Sviluppo di un modello stocastico per la simulazione di sperimentazioni cliniche di nuovi trattamenti per l’osteoporosi

Le fratture fragili del collo del femore rappresentano un grave problema sociosanitario, in via di aggravamento a causa dell’aumento dell’età media e dell’aspettativa di vita. Il verificarsi di tale evento dipende da più fattori: la frequenza con la quale si verificano cadute, la gravità delle stesse e lo stato di salute del paziente, in particolare la resistenza meccanica delle sue ossa e il suo grado di controllo neuro-motorio. Negli ultimi anni gli strumenti di analisi e stima della resistenza meccanica del femore basati su modelli agli elementi finiti hanno raggiunto un tale livello di maturità da prospettarne l’utilizzo nel contesto di “in silico trials”, ovvero la simulazione virtuale di sperimentazioni cliniche e precliniche. In questo studio si è sviluppato un modello stocastico in grado di simulare la sperimentazione clinica di nuovi trattamenti per l’osteoporosi. Questo comprende più sotto modelli in grado di simulare il processo di invecchiamento, determinare stocasticamente le cadute che si verificano in una certa popolazione in un determinato orizzonte temporale e l’entità delle forze che agiscono sul grande trocantere. In particolare, le cadute sono state generate a partire da una distribuzione di Poisson e le forze sono state stimate attraverso un modello stocastico multiscala. La tesi si è concentrata su aspetti metodologici e procedurali, nell’ottica di sviluppare un modello che permettesse agevolmente la variazione dei parametri associati alla caduta, dotato di buone robustezza ed applicabilità. È stato verificato come la discretizzazione nel dominio del tempo del rimodellamento osseo non influisca significativamente nella determinazione delle fratture; inoltre, il modello si è dimostrato capace di fornire risultati stabili in modo computazionalmente efficiente. La validazione dei risultati del modello, invece, ha dato risultati non soddisfacenti, per cui sarà necessario procedere in futuro a un’attenta calibrazione dei parametri del modello.

Correlations between cardiac magnetic resonance and histologic findings in Anderson Fabry disease

ABSTRACT Background Cardiac magnetic resonance (CMR) has been shown as promising diagnostic tool in Anderson-Fabry disease (AFD) cardiomyopathy due to its ability to detect fat deposits through lower native T1 values. However no histological validation has been provided to date. Objectives To correlate CMR and histologic findings in different cardiac stages of AFD focusing on T1 mapping. Methods Fifteen AFD patients (49 years [IQR 39-63], 60% females) undergoing CMR (cines, native T1 and T2 mapping, LGE and post-contrast T1 imaging) and endomyocardial biopsy (EMB, n=11) or septal myectomy (n=4), were retrospectively evaluated. Tissue specimens were analyzed with light/electron microscopy and vacuolization amount calculated as percentages of vacuolated myocytes and vacuolated myocyte area (%VMA) through a quantitative histomorphometric color-based analysis. Results In patients without increased indexed left ventricular mass (LVMi) at CMR (67%), T1 fell as %VMA increased (r= -0.883; p<0.001), whereas no clear relationship was evident once increased LVMi occurred (r= -0.501; p=0.389). At least 45% of vacuolized myocytes and 10% of VMA were needed for low T1 to occur. %VMA positively correlate with maximal wall thickness (MWT, r=0.860, p<0.0001) and LVMi (r= 0.762; p<0.001). Increased MWT and LVMi were present with at least 45% and 80% of vacuolated myocytes, respectively, and 18% and 22% of VMA. Conclusions This study demonstrated an inverse correlation between native T1 and the vacuolization amount in patients without increased LVMi at CMR, providing a histological validation of low native T1 in AFD. Importantly, a significant vacuolization burden was needed before low T1 and left ventricle hypertrophy occurred.

Diagnostica anatomopatologica nelle malattie infettive del suino: co-localizzazione agenti patogeni e lesioni, limiti ed utilità

Il processo di intensificazione dell’allevamento suinicolo ha comportato conseguenze importanti dal punto di vista sanitario. Nei moderni sistemi di produzione la salute è compromessa a causa di malattie multifattoriali e l'identificazione degli agenti casuali di malattia non può basarsi esclusivamente sul risultato di un unico test diagnostico. La maggior parte dei patogeni è ubiquitaria, quindi l'identificazione di un agente infettivo suggerisce solo una possibile diagnosi. La patologia gioca un ruolo chiave nel determinare la causalità nella diagnosi delle malattie infettive. L'istopatologia consente di correlare la presenza dell'agente infettivo con le lesioni microscopiche caratteristiche: in base alla disponibilità di anticorpi o sonde per rilevare rispettivamente la presenza di antigeni o del genoma di virus o batteri nelle sezioni istologiche, l'istopatologia è utile per determinare il nesso causale con la malattia. L'introduzione di questa tesi è incentrata sulla discussione del ruolo della patologia nelle malattie infettive del suino, seguita dalla descrizione del corretto campionamento per l'esame istopatologico nella diagnosi delle malattie respiratorie, enteriche e riproduttive. La sezione sperimentale riporta i risultati delle indagini diagnostiche in patologia suina condotte per definire il ruolo di PCV2 e PRRSV nel complesso delle malattie respiratorie del suino (PRDC)(capitolo 2) e per definire un percorso diagnostico per l'enteropatia proliferativa suina causata da Lawsonia intracellularis ai fini dell'implementazione dell'accuratezza diagnostica (capitolo 3). Il capitolo 4 descrive l'uso dell'istopatologia come componente metodologica essenziale per valutare l'efficacia protettiva dei vaccini negli studi di challenge vaccinazione-infezione. Il capitolo descrive i risultati ottenuti in due successive sperimentazioni per valutare l'efficacia di due vaccini sperimentali per PCV2, il primo formulato con ceppo PCV2b inattivato somministrato a differenti dosi di antigene; il secondo formulato con antigene "Cap" ricombinante non assemblato in particelle simil-virali (VLP).

Sviluppo di un ambiente virtualizzato per la simulazione di attacchi a reti time-sensitive

Questo lavoro di tesi ha visto come obiettivo finale quello di realizzare una se- rie di attacchi, alcuni di questi totalmente originali, ai protocolli della famiglia Time-Sensitive Networking (TSN) attraverso lo sviluppo di un’infrastruttura virtualizzata. L’infrastruttura è stata costruita e progettata utilizzando mac- chine virtuali con Quick EMUlator (QEMU) come strato di virtualizzazione ed accelerate attraverso Kernel-based Virtual Machine (KVM). Il progetto è stato concepito come Infrastrucutre as Code (IaC), attraverso l’ausilio di Ansible e alcuni script shell utilizzati come collante per le varie parti del progetto.

Simulazione CFD di incendio in galleria: confronto tra modello e test in scala reale

Le tecniche di fluidodinamica computazionale vengono utilizzate in numerosi settori dell’ingegneria per risolvere in modo efficiente i problemi di flusso e di termodinamica nei fluidi. Uno di questi settori in cui si è diffuso l’utilizzo delle tecniche CFD (Computational Fluid Dynamics) è il settore dell’ingegneria antincendio. Tra i vari software di simulazione presenti, FDS (Fire Dynamics Simulator) è quello più diffuso nella comunità antincendio e utilizzato all’interno della presente analisi. L’elaborato introduce le basi dell’ingegneria antincendio spiegando le varie fasi attraverso il quale passa la metodologia prestazionale, passando poi ad approfondire le dinamiche d’incendio, in particolare nelle gallerie stradali e le tecniche di modellazione termo fluidodinamica degli incendi. L’analisi tratta il confronto tra delle prove d’incendio in scala reale effettuate all’interno di una galleria e le relative simulazioni fluidodinamiche realizzate al fine di verificare la corrispondenza tra la modellazione con software e l’effettiva evoluzione dell’incendio. Nell’analisi verranno confrontati diversi metodi di modellazione, evidenziando i vantaggi e i limiti incontrati nel corso delle simulazioni, confrontandoli al tempo stesso con i risultati ottenuti dai test in scala reale. I modelli ottenuti hanno permesso di estendere le simulazioni a focolari di potenza maggiore al fine di effettuare un’analisi delle prestazioni antincendio della galleria oggetto di studio.

Recupero e riutilizzo di uno scarpone da sci a fine vita. Ottimizzazione del processo di Design for Recycling con simulazione agli elementi finiti validata tramite correlazione di immagini digitale

Il presente elaborato di tesi è parte di un ampio progetto finalizzato alla realizzazione di uno scarpone da sci ottenuto per il 90% di materiale da riciclo di scarponi da sci a fine vita. L’obiettivo è di realizzare la progettazione del nuovo scarpone, e caratterizzarne le proprietà flessionali avvalendosi ti tecniche di simulazione numerica FEM validata attraverso Correlazione di Immagini Digitale. La caratterizzazione flessionale è realizzata con la prova del Flex Test, che consiste nell’imporre una flessione dorsale ad una protesi di gamba. Le prime simulazioni FEM di questo complesso modello hanno evidenziato delle criticità. La presente ricerca, si pone l’obiettivo di risolvere singolarmente questi problemi. Inizialmente, si è realizzata la blend polimerica dei materiali dello scafo e del gambetto dello scarpone. Si è effettuata la caratterizzazione meccanica del materiale, confrontandolo con il materiale vergine. Si è poi ricercato il modello costitutivo più adeguato di materiale iperelastico per il FEM. Successivamente, si è ottenuto il modello CAD della scarpetta attraverso l’approccio reverse engineering, con la tecnica della scansione 3D, la quale ha consentito di ottenere il file. STEP da aggiungere al modello FEM. La conoscenza della geometria effettiva ha consentito di realizzare il design della nuova scarpetta ottenuta da materiale riciclato. Infine, si è utilizzata la Correlazione di Immagini Digitali per studiare la cinematica della chiusura dei ganci dello scafo, e per studiare lo stato di deformazione residua a chiusura effettuata. Si è valutata l’influenza del piede della protesi, e della scarpetta, durante la chiusura dei ganci. In seguito, si è confrontato quanto ottenuto dalle evidenze sperimentali della DIC, con la simulazione agli elementi finiti. Si tratta di un approccio innovativo, che vede per la prima volta implementata la Correlazione di Immagini Digitali per realizzare la caratterizzazione meccanica di uno scarpone da sci.

La localizzazione: Genshin Impact

L’elaborato consiste in una proposta di traduzione di un trailer di un videogioco, Genshin Impact, creato dall’azienda cinese Hoyoverse. La scelta è stata dettata da un profondo interesse verso la localizzazione, ovvero il processo di traduzione e adattamento dei videogiochi. La tesi si sviluppa in due capitoli: nel primo si analizza brevemente la storia della localizzazione dei videogiochi, soffermandosi poi su alcuni suoi aspetti come la localizzazione in sim-ship o in post-gold. Successivamente si guarda al videogioco come prodotto culturale e alle problematiche che un localizzatore deve affrontare, come la diversa tolleranza verso i contenuti e la censura. Il secondo capitolo, invece, vede la proposta di traduzione affiancata dai testi ufficiali cinesi e inglesi. A seguire, una breve analisi delle scelte traduttive e di alcune problematiche di traduzione attualmente presenti nel videogioco.

Il problema della Nearest Correlation Matrix: il metodo delle proiezioni alternate e l'accelerazione di Anderson

Un problema frequente nell'analisi dei dati del mondo reale è quello di lavorare con dati "non coerenti", poiché raccolti a tempi asincroni o a causa di una successiva modifica "manuale" per ragioni che esulano da quelle matematiche. In particolare l'indagine dell'elaborato nasce da motivazioni di tipo finanziario, dove strumenti semplici come le matrici di correlazione, che sono utilizzate per capire le relazioni tra vari titoli o strategie, non rispettano delle caratteristiche cruciali a causa dell'incoerenza dei dati. A partire da queste matrici "invalide" si cerca la matrice di correlazione più vicina in norma, in modo da mantenere più informazioni originali possibili. Caratterizzando la soluzione del problema tramite analisi convessa, si utilizza il metodo delle proiezioni alternate, largamente utilizzato per la sua flessibilità anche se penalizzato dalla velocità di convergenza lineare. Viene quindi proposto l'utilizzo dell'accelerazione di Anderson, una tecnica per accelerare la convergenza dei metodi di punto fisso che, applicata al metodo di proiezione alternata, porta significativi miglioramenti in termini di tempo computazionale e numero di iterazioni. Si mostra inoltre come, nel caso di varianti del problema, l'applicazione dell'accelerazione di Anderson abbia un effetto maggiore rispetto al caso del problema "classico".

Anelli booleani, reticoli booleani e algebre di Boole

Presentazione di anelli booleani, reticoli booleani e algebre di Boole e spiegazione di come e perché sia possibile che lo studio di ciascuna di esse sia equivalente allo studio delle altre due. Trattazione dell'esempio dell'insieme delle parti di un insieme arbitrario, rappresentazione di esso sia come anello booleano che come reticolo booleano e algebra di Boole e descrizione della sua importanza mediante il teorema di Stone (formulato per ciascuna struttura booleana). Rappresentazione dei reticoli distributivi e degli ideali d'ordine di un insieme parzialmente ordinato, per giungere al teorema di Birkhoff.

Analisi di una tecnica di indagine non distruttiva per la localizzazione delle barre di armatura nel C.A.: il georadar.

Il Ground Penetrating Radar (GPR) è una tecnica di indagine non distruttiva che si basa sulla teoria della propagazione delle onde elettromagnetiche. Questa tecnologia venne inizialmente utilizzata per indagini geologiche, ma più recentemente è stata introdotta anche per lo studio di altri materiali quali calcestruzzo, legno e asfalto. Questa tecnologia investigativa può essere utilizzata per varie problematiche : • Localizzazione di oggetti all’interno del materiale inglobante • Determinazione dello spessore dello strato del materiale oggetto di studio (calcestruzzo, asfalto, terreno, legno) • Proprietà del materiale, inclusa umidità ed eventuale presenza di vuoti Nella fase iniziale di questo lavoro di tesi sono stati studiati i principi fisici di funzionamento, la metodologia di elaborazione dei dati restituiti dallo strumento e di interpretazione dei risultati. Successivamente, è stato posto l’obbiettivo di verificare l’applicabilità del georadar nel rintracciare i ferri di armatura nelle travi da ponte. Quest’ultime sono spesso realizzate tramite l’impiego della precompressione con cavi post-tesi che implica la presenza di guaine con all’interno i relativi trefoli di tensionamento. Per simulare tali condizioni sono state realizzate in laboratorio delle “travi campione” con guaine in differente materiale, con differente posizionamento e con differente tecnologia di posa, in modo tale da permettere di studiare diversi scenari. Di seguito le differenti tipologie di travi : - Trave con guaine metalliche ; - Trave con guaine plastiche ; - Trave con interruzioni in polistirolo lungo le guaine (per simulare la corrosione delle stesse); - Travi con trefoli inseriti all’interno delle guaine (per studiarne l’influenza sul segnale).

Realizzazione e validazione di provini in resina epossidica per la simulazione di scariche parziali interne.

L’elaborato si pone l’obiettivo di realizzare e validare dei campioni in resina epossidica per la rilevazione di attività di scariche parziali interne. Nella prima fase dell’attività di ricerca, sono definite le linee progettuali riguardanti la scelta dei materiali da utilizzare, al fine di creare degli stampi per poter ottenere dei campioni di forma idonea e, successivamente, si procede alla scelta del tipo di resina e degli elettrodi da adoperare. All’interno dei provini, viene iniettata, con una siringa di precisione dotata di un ago sottile, una cavità di aria indicante un eventuale difetto nella matrice polimerica dell’isolante, se sottoposto a un determinato tipo di stress (elettrico, termico, meccanico). I provini sono testati in un circuito di prova ad alto voltaggio per la misura della tensione di innesco alla quale si verificano le scariche; attraverso l’utilizzo di un software specifico, viene poi ricavato il PD pattern utile per l’approccio all’identificazione della tipologia di scarica. Inoltre, sono effettuate delle simulazioni con l’ambiente di calcolo Comsol ottenendo il valore del campo elettrico all’interno della cavità di aria. Il PD pattern viene, in seguito, analizzato estrapolando dei marker statistici di interesse per l’applicazione della fuzzy logic. Questa tipologia di logica prevede la verifica di regole linguistiche per la corretta identificazione del tipo di scarica, individuata dal pattern in esame (interna, superficiale o corona). A seconda dei valori ricavati dai marker, vengono applicate le regole della fuzzy logic per poter classificare, nei campioni esaminati, l’attività di scarica parziale come interna.

Simulazione event-driven di folle con micro-interazione fisica ed elementi cognitivi

La simulazione computerizzata è uno strumento per prevedere il comportamento di un sistema quando il sistema non è indagabile. Molti sono gli ambiti in cui viene utilizzata. Uno fra questi è l'evacuazione di folle. Le numerose tragedie, conseguenti a situazioni o eventi in presenza di folle, che hanno luogo in ogni parte del mondo a causa dell'incapacità di reagire in maniera coordinata a situazioni di emergenza, rendono necessario un innalzamento della comprensione delle dinamiche che emergono durante l'evacuazione. Molti studi hanno analizzato quelli che sono gli aspetti psicologici dell'essere umano che entrano in gioco in situazioni di panico. Ma è anche necessario considerare che cosa accade a un livello fisico. Questo contributo ha come obiettivo l'introduzione, all'interno del simulatore Alchemist, di elementi di micro-interazione fisica che possano fare da ponte a ciò che accade a livello cognitivo, così che sia possibile far emergere caratteristiche osservabili, come spinte e cadute, nell'ottica di aumentare il realismo nelle simulazioni di evacuazione di folle.

Simulazione di un modello neurocomputazionale dei gangli della base per lo studio dell'apprendimento inverso

I gangli della base (BG) sono un gruppo di nuclei subcorticali che si trovano alla base del telencefalo e nella parte superiore del mesencefalo. La funzione dei BG è il controllo e la regolazione delle attività delle aree corticali motorie e premotorie in modo che i movimenti possano essere eseguiti fluidamente, ma sono coinvolti in numerosi altri processi motori e cognitivi. L’obiettivo che si pone questo lavoro di tesi è di simulare il comportamento dei BG attraverso un nuovo modello neurocomputazionale. È stato valutato il funzionamento del modello in varie condizioni, di base ed alterate, per illustrare casi standard (soggetti sani) e casi patologici (deplezione di dopamina nei pazienti Parkinson o ipermedicazione della dopamina tramite levodopa) durante un compito di probabilistic reversal learning (RL). Sono stati variati parametri di dopamina tonica e di rumore applicato ai soggetti e ai dati per simulare il modello durante il “one-choice task” presente in letteratura. I risultati raccolti indicano come il modello funzioni in maniera del tutto confrontabile con i risultati in letteratura, dimostrando la sua validità ed un utilizzo corretto dei parametri e della regola di apprendimento. Non è stato possibile dire altrettanto per seconda fase del RL, in cui la regola viene invertita: i soggetti non risultano apprendere in maniera coerente rispetto ai dati in letteratura, ma risultano restii all’individuazione del nuovo stimolo vincente. Tale risultato è da ricondursi probabilmente ad alcuni fattori: il numero di epoche utilizzate per il test sono esigue, lasciando ai soggetti poco tempo per apprendere la nuova regola; la regola di apprendimento usata nel reversal potrebbe non rappresentare la scelta migliore per rendere i soggetti più esplorativi nei confronti delle scelte proposte. Tali limiti sono spunti per futuri sviluppi del modello e del suo funzionamento, utilizzando regole di apprendimento diverse e più efficaci rispetto ai diversi contesti di azione.

Design e simulazione di un convertitore DC-DC per applicazioni automotive implementato mediante tecnologia GaN

L’obiettivo dell’elaborato è quello di presentare una soluzione di collegamento ed interfacciamento tra il supercondensatore (SC) dell’HESS (sistema ibrido di accumulo dell’energia situato all’interno di un veicolo elettrico) e il DC-link (bus che fornisce la potenza necessaria all’inverter che pilota il motore elettrico) attraverso un convertitore DC-DC ad alta efficienza che utilizzi tecnologie di potenza al nitruro di gallio (GaN). Il convertitore presentato è un convertitore DC-DC bidirezionale in configurazione Half-Bridge, esso dovrà funzionare in modalità Boost, ogni qualvolta il motore richieda energia extra dal SC, in modalità Buck per ricaricare il SC durante la frenata rigenerativa. In seguito ad un’introduzione ai veicoli elettrici, alla loro architettura e al perché il SC è così fondamentale, verrà presentata una breve introduzione ai convertitori di potenza (Capitolo 1). Si passerà poi alla presentazione delle tecnologie GaN mostrando come esse rappresentino il futuro dell’elettronica di potenza grazie ai loro numerosi vantaggi (Capitolo 2). Nel capitolo 3 si entrerà nel vivo della progettazione, è qui che sarà progettata ed implementata la soluzione proposta. Verrà effettuata una prima simulazione del circuito, tenendo conto degli effetti parassiti dei soli componenti, attraverso l’ausilio del software LTSpice. Il Capitolo 4 prevede una breve introduzione alle tecniche di layout, utili nella costruzione del circuito stampato presentata all’interno del medesimo capitolo. Il PCB sarà modellato mediante un secondo software denominato KiCAD. Infine, nel Capitolo 5, si procederà con la simulazione elettromagnetica del circuito stampato, essa permetterà di individuare gli effetti parassiti dovuti alle non idealità del layout e di mostrare l’effettiva differenza di efficienza tra un caso semi-ideale e un caso semi-reale.

Analisi e simulazione di protocolli di accesso multiplo per reti IoT 6G cell-free

Lo scopo delle reti mobili è fornire ai dispositivi wireless accesso a una grande varietà di servizi dati, in un’ampia area geografica. Nonostante le reti cellulari odierne, basate sulla tecnologia Massive MIMO, possano raggiungere elevate performance in condizioni favorevoli (centro cella) esse, presentano all’interno dell’area di copertura, zone soggette a data-rate notevolmente ridotti. In questo elaborato, viene brevemente descritta la rete cell-free; una nuova architettura di rete pensata per superare i vecchi limiti delle reti cellulari tradizionali. Successivamente, vengono presentati attraverso simulazioni i due principali vantaggi che queste nuove reti cell-free offrono. Inoltre, viene analizzato uno schema random access in grado di gestire l’accesso multiplo per queste nuove architetture di rete. Questo schema rappresenta un’estensione di un protocollo già presente in letteratura e perfettamente funzionante per reti Massive MIMO, appartenente alla famiglia dei protocolli Coded Slotted ALOHA. Infine, un'analisi delle prestazioni e alcuni possibili scenari sono stati presentati, con lo scopo di valutare l'effetto che algoritmi di tipo SIC possono avere su queste reti.