Segmentazione automatica dell'atrio sinistro e valutazione della fibrosi atriale in risonanza magnetica

Questo lavoro di tesi si è svolto in collaborazione con le Unità Operative di Cardiologia e di Radiologia dell’ospedale “M. Bufalini” di Cesena e della St. Jude Medical, Inc., con l’obiettivo di sviluppare e implementare un metodo per l’identificazione e la valutazione della fibrosi atriale mediante risonanza magnetica in pazienti con fibrillazione atriale, candidati a procedura di ablazione. I pazienti sono stati sottoposti all’esame di risonanza magnetica (RM) angio per la valutazione della morfologia atriale e alla DE-MRI per l’identificazione e la visualizzazione delle zone di alto enhancement sulla struttura 3D dell’atrio sinistro, ossia le zone di alta intensità corrispondenti alla fibrosi. La struttura anatomica è utile all’elettrofisiologo per conoscere la morfologia dell’atrio e delle vene polmonari, permettendo quindi di minimizzare l’uso della fluoroscopia durante la procedura di ablazione. La conoscenza dei siti e della quantificazione della fibrosi è vantaggiosa per il medico per la pianificazione preoperatoria, in quanto nei pazienti con molta fibrosi non è sufficiente l’isolamento delle vene polmonari, ma si ottengono risultati migliori effettuando un’ablazione estensiva della parete atriale. Inoltre gli studi in letteratura hanno dimostrato che i pazienti con un’estensione di fibrosi superiore al 35% della superficie atriale, hanno una probabilità superiore al 50% di soffrire nuovamente di fibrillazione atriale dopo la procedura di ablazione; lo studio della fibrosi atriale vuole quindi essere un metodo per predire se l’ablazione avrà successo, oppure se è preferibile seguire indicazioni terapeutiche diverse. Il primo passo di questo lavoro è stata la registrazione delle immagini angio-RM e DE-MR mediante il software VolView. Successivamente si è implementato un programma in Matlab per segmentare in modo automatico l’atrio sinistro e si è visualizzata la struttura tridimensionale con la mappa cromatica della fibrosi utilizzando il software ParaView. Infine per validare questo lavoro si è effettuato un confronto qualitativo dei risultati ottenuti con il mappaggio elettro-anatomico acquisito mediante il sistema EnSite Velocity della St. Jude Medical, Inc. durante la procedura di ablazione transcatetere. Per eseguire questo confronto è stato necessario interfacciare il nostro lavoro con il sistema EnSite Velocity, con lo scopo di riuscire a visualizzare le mappe elettro-anatomiche sul nostro sistema e di importare la nostra struttura anatomica nel loro.

Techniques and Methods for a multi-scale analysis of neuromuscular fatigue

This thesis proposes an integrated holistic approach to the study of neuromuscular fatigue in order to encompass all the causes and all the consequences underlying the phenomenon. Starting from the metabolic processes occurring at the cellular level, the reader is guided toward the physiological changes at the motorneuron and motor unit level and from this to the more general biomechanical alterations. In Chapter 1 a list of the various definitions for fatigue spanning several contexts has been reported. In Chapter 2, the electrophysiological changes in terms of motor unit behavior and descending neural drive to the muscle have been studied extensively as well as the biomechanical adaptations induced. In Chapter 3 a study based on the observation of temporal features extracted from sEMG signals has been reported leading to the need of a more robust and reliable indicator during fatiguing tasks. Therefore, in Chapter 4, a novel bi-dimensional parameter is proposed. The study on sEMG-based indicators opened a scenario also on neurophysiological mechanisms underlying fatigue. For this purpose, in Chapter 5, a protocol designed for the analysis of motor unit-related parameters during prolonged fatiguing contractions is presented. In particular, two methodologies have been applied to multichannel sEMG recordings of isometric contractions of the Tibialis Anterior muscle: the state-of-the-art technique for sEMG decomposition and a coherence analysis on MU spike trains. The importance of a multi-scale approach has been finally highlighted in the context of the evaluation of cycling performance, where fatigue is one of the limiting factors. In particular, the last chapter of this thesis can be considered as a paradigm: physiological, metabolic, environmental, psychological and biomechanical factors influence the performance of a cyclist and only when all of these are kept together in a novel integrative way it is possible to derive a clear model and make correct assessments.

Valutazione quantitativa del rischio dovuto ad incidenti causati da eventi naturali in impianti di processo

La minaccia derivante da fattori di rischio esterni, come gli eventi catastrofici naturali, è stata recentemente riconosciuta come una questione importante riguardo la sicurezza degli impianti chimici e di processo. Gli incidenti causati dal rilascio di sotanze pericolose in seguito al danneggiamento di apparecchiature per effetto di eventi naturali sono stati definiti eventi NaTech, data la doppia componente naturale e tecnologica. È proprio la simultaneità del disastro naturale e dell’incidente tecnologico il problema principale di questo tipo di eventi, che, oltre a generare elevate difficoltà nella gestione delle emergenze, sono caratterizzati da un’elevata criticità in quanto la catastrofe naturale può essere la causa del cedimento contemporaneo di più apparecchiature in zone diverse dell’impianto. I cambiamenti climatici in corso porteranno inoltre ad un incremento della frequenza degli eventi idrometerologici estremi, con un conseguente aumento del rischio Natech. Si tratta quindi di un rischio emergente la cui valutazione deve essere effettuata attraverso metodologie e strumenti specifici. Solo recentemente è stato proposto un framework per la valutazione quantitativa di questo tipo di rischio. L’applicazione di tale procedura passa attraverso l’utilizzo di modelli di vulnerabilità che relazionano la probabilità di danneggiamento di una specifica apparecchiatura all’intensità dell’evento naturale di riferimento. Questo elaborato, facendo riferimento ai modelli di vulnerabilità e alle cartteristiche delle apparecchiature prese in esame, avrà inizialmente lo scopo di sviluppare una procedura a ritroso, calcolando l’intensità degli eventi di riferimento (terremoti e alluvioni) capace di causare un incremento di rischio non accettabile, al fine di poter determinare a priori se una data apparecchiatura con determinate condizioni operative e caratteristiche strutturali possa o meno essere installata in una zona specifica.

Riduzione delle perdite e incremento dell'indice OEE di un'isola di lavoro mediante l'applicazione di metodologie SMED e TPM

Questo elaborato nasce da uno stage presso lo stabilimento Bonfiglioli Trasmital S.p.A. di Forlì, un’azienda manifatturiera specializzata nella produzione, costruzione e distribuzione di motoriduttori di velocità, sistemi di azionamento e motoriduttori epicicloidali applicati nel campo industriale, dell’automazione, delle macchine movimento terra e nell’ambito delle energie alternative. Il progetto ha lo scopo di aumentare la disponibilità di un impianto di tempra ad induzione. La scelta di tale impianto quale oggetto dell’attività, proviene da un’analisi delle ore di disponibilità perse per inefficienza, nell’anno 2012, in tutto il reparto di lavorazione meccanica dello stabilimento produttivo di Forlì e dall’analisi dell’OEE (Overall equipment effectiveness), indicatore principale per stabilire l’efficienza di un impianto. Analizzando la natura delle perdite del macchinario, tipicamente guasti, micro fermate e setup, si è deciso di applicare le tecniche di TPM e dello SMED: il TPM (Total Productive Maintenance) persegue l’obiettivo di migliorare la produttività degli impianti e la loro efficacia, grazie alla riduzione delle cause di perdita ricercando il miglioramento continuo del processo di produzione e della qualità, mentre lo SMED (Single-Minute Exchange of Die) è una metodologia volta alla riduzione dei tempi di cambio produzione; la grande innovazione di tale teoria risiede nella possibilità di ridurre fortemente i tempi impiegati per effettuare un’operazione di setup con un solo digit ossia in un lasso di tempo inferiore a dieci minuti.

Monitoraggio di rilasci accidentali di sostanze pericolose in un impianto chimico

Il monitoraggio dei rilasci può essere indoor o outdoor; l’attenzione del presente lavoro è rivolta a sistemi di monitoraggio di gas infiammabili e/o tossici in ambienti esterni di stabilimenti onshore. L’efficacia dei sistemi di Gas Detection è profondamente influenzata dalla disposizione dei sensori nelle aree di rischio. Esistono codici e standard che forniscono informazioni molto dettagliate per la progettazione dei sistemi di Fire Detection e linee guida per la scelta, l’installazione ed il posizionamento ottimale dei sensori di incendio. La stessa affermazione non si può fare per i sistemi di Gas Detection, nonostante dall’individuazione tempestiva di un rilascio dipendano anche le successive azioni antincendio. I primi tentativi di sviluppare linee guida per il posizionamento dei sensori di gas sono stati effettuati per le applicazioni off-shore, dove l’elevato livello di congestione e il valore delle apparecchiature utilizzate richiedono un efficiente sistema di monitoraggio dei rilasci. Per quanto riguarda gli impianti on-shore, i criteri di posizionamento dei rilevatori di gas non sono ufficialmente ed univocamente definiti: il layout dei gas detectors viene in genere stabilito seguendo criteri di sicurezza interni alle compagnie affiancati da norme di “buona tecnica” e regole empiriche. Infatti, nonostante sia impossibile garantire l’individuazione di ogni rilascio, vi sono linee guida che propongono strategie di posizionamento dei gas detectors in grado di massimizzare la probabilità di successo del sistema di monitoraggio. Il presente lavoro è finalizzato alla verifica del corretto posizionamento dei gas detectors installati presso l’impianto pilota SF2 dello stabilimento Basell Poliolefine Italia di Ferrara.

IEEE 802.21: Media Independent Handover

In questo lavoro, dopo un'introduzione sul panorama contemporaneo, si è analizzato lo standard IEEE 802.21, illustrandone i motivi che hanno portato al suo sviluppo, la timeline del processo di standardizzazione, gli obbiettivi del working group, l'architettura del sistema specificato e le sue funzionalità, con particolare riguardo all'utilità in applicazioni reali, al fine di darne un giudizio completo sulla sua effettiva efficacia. Dopo aver citato qualche esempio di possibile applicazione dello standard e descritto lo stato attuale dell'arte, si è studiata una sua implementazione cross-platform chiamata ODTONE, descrivendone i vari componenti e le loro funzionalità, ma anche sottolineando le attuali mancanze per arrivare ad una implementazione completa sotto tutti i punti di vista. Successivamente si è studiata ed implementata un'applicazione, MIH-proxy, che potesse sfruttare in modo costruttivo i servizi specificati dallo standard per creare un proxy che potesse scegliere su quale interfaccia instradare i pacchetti a seconda dello stato attuale di tutti i collegamenti, realizzato in versione unidirezionale e bidirezionale. In particolare questa applicazione è in grado di restare in ascolto di cambiamenti di stato delle interfacce di rete, e.g. quando viene stabilita una connessione oppure cade, e, di conseguenza, stabilire di volta in volta quali collegamenti utilizzare per inviare dati. Nella versione bidirezionale è anche possibile far comunicare tra loro applicazioni che normalmente utilizzerebbero il protocollo di trasporto TCP attraverso un ulteriore componente, phoxy, che si preoccupa di convertire, in modo trasparente, un flusso TCP in datagrammi UDP eventualmente cifrati. Sarà quindi possibile creare un collegamento criptato ad alta affidabilità tra le applicazioni che possa sfruttare tutte le interfacce disponibili, sia per inviare, sia per ricevere.

Reti di partecipazione fra società di capitale in Italia: presenza di topologie caratterizzate da distribuzioni power law

Quando la probabilità di misurare un particolare valore di una certa quantità varia inversamente come potenza di tale valore, il quantitativo è detto come seguente una power-law, conosciuta anche come legge di Zipf o distribuzione di Pareto. Obiettivo di questa tesi sarà principalmente quello di verificare se il campione esteso di imprese segue la power-law (e se sì, in che limiti). A tale fine si configureranno i dati in un formato di rete monomodale, della quale si studieranno alcune macro-proprietà di struttura a livllo complessivo e con riferimento alle componenti (i singoli subnet distinti) di maggior dimensione. Successivamente si compiranno alcuni approfondimenti sulla struttura fine di alcuni subnet, essenzialmente rivolti ad evidenziare la potenza di unapproccio network-based, anche al fine di rivelare rilevanti proprietà nascoste del sistema economico soggiacente, sempre, ovviamente, nei limiti della modellizzazione adottata. In sintesi, ciò che questo lavoro intende ottenere è lo sviluppo di un approccio alternativo al trattamento dei big data a componente relazionale intrinseca (in questo caso le partecipazioni di capitale), verso la loro conversione in "big knowledge": da un insieme di dati cognitivamente inaccessibili, attraverso la strutturazione dell'informazione in modalità di rete, giungere ad una conoscenza sufficientemente chiara e giustificata.

Mental states monitoring through passive Brain-Computer Interface systems

The monitoring of cognitive functions aims at gaining information about the current cognitive state of the user by decoding brain signals. In recent years, this approach allowed to acquire valuable information about the cognitive aspects regarding the interaction of humans with external world. From this consideration, researchers started to consider passive application of brain–computer interface (BCI) in order to provide a novel input modality for technical systems solely based on brain activity. The objective of this thesis is to demonstrate how the passive Brain Computer Interfaces (BCIs) applications can be used to assess the mental states of the users, in order to improve the human machine interaction. Two main studies has been proposed. The first one allows to investigate whatever the Event Related Potentials (ERPs) morphological variations can be used to predict the users’ mental states (e.g. attentional resources, mental workload) during different reactive BCI tasks (e.g. P300-based BCIs), and if these information can predict the subjects’ performance in performing the tasks. In the second study, a passive BCI system able to online estimate the mental workload of the user by relying on the combination of the EEG and the ECG biosignals has been proposed. The latter study has been performed by simulating an operative scenario, in which the occurrence of errors or lack of performance could have significant consequences. The results showed that the proposed system is able to estimate online the mental workload of the subjects discriminating three different difficulty level of the tasks ensuring a high reliability.

L'immagine di Roma nella cultura russa tra fine XVIII secolo e inizio XIX secolo

Nella tesi si osserva come nella cultura russa cambiava l’immagine di Roma. Se ancora alla fine del settecento l’antichità romana poteva risultare solamente uno strumento retorico-filologico da utilizzare per fare il proprio discorso più convincente, la generazione dei decabristi la stessa antica romanità la accostava alla cultura e storia russe tramite gli elevati ideali civici. La romanità ora risultava uno strumento di analisi della esperienza storica e politica della Russia anche nel contesto europeo. Da qui nasceva una serie di modelli russi legati all’antica Roma: il Catone di Radiscev, il Bruto dei decabristi, ecc. Vi attingeva generosamente anche una corrente di lirica russo-antica con i suoi ricchi riferimenti agli autori classici, Ovidio, Tacito, Orazio. Nasceva così una specie di Roma antica russa che viveva secondo le sue regole etiche ed estetiche. Con il fallimento dell’esperienza decabrista cambia anche l’approccio alle antichità: ci si distacca dalla visione storico-morale dell’antico, Roma non è più una categoria da emulare, ma una storia a sé stante e chiusa in sé stessa come ogni periodo storico. Essa smette di essere un criterio universale di giudizio etico e morale. Allo stesso tempo, una parte integrante della cultura russa all’epoca era il viaggio a Roma. I russi cresciuti con interesse e amore verso la Roma antica, impazienti ed emozionati, desideravano ora di vedere quella patria dei classici. Era come se fosse un appuntamento fra gli amici di vecchia data. Si affrettava a verificare di persona le muse di storia e di poesia. E con tutto questo si imparavano ad amare tutti i defetti della Roma reale, spesso inospitale, la Roma del dolore e della fatica. La voce importante nel racconto romano dei russi era anche la Roma del cristianesimo, dove ritrovare e ricoprire la propria “anima cristiana”.

Metodi di approssimazione saddlepoint ed applicazioni finanziarie

I metodi saddlepoint studiati nella tesi permettono di approssimare la densità di una variabile aleatoria a partire dalla funzione generatrice dei cumulanti (ricavabile dalla funzione caratteristica). Integrando la densità saddlepoint si ottiene la formula di Lugannani-Rice (e ulteriori generalizzazioni) per approssimare le probabilità di coda. Quest'ultima formula è stata poi applicata in ambito finanziario per il calcolo del prezzo di un'opzione call rispetto a vari modelli (Black-Scholes, Merton, CGMY)e in ambito assicurativo per calcolare la probabilità che il costo totale dei sinistri in una polizza non superi una certa quota fissata.

Studio e ottimizzazione di un riduttore aeronautico avanzato per motori diesel common rail

Così concepito il riduttore rispetta i requisiti richiesti in termini di peso, affidabilità, realizzabilità e costi contenuti. Per quanto riguarda la realizzabilità e i costi, si sono progettati due componenti che possono essere ottenuti da barre commerciali in un'unica lavorazione al tornio, se munito di creatore per le ruote dentate: questo ci consente di contenere i costi di produzione, costi che erano stati già abbattuti in partenza utilizzando i carter Simonini, evitando di dover progettare e costruire dei carter ad hoc.

Stima dei parametri di modelli idrologici mediante ottimizzazione dell’utilità

Tradizionalmente, l'obiettivo della calibrazione di un modello afflussi-deflussi è sempre stato quello di ottenere un set di parametri (o una distribuzione di probabilità dei parametri) che massimizzasse l'adattamento dei dati simulati alla realtà osservata, trattando parzialmente le finalità applicative del modello. Nel lavoro di tesi viene proposta una metodologia di calibrazione che trae spunto dell'evidenza che non sempre la corrispondenza tra dati osservati e simulati rappresenti il criterio più appropriato per calibrare un modello idrologico. Ai fini applicativi infatti, può risultare maggiormente utile una miglior rappresentazione di un determinato aspetto dell'idrogramma piuttosto che un altro. Il metodo di calibrazione che viene proposto mira a valutare le prestazioni del modello stimandone l'utilità nell'applicazione prevista. Tramite l'utilizzo di opportune funzioni, ad ogni passo temporale viene valutata l'utilità della simulazione ottenuta. La calibrazione viene quindi eseguita attraverso la massimizzazione di una funzione obiettivo costituita dalla somma delle utilità stimate nei singoli passi temporali. Le analisi mostrano come attraverso l'impiego di tali funzioni obiettivo sia possibile migliorare le prestazioni del modello laddove ritenute di maggior interesse per per le finalità applicative previste.

Generatore trasportabile di energia elettrica da fonte solare

Studio di fattibilità di un generatore trasportabile di energia elettrica da fonte solare.

Studio di uno scambiatore di calore per produzione istantanea di acqua calda per uso sanitario

In questo elaborato viene presentato lo studio ed ottimizzazione della geometria del serpentino di uno scambiatore di calore per la produzione di acqua sanitaria di tipo Puffer. L’analisi volta all’ottimizzazione del serpentino è stata eseguita con l’obiettivo di soddisfare i vincoli di progetto dello scambiatore, ovvero la portata elaborata e la temperatura di uscita dell’acqua sanitaria dallo scambiatore, ma cercando di ridurre la superficie del serpentino e quindi il costo dello scambiatore stesso, in particolare agendo su parametri geometrici quali il passo dell’elica H, il diametro dell’avvolgimento Db ed il diametro del tubo d. A tal fine è stato sviluppato un modello del processo di scambio termico all’interno dello scambiatore Puffer basato sulle equazioni di bilancio di energia e raffinato attraverso correlazioni teorico/sperimentali reperite in letteratura. In una prima fase l’ottimizzazione è stata svolta con l’ulteriore vincolo progettuale d=41mm e Db=510mm, al fine di garantire maggiore flessibilità nell’utilizzo del serpentino per altre tipologie di scambiatori. In questo caso, si è giunti ad un risparmio del 14% sull’area di scambio termico del serpentino rispetto al modello tuttora in produzione, quantificabile in una riduzione dei costi del 19% sul costo totale del Puffer. In una seconda fase si è proceduto ad una ottimizzazione libera dai vincoli d e Db, con l’obiettivo di valutare la massima riduzione di area di scambio termico del serpentino, stimata in circa il 23% nel caso in cui sia possibile in futuro valutare modifiche sostanziali alla geometria dello scambiatore. Lo studio completato dall’analisi dell’isolamento del corpo dello scambiatore, finalizzata a ridurre le dispersioni verso l’ambiente esterno. In particolare è stato valutato l’utilizzo di Isolmix, in alternativa all’esistente isolamento in pannelli di poliuretano, dimostrando come sia possibile ottenere una ulteriore riduzione del materiale impiegato e quindi dei costi di realizzazione dello scambiatore.

Statistica degli eventi rari nei sistemi dinamici

La teoria dei sistemi dinamici studia l'evoluzione nel tempo dei sistemi fisici e di altra natura. Nonostante la difficoltà di assegnare con esattezza una condizione iniziale (fatto che determina un non-controllo della dinamica del sistema), gli strumenti della teoria ergodica e dello studio dell'evoluzione delle densità di probabilità iniziali dei punti del sistema (operatore di Perron-Frobenius), ci permettono di calcolare la probabilità che un certo evento E (che noi definiamo come evento raro) accada, in particolare la probabilità che il primo tempo in cui E si verifica sia n. Abbiamo studiato i casi in cui l'evento E sia definito da una successione di variabili aleatorie (prima nel caso i.i.d, poi nel caso di catene di Markov) e da una piccola regione dello spazio delle fasi da cui i punti del sistema possono fuoriuscire (cioè un buco). Dagli studi matematici sui sistemi aperti condotti da Keller e Liverani, si ricava una formula esplicita del tasso di fuga nella taglia del buco. Abbiamo quindi applicato questo metodo al caso in cui l'evento E sia definito dai punti dello spazio in cui certe osservabili assumono valore maggiore o uguale a un dato numero reale a, per ricavare l'andamento asintotico in n della probabilità che E non si sia verificato al tempo n, al primo ordine, per a che tende all'infinito.