Acquisizioni e archiviazioni d'immagini microscopiche di broncosfere in radiobiologia

Nonostante l’oggettiva constatazione dei risultati positivi riscontrati a seguito dei trattamenti radioterapici a cui sono sottoposti i pazienti a cui è stato diagnosticato un tumore, al giorno d’oggi i processi biologici responsabili di tali effetti non sono ancora perfettamente compresi. Inseguendo l’obbiettivo di riuscire a definire tali processi è nata la branca delle scienze biomediche denominata radiobiologia, la quale appunto ha lo scopo di studiare gli effetti provocati dalle radiazioni quando esse interagiscono con un sistema biologico. Di particolare interesse risulta essere lo studio degli effetti dei trattamenti radioterapici nei pazienti con tumore del polmone che rappresentano la principale causa di morte dei paesi industrializzati. Purtroppo per via della scarsa reperibilità di materiale, non è stato finora possibile studiare nel dettaglio gli effetti delle cure radioterapiche nel caso di questo specifico tumore. Grazie alle ricerche di alcuni biologi dell’IRST sono stati creati in-vitro sferoidi composti da cellule staminali e tumorali di polmone, chiamate broncosfere, permettendo così di avere ottimi modelli tridimensionali di tessuto umano allo stato solido su cui eseguire esperimenti al fine di regolare i parametri dei trattamenti radioterapici, al fine di massimizzarne l’effetto di cura. In questo lavoro di Tesi sono state acquisite sequenze di immagini relative a broncosfere sottoposte a differenti tipologie di trattamenti radioterapici. Le immagini acquisite forniscono importanti indicazioni densitomorfometriche che correlate a dati clinoco-biologico potrebbero fornire importanti indicazioni per regolare parametri fondamentali dei trattamenti di cura. Risulta però difficile riuscire a confrontare immagini cellulari di pre e post-trattamento, e poter quindi effettuare delle correlazioni fra modalità di irraggiamento delle cellule e relative caratteristiche morfometriche, in particolare se le immagini non vengono acquisite con medesimi parametri e condizioni di cattura. Inoltre, le dimensioni degli sferoidi cellulari da acquisire risultano essere tipicamente maggiori del parametro depth of focus del sistema e questo implica che non è possibile acquisire una singola immagine completamente a fuoco di essi. Per ovviare a queste problematiche sono state acquisite sequenze di immagini relative allo stesso oggetto ma a diversi piani focali e sono state ricostruite le immagini completamente a fuoco utilizzando algoritmi per l’estensione della profondità di campo. Sono stati quindi formulati due protocolli operativi per fissare i procedimenti legati all’acquisizione di immagini di sferoidi cellulari e renderli ripetibili da più operatori. Il primo prende in esame le metodiche seguite per l’acquisizione di immagini microscopiche di broncosfere per permettere di comparare le immagini ottenute in diverse acquisizioni, con particolare attenzione agli aspetti critici di tale operazione. Il secondo è relativo alla metodica seguita nella archiviazione di tali immagini, seguendo una logica di classificazione basata sul numero di trattamenti subiti dal singolo sferoide. In questo lavoro di Tesi sono stati acquisiti e opportunamente archiviati complessivamente circa 6500 immagini di broncosfere riguardanti un totale di 85 sferoidi. I protocolli elaborati permetteranno di espandere il database contenente le immagini di broncosfere con futuri esperimenti, in modo da disporre di informazioni relative anche ai cambiamenti morfologici subiti dagli sferoidi in seguito a varie tipologie di radiotrattamenti e poter quindi studiare come parametri di frazionamento di dose influenzano la cura. Infine, grazie alle tecniche di elaborazioni delle immagini che stiamo sviluppando sarà inoltre possibile disporre di una ricostruzione della superficie degli sferoidi in tempo reale durante l’acquisizione.

Studio delle applicazioni metodologiche di analisi d'immagini in tc perfusionali

La Tomografia Computerizzata perfusionale (TCp) è una tecnica che permette di effettuare studi funzionali di natura emodinamica dei tessuti ispezionati, misurandone la perfusione attraverso l’analisi temporale della diffusione del mezzo di contrasto. Ricerche recenti indicano come alcuni parametri (ad esempio, il blood flow) della perfusione ematica dell’organo interessato rappresentino un valido strumento per la valutazione dell’efficacia delle terapie anti-angiogenetiche. Valutazione che, potendo avvenire già in fase precoce, senza attendere i più tardivi cambiamenti dimensionali, consente un eventuale adeguamento, altrettanto precoce, della terapia in caso di risultati parziali o di insuccesso. Tuttavia diversi problemi, tra cui la difficoltà ad ottenere misure riproducibili, dovuta alla estrema variabilità delle cause di errore, costituiscono un ostacolo alla standardizzazione e, conseguentemente, alla trasposizione in clinica della TCp. Il lavoro di tesi ha avuto come obiettivo quello di identificare le principali sorgenti di errore in tutto il processo di preparazione dell’esame, generazione e archiviazione dei dati TCp al fine di fornire a IRST-IRCCS un protocollo perfusionale che consente di tenere sotto controllo, innanzitutto, tutti i parametri relativi alla somministrazione del mezzo di contrasto e alla fase di acquisizione delle immagini. Successivamente, è stato creato un catalogo di esami perfusionali, facilmente consultabile sia dal personale medico sia da quello ingegneristico. Infine, è stato fornito il supporto, sia ai medici sia agli ingegneri, per la messa a punto di un metodo di validazione visiva dei risultati ottenuti. Contestualmente, uno dei principali risultati del lavoro di Tesi è stato quello di creare, all’interno di IRST-IRCCS, una figura che funga da “collettore” fra i radiologi e gli ingegneri dell’Università di Bologna. Proprio in questo modo è stato possibile standardizzare le procedure di esecuzione degli esami perfusionali e implementare, attraverso l’interfacciamento tra il personale medico ed i ricercatori dell’Università, i protocolli per la gestione ed il trattamento dei dati acquisiti.

Analysis of morphological and functional heterogeneity in ct perfusion images of lung tumours

Questa tesi si propone di innovare lo stato dell’arte dei metodi di analisi dell’eterogeneità in lesioni polmonari attualmente utilizzati, affiancando l’analisi funzionale (emodinamica) a quella morfologica, grazie allo sviluppo di nuove feature specifiche. Grazie alla collaborazione tra il Computer Vision Group (CVG) dell’Università di Bologna e l’Unità Operativa di Radiologia dell’IRCCS-IRST di Meldola (Istituto di Ricovero e Cura a Carattere Scientifico – Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori), è stato possibile analizzare un adeguato numero di casi reali di pazienti affetti da lesioni polmonari primitive, effettuando un’analisi dell’eterogeneità sia su sequenze di immagini TC baseline sia contrast-enhanced, consentendo quindi un confronto tra eterogeneità morfologica e funzionale. I risultati ottenuti sono infine discussi sulla base del confronto con le considerazioni di natura clinica effettuate in cieco da due esperti radiologi dell’IRCCS-IRST.

Un sistema informatico per la gestione di patologie oncologiche croniche

L'assistenza sanitaria in Italia e nel mondo è caratterizzata da bisogni elevati in continua crescita, ad essi si contrappone l'attuale crisi delle risorse economiche determinando per il Sistema una valutazione di scelte quali la riduzione o la rimodulazione dell'offerta sanitaria pubblica. L'idea di questo lavoro, nata all'interno dell'Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori (IRST) IRCCS, è di approcciare questo problema in ottica di miglioramento delle performance anziché riduzione dei servizi, nella convinzione che vi siano importanti margini di perfezionamento. Per questi motivi si è valutata la necessità di sviluppare un metodo e un'applicazione software per l'identificazione dei percorsi diagnostici terapeutici assistenziali (PDTA), per la raccolta di dati dalle strutture coinvolte, per l'analisi dei costi e dei risultati, mirando ad una analisi di tipo costi - efficacia e di benchmarking in ottica di presa in carico dei bisogni di salute. La tesi descrive la fase di raccolta e analisi dei requisiti comprensiva della profilazione utenti e descrizione di alcuni aspetti dinamici salienti, la fase di progettazione concettuale (schema Entity/Relationship, glossario e volumi dei dati), la fase di progettazione logica e la prototipazione dell'interfaccia utente. Riporta inoltre una valutazione dei tempi di sviluppo realizzata tramite metodologia di calcolo dei punti per caso d'uso. L'applicazione progettata è oggetto di valutazione di fattibilità presso l'IRST, che ha utilizzato alcune delle metodologie descritte nella tesi per descrivere il percorso di patologia mammaria e presentarne i primi risultati all'interno di un progetto di ricerca in collaborazione con l'Agenzia Nazionale per i Servizi Sanitari Regionali (Agenas).

Analog mitigation of out of band strong interferers in wide band acquisition for multiband HF transmissions

It is clear that in the near future much broader transmissions in the HF band will replace part of the current narrow band links. Our personal view is that a real wide band signal is infeasible in this environment because the usage is typically very intensive and may suffer interferences from all over the world. Therefore, we envision that dynamic multiband transmissions may provide better satisfactory performance. From the very beginning, we observed that real links with our broadband transceiver suffered interferences out of our multiband but within the acquisition bandwidth that degrade the expected performance. Therefore, we concluded that a mitigation structure is required that operates on severely saturated signals as the interference may be of much higher power. In this paper we address a procedure based on Higher Order Crossings (HOC) statistics that are able to extract most of the signal structure in the case where the amplitude is severely distorted and allows the estimation of the interference carrier frequency to command a variable notch filter that mitigates its effect in the analog domain.

Spatial domain mitigation of out of band strong interferers in HF wide band acquisition using analog beamforming principles

We envision that dynamic multiband transmissions taking advantage of the receiver diversity (even for collocated antennas with different polarization or radiation pattern) will create a new paradigm for these links guaranteeing high quality and reliability. However, there are many challenges to face regarding the use of broadband reception where several out of band (with respect to multiband transmission) strong interferers, but still within the acquisition band, may limit dramatically the expected performance. In this paper we address this problem introducing a specific capability of the communication system that is able to mitigate these interferences using analog beamforming principles. Indeed, Higher Order Crossing (HOCs) joint statistics of the Single Input ? Multiple Output (SIMO) system are shown to effectively determine the angle on arrival of the wavefront even operating over highly distorted signals.

Experimental results on multicarrier SIMO HF communications

Achieving reliable communication over HF channels is known to be challenging due to the particularly hostile propagation medium. To address this problem, diversity techniques were shown to be promising. In this paper, we demonstrate through experimental results the benefits of different diversity strategies when applied to multi-input-multi-output (MIMO) multicarrier systems. The performance gains of polarisation, space and frequency diversities are quantified using different measurement campaigns.

Efficiency improvement of HF communications using cognitive radio principles

Cognitive Radio principles can be applied to HF communications to make a more efficient use of the extremely scarce spectrum. In this contribution we focus on analyzing the usage of the available channels done by the legacy users, which are regarded as primary users since they are allowed to transmit without resorting any smart procedure, and consider the possibilities for our stations -over the HFDVL (HF Data+Voice Link) architecture- to participate as secondary users. Our goal is to enhance an efficient use of the HF band by detecting the presence of uncoordinated primary users and avoiding collisions with them while transmitting in different HF channels using our broad-band HF transceiver. A model of the primary user activity dynamics in the HF band is developed in this work. It is based on Hidden Markov Models (HMM) which are a powerful tool for modelling stochastic random processes, and is trained with real measurements from the 14 MHz band.

Optimization of Arq Parameters of Stanag 5066 for the HFDVL Modem

The reliability of bidirectional communication link can be guaranteed with Automatic Repeat Request Procedures (ARQ). The standard STANAG 5066 describes the ARQ procedure for HF communications that can either be applied to existing HF physical layers modems or adapted to future physical layer designs. In this contribution the physical layer parameters of an HF modem (HFDVL), developed by the authors over the last decade, are chosen to optimize the performance of the ARQ procedure described in STANAG 5066. Besides the interleaving length, constellation size and coding type, the OFDM-based HFDVL modem permits the selection of the number of receiver antennas. It will be shown that this parameter gives additional degrees of freedom and permits reliable communication over low SNR HF communication links.

Selection of CSI-based precoding techniques in the HF channel

Multi-carrier modulations are widely employed in ionospheric communications to mitigate the adverse effects of the HF channel. In this paper we show how performance achieved by these modulations can be further increased by means of CSIbased precoding techniques in the context of our research on interactive digital voice communications. Depending on communication constraints and channel parameters, we will show which of the studied modulations and precoding techniques to select so that to maximise performance.

Profesionales de la educación en la Hispania romana

La epigrafía latina nos ha legado el recuerdo de doce docentes y un grupo de maestros de escuela en Hispania. Los diferentes textos, la mayoría de carácter funerario y procedente del ámbito urbano, nos aportan información acerca de las funciones que estos profesionales desempeñaron en la sociedad hispana, así como del contexto socio-jurídico del que provenían. En este sentido, la pieza más valiosa es la inscripción dedicada a un gramático llamado L. Memmius Probus en la antigua Tritium Magallum, gracias a la cual conocemos las circunstancias concretas en las que trabajó este educador.

Suoritusmittauksen toteuttaminen organisaation lattiatasolla – Case: Vähittäiskauppaketju Simo Oy

Suoritusmittaus on yleisesti käytetty johdon ohjauskeino, jonka avulla yrityksen strategian ja tärkeimpien tavoitteiden toteutumista voidaan seurata. Pelkkä toteutuneen tulostason seuranta ei kuitenkaan riitä kehittämään yrityksen liiketoimintaa, vaan suoritusmittauksen tulosten tulisi heijastua myös yrityksen päivittäiseen toimintaan. Monesti suoritusmittausinformaatio on vain yrityksen ylemmän johdon käytettävissä, vaikka aiemmassa tutkimuksessa suoritusmittauksen hyödyt on havaittu selkeimmin niissä organisaatioissa, jotka ovat jalkauttaneet suoritusmittauksensa organisaation lattiatasolle asti. Mikäli lattiatason työntekijät kokevat suoritusmittauksen mahdollistavan paremman suoritustason, auttaa se koko organisaation suoritustason kehittämisessä. Tietotekniikassa tapahtuneet kehitysaskeleet, kuten BI-järjestelmien kehittyminen, ovat mahdollistaneet myös suoritusmittausjärjestelmien kehittymisen. Tässä tutkielmassa tarkastellaan BI-järjestelmän avulla toteutettua suoritusmittausta ja sen mahdollistavia vaikutuksia organisaation lattiatasolla. Tutkimus on luonteeltaan laadullinen, ja se toteutettiin toiminta-analyyttisena tapaustutkimuksena suomalaisessa vähittäiskauppaketjussa. Aineisto kerättiin puolistrukturoitujen teemahaastatteluiden ja täydellisesti osallistuvan havainnoinnin avulla. Case-yrityksen johto oli kehittänyt suoritusmittausjärjestelmän Qlikview BI-järjestelmän avulla ja jalkauttanut mittauksen organisaation alimmalle tasolle, eli yksittäisiin myymälöihin, päivittäisten suoritusmittausraporttien muodossa. Tutkimuksessa analysointiin aiemman kirjallisuuden pohjalta suoritusmittauksen suunnittelu-, kehitys- ja jalkautusprosessia sekä sitä, miten suoritusmittausta käytetään ja miten se koetaan yrityksen lattiatasolla. Tutkimuksessa havaittiin, että case-yrityksen tapauksessa suoritusmittaukseen käytettävän järjestelmän rooli oli suoritusmittauksen kehittämisvaiheessa tärkeämpi kuin aihealueen aiemmassa tutkimuksessa on esitetty. Suoritusmittauksen jalkauttamisvaiheessa BI-järjestelmän rooli oli kriittinen, sillä yhtä laajamittaisen suoritusmittauksen toteuttaminen ja raportoinnin automatisoiminen ei olisi ollut mahdollista ilman järjestelmän tukea. Aiemmin on esitetty, että lattiatason työntekijöiden tulisi osallistua suoritusmittareiden kehittämiseen, jotta niiden mahdollistavien ominaisuuksien esiintuominen helpottuisi, mutta case-yrityksessä suoritusmittaus koettiin pääosin mahdollistavaksi, vaikka mittaristo oli yrityksen johdon suunnittelema, ja käytetty järjestelmä diagnostinen. Mittaus koettiin mahdollistavana, sillä se oli helposti saatavilla ja työntekijät kokivat, että oma toiminta heijastuu suoraan suoritusmittareiden tuloksiin

Kenttäviestijärjestelmän järjestelmätestaus

Yhtymän viestijärjestelmä YVI2 on kenttäviestijärjestelmä, jolla luodaan prikaatin sotatoimessa tarvittavat kenttäviestiyhteydet. Järjestelmällä luodaan viestipalvelut koko yhtymän tulenkäytön, tiedustelun ja johtamisen viestiyhteystarpeisiin. Järjestelmän toimivuus on sotatoimen onnistuneen suorittamisen kannalta erittäin tärkeätä. Tutkimusympäristönä on YVI2- järjestelmä, johon tutkimuksessa on määritelty järjestelmäkomponenttien ja keskeisten palveluiden testien ja mittausten raja-arvot. Järjestelmätestauksella kyetään paikallistamaan viestijärjestelmässä mahdollisesti olevat virheet. Lisäksi järjestelmätestaus tuottaa tietoja, joiden perusteella voidaan määrittää viestiverkon suorituskyky sekä analysoida sitä. Järjestelmätestaus käsittää testauksen suunnittelun, mittaukset ja testit, tietojen koostamisen, tietojen analysoinnin ja testiraportin laatimisen. Testiraportti on yhtenä seuraavan vaiheen tai testauskierroksen suunnittelua. Järjestelmätestauksen tuloksia voidaan analysoida sekä järjestelmän suorituskyvyn että luotettavuuden ja kattavuuden perusteella. Näihin molempiin tutkimuksessa esitetään joitain malleja ja ajatuksia. Järjestelmätestaus soveltuu monipuolisesti viestitoiminnan suunnittelun ja johtamisen tueksi.

Euroopan unionin ja Yhdysvaltojen rajaturvallisuusjärjestelmät

Tutkimuksessa oli tarkoitus vertailla Euroopan unionin ja Yhdysvaltojen rajaturvallisuusjärjestelmiä keskenään. Tutkimusongelmana oli kysymys: ”Mitä eroja / yhtäläisyyksiä on Euroopan unionin ja Yhdysvaltojen rajaturvallisuusjärjestelmillä ja miksi?” Tutkimuksen viitekehyksenä käytettiin turvallisuuden ja etenkin rajaturvallisuuden käsitettä. Tutkimus toteutettiin asiakirjatutkimuksena julkisia lähteitä käyttäen. Euroopan unionissa rajaturvallisuus on osa sisäistä turvallisuutta. Rajaturvallisuudella tarkoitetaan lähinnä henkilöihin kohdistuvaa valvontaa. Tärkeimmät Euroopan unionin rajaturvallisuuteen kohdistuvat uhkat ovat terrorismi, laiton maahanmuutto, kansainvälinen järjestäytynyt rikollisuus, ihmisten salakuljetus ja ihmiskauppa. Euroopan unionin rajaturvallisuusjärjestelmä rakentuu vapaalle liikkuvuudelle unionin sisällä ja neliportaiselle rajaturvallisuusjärjestelmälle. Unionin jäsenvaltiot vastaavat ulkorajojen valvonnasta, mutta nykyisin erityisesti nopean toiminnan rajainterventioryhmät mahdollistavat jäsenmaiden rajavalvontaviranomaisten toiminnan koko unionin alueella. Yhdysvalloissa rajaturvallisuus on osa kotimaan turvallisuutta, jonka tärkein tehtävä on terrorismin torjunta. Yhdysvalloissa rajaturvallisuuden käsite sisältää sekä henkilöiden että tavaroiden valvonnan eli ns. tullivalvonnan. Tärkeimmät uhkat ovat terrorismi, huumeet, joukkotuhoaseiden leviäminen, laiton maahanmuutto, ihmisten salakuljetus sekä tartuntatautien ja tuholaiseläinten leviäminen. Yhdysvaltojen rajaturvallisuusjärjestelmä perustuu tehokkaalle ja runsain teknisin apuvälinein tapahtuvalle rajojen valvonnalle etenkin Meksikon vastaisella rajalla. Myös Yhdysvaltojen rajojen valvonta aloitetaan ulkomailta ja ulotetaan sisämaahan. Rajaturvallisuuden uhkakuvat ovat hyvin pitkälti samanlaiset Euroopan unionissa ja Yhdysvalloissa. Terrorismin torjunta ja taloudelliset näkökohdat ovat Yhdysvalloissa Euroopan unionia huomattavasti korostetummin esillä. Hyvin samanlaisia ovat myös ne tavat, joilla rajojen valvontaa toteutetaan käytännössä. Yhdysvalloissa tehtävän toteuttaminen on kuitenkin yksinkertaisempaa, koska rajojen valvonnasta vastaa maalla yksi ja merellä yksi viranomainen. Euroopan unionissa jokaisella jäsenmaalla on omat kansalliset rajavalvontaviranomaisensa. Tämä tekee Euroopan unionin rajaturvallisuusjärjestelmästä Yhdysvaltojen järjestelmää kankeamman eikä tilanteeseen ole nähtävissä muutosta niin kauan kuin unioni pysyy valtioliittona ja jäsenvaltiot suvereeneina.