i lati. Dall’analisi statistica dei dati inter-subject e intra-subject è emersa un’elevata variabilità tra soggetti, dimostrando l’importanza di parametrizzare il tratto. I risultati ottenuti confermano che il metodo di analisi trattografica del fascio cortico-spinale messo a punto è risultato affidabile e riproducibile. Inoltre, è risultato che un’acquisizione con 25 direzioni di DTI, meglio tollerata dal paziente per la minore durata dello scan, assicura risultati attendibili. La principale applicazione clinica riguarda patologie neurodegenerative con sintomi motori sia acquisite, quali sindromi parkinsoniane sia su base genetica o la valutazione di masse endocraniche, per la definizione del grado di contiguità del fascio. Infine, sono state poste le basi per la standardizzazione dell’analisi quantitativa di altri fasci di interesse in ambito clinico o di studi di ricerca fisiopatogenetica.

Design and fluid dynamic analysis of a custom drip chamber in a medical disposable device

Negli ultimi anni, parallelamente allo sviluppo di calcolatori elettronici sempre più performanti, la fluidodinamica computazionale è diventata uno strumento di notevole utilità nell’analisi dei flussi e nello sviluppo di dispositivi medici. Quando impiegate nello studio di flussi di fluidi fisiologici, come il sangue, il vantaggio principale delle analisi CFD è che permettono di caratterizzare il comportamento fluidodinamico senza dover eseguire test in-vivo/in-vitro, consentendo quindi notevoli vantaggi in termini di tempo, denaro e rischio derivante da applicazioni mediche. Inoltre, simulazioni CFD offrono una precisa e dettagliata descrizione di ogni parametro di interesse permettendo, già in fase di progettazione, di prevedere quali modifiche al layout garantiranno maggiori vantaggi in termini di funzionalità. Il presente lavoro di tesi si è posto l’obiettivo di valutare, tramite simulazioni CFD, le performances fluidodinamiche del comparto sangue “camera venosa” di un dispositivo medico monouso Bellco impiegato nella realizzazione di trattamenti di emodialisi. Dopo una panoramica del contesto, è presentata una breve descrizione della disfunzione renale e dei trattamenti sostitutivi. Notevole impegno è stato in seguito rivolto allo studio della letteratura scientifica in modo da definire un modello reologico per il fluido non-Newtoniano preso in considerazione e determinarne i parametri caratteristici. Il terzo capitolo presenta lo stato dell’arte delle apparecchiature Bellco, rivolgendosi con particolare attenzione al componente “cassette” del dispositivo monouso. L’analisi fluidodinamica del compartimento “camera venosa” della cassette, che sarà presa in considerazione nei capitoli quinto e sesto, si inserisce nell’ambito della riprogettazione del dispositivo attualmente in commercio: il quarto capitolo si incentra sul suo nuovo design, ponendo specifico interesse sul layout della camera venosa di nuova generazione. Per lo studio dei flussi che si sviluppano internamente ad essa ci si è avvalsi del modulo CFD del software COMSOL multiphysics® (versione 5.0); la definizione del modello implementato e della tipologia di studio effettuato sono presi in considerazione nel quinto capitolo. Le problematiche di maggior impatto nella realizzazione di un trattamento di emodialisi sono l’emolisi e la coagulazione del sangue. Nell'evenienza che si verifichino massivamente occorre infatti interrompere il trattamento con notevoli disagi per il paziente, per questo devono essere evitate. Nel sesto capitolo i risultati ottenuti sono stati esaminati rivolgendo particolare attenzione alla verifica dell’assenza di fenomeni che possano portare alle problematiche suddette.

Temporal dynamics of benthic assemblages along a gradient of ocean acidification at a CO2 vent’s system of the Ischia Island

Global warming and ocean acidification, due to rising atmospheric levels of CO2, represent an actual threat to terrestrial and marine environments. Since Industrial Revolution, in less of 250 years, pH of surface seawater decreased on average of 0.1 unit, and is expected to further decreases of approximately 0.3-0.4 units by the end of this century. Naturally acidified marine areas, such as CO2 vent systems at the Ischia Island, allow to study acclimatation and adaptation of individual species as well as the structure of communities, and ecosystems to OA. The main aim of this thesis was to study how hard bottom sublittoral benthic assemblages changed trough time along a pH gradient. For this purpose, the temporal dynamics of mature assemblages established on artificial substrates (volcanic tiles) over a 3 year- period were analysed. Our results revealed how composition and dynamics of the community were altered and highly simplified at different level of seawater acidification. In fact, extreme low values of pH (approximately 6.9), affected strongly the assemblages, reducing diversity both in terms of taxa and functional groups, respect to lower acidification levels (mean pH 7.8) and ambient conditions (8.1 unit). Temporal variation was observed in terms of species composition but not in functional groups. Variability was related to species belonging to the same functional group, suggesting the occurrence of functional redundancy. Therefore, the analysis of functional groups kept information on the structure, but lost information on species diversity and dynamics. Decreasing in ocean pH is only one of many future global changes that will occur at the end of this century (increase of ocean temperature, sea level rise, eutrophication etc.). The interaction between these factors and OA could exacerbate the community and ecosystem effects showed by this thesis.

Diagnostic performance and accuracy of 3-D spoiled gradient-dual-echo MRI with water- and fat-signal separation in liver-fat quantification: comparison to liver biopsy

To prospectively evaluate a 3-dimensional spoiled gradient-dual-echo (3D SPGR-DE) magnetic resonance imaging (MRI) sequence for the qualitative and quantitative analysis of liver fat content (LFC) in patients with the suspicion of fatty liver disease using histopathology as the standard of reference.

Drosophila egg chamber elongation Insights into how tissues and organs are shaped

As tissues and organs are formed, they acquire a specific shape that plays an integral role in their ability to function properly. A relatively simple system that has been used to examine how tissues and organs are shaped is the formation of an elongated Drosophila egg. While it has been known for some time that Drosophila egg elongation requires interactions between a polarized intracellular basal actin network and a polarized extracellular network of basal lamina proteins, how these interactions contribute to egg elongation remained unclear. Recent studies using live imaging have revealed two novel processes, global tissue rotation and oscillating basal actomyosin contractions, which have provided significant insight into how the two polarized protein networks cooperate to produce an elongated egg. This review summarizes the proteins involved in Drosophila egg elongation and how this recent work has contributed to our current understanding of how egg elongation is achieved.

Drosophila Egg Chamber Elongation: Insights into How Tissues and Organs Are Shaped

As tissues and organs are formed they acquire a specific shape that plays an integral role in their ability to function properly. A relatively simple system that has been used to examine how tissues and organs are shaped is the formation of an elongated Drosophila egg. While it has been known for some time that Drosophila egg elongation requires interactions between a polarized intracellular basal actin network and a polarized extracellular network of basal lamina proteins, how these interactions contribute to egg elongation remained unclear. Recent studies using live imaging have revealed two novel processes, global tissue rotation and oscillating basal actomyosin contractions, which have provided significant insight into how the two polarized protein networks cooperate to produce an elongated egg. This review summarizes the proteins involved in Drosophila egg elongation and how this recent work has contributed to our current understanding of how egg elongation is achieved.

Geophysical Analysis of Seasonal Montandon Gravel Ridge Water Table Fluctuation and Moisture Gradient Variation due to Storm Events

The purpose of this research project is to continue exploring the Montandon Long-Term Hydrologic Research Site(LTHR) by using multiple geophysical methods to obtain more accurate and precise information regarding subsurface hydrologic properties of a local gravel ridge,which are important to both the health of surrounding ecosystems and local agriculture. Through using non-invasive geophysical methods such as seismic refraction, Direct Current resistivity and ground penetrating radar (GPR) instead of invasive methods such as boreholedrilling which displace sediment and may alter water flow, data collection is less likely to bias the data itself. In addition to imaging the gravel ridge subsurface, another important researchpurpose is to observe how both water table elevation and the moisture gradient (moisture content of the unsaturated zone) change over a seasonal time period and directly after storm events. The combination of three types of data collection allows the strengths of each method combine together and provide a relatively strongly supported conclusions compared to previous research. Precipitation and geophysical data suggest that an overall increase in precipitation during the summer months causes a sharp decrease in subsurface resistivity within the unsaturated zone. GPR velocity data indicate significant immediate increase in moisture content within the shallow vadose zone (< 1m), suggesting that rain water was infiltrating into the shallow subsurface. Furthermore, the combination of resistivity and GPR results suggest that the decreased resistivity within the shallow layers is due to increased ion content within groundwater. This is unexpected as rainwater is assumed to have a DC resistivity value of 3.33*105 ohm-m. These results may suggest that ions within the sediment must beincorporated into the infiltrating water.

The recoil transfer chamber - An interface to connect the physical preseparator TASCA with chemistry and counting setups

Performing experiments with transactinide elements demands highly sensitive detection methods due to the extremely low production rates (one-atom-at-a-time conditions). Preseparation with a physical recoil separator is a powerful method to significantly reduce the background in experiments with sufficiently long-lived isotopes (t1/2≥0.5 s). In the last years, the new gas-filled TransActinide Separator and Chemistry Apparatus (TASCA) was installed and successfully commissioned at GSI. Here, we report on the design and performance of a Recoil Transfer Chamber (RTC) for TASCA—an interface to connect various chemistry and counting setups with the separator. Nuclear reaction products recoiling out of the target are separated according to their magnetic rigidity within TASCA, and the wanted products are guided to the focal plane of TASCA. In the focal plane, they pass a thin Mylar window that separates the ∼1 mbar atmosphere in TASCA from the RTC kept at ∼1 bar. The ions are stopped in the RTC and transported by a continuous gas flow from the RTC to the ancillary setup. In this paper, we report on measurements of the transportation yields under various conditions and on the first chemistry experiments at TASCA—an electrochemistry experiment with osmium and an ion exchange experiment with the transactinide element rutherfordium.