Inside standard and hyperspectral low-dose CT variational imaging: parameter identification and material decomposition

The main contribution of this thesis is the proposal of novel strategies for the selection of parameters arising in variational models employed for the solution of inverse problems with data corrupted by Poisson noise. In light of the importance of using a significantly small dose of X-rays in Computed Tomography (CT), and its need of using advanced techniques to reconstruct the objects due to the high level of noise in the data, we will focus on parameter selection principles especially for low photon-counts, i.e. low dose Computed Tomography. For completeness, since such strategies can be adopted for various scenarios where the noise in the data typically follows a Poisson distribution, we will show their performance for other applications such as photography, astronomical and microscopy imaging. More specifically, in the first part of the thesis we will focus on low dose CT data corrupted only by Poisson noise by extending automatic selection strategies designed for Gaussian noise and improving the few existing ones for Poisson. The new approaches will show to outperform the state-of-the-art competitors especially in the low-counting regime. Moreover, we will propose to extend the best performing strategy to the hard task of multi-parameter selection showing promising results. Finally, in the last part of the thesis, we will introduce the problem of material decomposition for hyperspectral CT, which data encodes information of how different materials in the target attenuate X-rays in different ways according to the specific energy. We will conduct a preliminary comparative study to obtain accurate material decomposition starting from few noisy projection data.

Advanced imaging study in cerebrovascular pathology for the personalization of therapy: from the capillary microcirculation to the vessel wall

Objectives: To investigate the use of intravascular optical coherence tomography (IVOCT) for carotid artery stenting (CAS) procedures in patients with atherosclerotic stenosis. Examine possible markers that might identify the onset of new cerebral ischemic lesions on MRI. Specifically, attention was drawn to the morphological features of the used dual layer stent, which could be underestimated during traditional CAS procedures. Secondary goals are to compare the safety and efficacy of different CAS techniques and the accuracy of the vessel analysis software’s on pre-operative CTA examination used to quantify ICA stenosis with the gold standard IVOCT. Material and Methods: Ten patients underwent CAS procedure with flow-arrest technique and IVOCT evaluations prior to and following stent deployment, while five matched patients underwent CAS procedure with distal embolic protection device (EPD) technique. All patients underwent 24-hours 3T MRI examination to check for ischemic lesions; all patients were treated with the same dual-layer stent. Results: Patients with new ischemic lesions demonstrated peculiar stent configuration in the distal end, and a strong Spearman’s rank order correlation was found among the volume of new DWI lesions and the stent configuration in its distal end (Rs: 0.81; p <0.001). No statistically significant differences were observed in the total burden of new ischemic lesions for each technique. The vessel analysis software's on CTA comparison demonstrated a higher diagnostic accuracy in the degree of ICA stenosis compared to the gold standard of IVOCT of the specialized software (ROC curve = 0.63; p = 0.06) compared to the general software (ROC curve = 0.57, p = 0.31). Conclusions: Study’s results support the use of IVOCT to allow recognition of potential features that can predict the onset of new cerebral ischemic lesions. Additionally, IVOCT made it possible to evaluate specialized software's increased accuracy in the pre-operative evaluation of ICA atherosclerotic stenosis.

Il teorema di Sard

Considerata un'applicazione differenziabile F da M a N dove M e N sono due varietà differenziabili, un punto p di M si dice punto regolare di F se il differenziale è suriettivo, si dice punto critico di F se, al contrario, il differenziale non è suriettivo. Un valore critico di F è l'immagine di un punto critico, mentre un valore regolare è un punto di F(M) che non è un valore critico. In questa tesi viene enunciato e dimostrato il teorema di Sard, che afferma che l'insieme dei valori critici di F ha misura nulla secondo Lebesgue in N, e se ne mostrano alcune applicazioni.

Il Nuovo Municipio di Civitella del Tronto - Progetto di adeguamento funzionale e prestazionale

Il seguente lavoro si inserisce all’interno del dibattito riguardante gli interventi sul patrimonio costruito dei centri storici minori, in cui il tema della tutela non riguarda tanto le singole emergenze architettoniche quanto l’intero edificato storico, nei suoi caratteri architettonici, tipologici e costruttivi. In questo contesto, il progetto di recupero deve cercare di conciliare la tutela dei caratteri storici con un processo trasformativo, capace di rispondere alle nuove esigenze di uso, prestazione, sicurezza e sostenibilità. È all’interno di questa tematica che si propone il caso studio della sede municipale di Civitella del Tronto, un complesso edilizio di originario impianto conventuale, prospicente la chiesa di San Francesco. Obiettivo del seguente lavoro è lo sviluppo di una proposta progettuale per la rifunzionalizzazione e il miglioramento prestazionale dell’aggregato edilizio e, più in generale, per la riqualificazione dell’area, prevedendo, insieme ai locali destinati alla pubblica amministrazione, nuovi spazi a servizio della comunità. In ragione delle importanti vulnerabilità strutturali e pure delle incongruenze architettoniche che sono emerse dall’analisi dello stato attuale, il progetto proposto segue una duplice linea di intervento: da un lato, limitatamente alle porzioni comprendenti alcune superfetazioni in c.c.a, quella della sostituzione, ossia della demolizione e ricostruzione, dall’altro, quella conservativa, finalizzata alla messa in sicurezza della parte storica. Entrambe le fasi di lavoro, sia la fase conoscitiva, di rilievo e analisi dello stato di fatto, che quella progettuale, saranno presentate con l’ausilio di elaborati grafici quali piante, sezioni, dettagli costruttivi e viste renderizzate.

Configurazioni territoriali dell'area di Pavia: dai paesaggi mediali allo sviluppo turistico. Il caso di paviacartoon e dei Fiö dla nebia

A partire dal suo cultural turn, la geografia si è dedicata ad oggetti apparentemente lontani dal suo campo disciplinare, come i prodotti di finzione di natura mediale, studiati secondo una prospettiva interdisciplinare, ma rivendicando una propria specificità metodologico-epistemologica, tale che permetta l’analisi dei processi di territorializzazione doppi (sia sulla Terra che nei media). Tra i prodotti culturali-mediali che alimentano un immaginario fortemente geografico, si distinguono oggi i Social e le canzoni, nei quali si assiste ad una mediazione del territorio e all’esposizione di processi territoriali configurativi che alimentano l’immagine del territorio stesso nel mediascape, favorendo anche un suo sviluppo, soprattutto in chiave turistica. L’area di Pavia e provincia, in Italia, fatica ad imprimersi nel panorama mediale nazionale, che ne ha veicolato, soprattutto tramite i media (audio)visivi, l’immagine di un territorio chiuso e autoriflettente, da cui si può solo passare o fuggire. Tale immagine è tuttavia ri-negoziata da prodotti realizzati da attori locali, come quelli dei due casi-studio di questo lavoro: la pagina Instagram paviacartoon, che offre un’originale contaminazione tra mondi finzionali cartoneschi e territorio locale, e la produzione/attività del gruppo dialettale I Fiö dla nebia. L’analisi geografica di questi prodotti mette in luce il loro originale carattere narrativo e configurativo, svelando un inedito potenziale turistico, particolarmente spendibile in un’ottica di sviluppo locale. Considerando come fondamentale l’analisi dei paesaggi mediali di un’area, soprattutto in un’ottica di sviluppo territoriale, si può osservare come l’immagine del territorio pavese, se adeguatamente filtrata con consapevolezza da uomini del territorio, e se supportata tramite scelte accurate sia politiche che di governance territoriale, possa essere oggetto di pratiche che gioverebbero allo sviluppo del territorio stesso, soprattutto in chiave turistica.

Registratore di dati di evento (EDR). Regolamento europeo 2019/2144 e caso studio.

Il numero dei decessi per incidenti stradali nel mondo continua ad aumentare secondo ritmi preoccupanti, così come anche il numero dei feriti e i conseguenti costi sociali legati al fenomeno. In Europa, e più in generale nei paesi ad alto reddito, il progresso tecnologico e le azioni legislative hanno permesso di raggiungere importanti successi nel miglioramento della sicurezza stradale con conseguente riduzione del numero dei decessi. Purtroppo però, i numeri testimoniano come ci sia ancora molta strada da percorrere. In questa tesi vengono presentate numerose statistiche aggiornate sul fenomeno dell’incidentalità stradale e vengono analizzate le azioni intraprese a livello europeo volte al raggiungimento degli obbiettivi internazionali ed europei fissati per il 2030 ed il 2050. Viene poi analizzato nel dettaglio il recente Regolamento Europeo 2019/2144 con particolare riferimento al Registratore di Dati di Evento (EDR) rientrante tra gli Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) resi obbligatori dallo stesso Regolamento Europeo 2019/2144. A tal proposito viene illustrato, tramite un caso studio verificatosi in Emilia-Romagna, come un dispositivo EDR possa essere utilizzato efficacemente per ricostruire la dinamica di un sinistro stradale.

Verso un mondo produttivo più sostenibile: analisi del grado di adozione e comunicazione di politiche sostenibili da parte di un campione di 100 aziende italiane

La sostenibilità (ambientale, economica e sociale) non rappresenta per le aziende un trend passeggero, ma una direzione da seguire per poter rispondere a norme sempre più stringenti e a consumatori sempre più attenti. La tesi illustra il concetto di sviluppo sostenibile, il quale ha segnato varie tappe della storia tra cui la pubblicazione nel 2015 dell’Agenda 2030 dalle Nazioni Unite e la definizione dei 17 obiettivi di sviluppo sostenibile per contrastare i problemi climatici. Vengono descritti i principali strumenti introdotti dall’Unione Europea per promuovere una crescita verde, utilizzando leve di intervento sia legislative che con incentivi, quali il Green Deal che mira a promuovere attività sostenibili che non generino emissioni di inquinanti, il decreto legislativo che regola l’informativa non finanziaria, il Piano d’Azione della Commissione Europea per finanziare la crescita sostenibile. Quello che le aziende comunicano sui propri siti web è una prima indicazione delle loro politiche in materia di sostenibilità, insieme ai report e alle certificazioni più formali. Lo scopo della tesi è valutare a che punto sono le aziende di diversi settori e dimensioni nella comunicazione di queste tematiche, analizzando un campione di esse, per mezzo di un form progettato per raccogliere e archiviare dati strutturati presi dai siti web. Grazie a questo si arriverà ad un punteggio per ciascuna di esse che rappresenta l’attuale livello comunicativo. Un problema attuale riscontrato è quello del greenwashing: una strategia di marketing, per dimostrare un impegno non reale nei confronti dell’ambiente agli occhi degli stakeholder e per farle guadagnare punti in reputazione e immagine aziendale. Il fine ultimo della tesi è quello di dimostrare che la sostenibilità è una scelta necessaria che va compiuta fin da subito, e non una questione solo delle grandi aziende o dei settori più “verdi”.

Conversione e ri-funzionalizzazione del Mercato Coperto di Rimini

La città di Rimini negli anni della Ricostruzione, a causa delle ampie distruzioni e alla crescita del turismo, è stata sottoposta ad un processo di compromissione dell’identità storica e d’impoverimento del patrimonio architettonico esistente. La tesi verte nell’elaborazione di una proposta progettuale di conversione e rifunzionalizzazione del Mercato Coperto di Rimini, appartenente al centro storico della città, in cui diverse stratificazioni del palinsesto architettonico sono parzialmente sopravvissute all’opera di speculazione edilizia. Col fine di comprendere le diverse stratificazioni presenti all’interno dell’area d’intervento, si è svolta un’analisi storica, individuando come la frammentazione dell’attuale contesto sia debitrice alla mancanza di un piano organico di ricostruzione. Indentificando l’edificio del Mercato Coperto come il fabbricato con le maggiori problematiche all’interno dell’area, si è quindi proceduto ad analizzare il tema architettonico del mercato coperto, approfondendo lo sviluppo dei diversi modelli storici ed analizzando come lo scenario attuale sia in parte debitore al processo di specializzazione che ha coinvolto questo tipo di spazi. La proposta progettuale verte sul superamento dell’attuale modello di riferimento adottato dal Mercato Coperto, che rifiuta il dialogo con il contesto circostante, acuendo le problematiche intrinseche di esso. Gli spazi interni sono stati convertiti grazie all’inserimento di nuovi volumi, capaci di ospitare un mercato coperto, una biblioteca e una piazza coperta, rielaborando in ottica moderna la coesistenza di funzioni sociali e commerciali tipiche dei modelli di riferimento più antichi. All’esterno l’edificio è stato dotato di spazi di mediazione con il contesto grazie alla trasformazione dell’involucro edilizio e all’inserimento velari mobili che definiscono una nuova piazza a disposizione della comunità e un nuovo ingresso, capace di risolvere la tensione con il patrimonio storico preesistente.

Analisi ad alta risoluzione spazio-temporale di eventi grandinigeni nel bacino del Mediterraneo mediante una nuova tecnica satellitare ibrida multisensore

Negli ultimi anni si è sviluppato un crescente interesse per lo studio e il monitoraggio di fenomeni meteorologici estremi. In particolare, stanno aumentando osservazioni e testimonianze relative a manifestazioni temporalesche molto violente, spesso caratterizzate da grandine di notevole dimensione che rappresenta la causa principale di pericolo per le persone e di danni anche ingenti al comparto agricolo, infrastrutturale e alle automobili. Per questi motivi, in questo lavoro di tesi è stata presentata una nuova tecnica meteorologica denominata “Multi-sensor Approach for Satellite Hail Advection” (MASHA) che si basa sulla combinazione delle misure fornite dai satelliti geostazionari per trasportare l’informazione e da quelli in orbita polare per riconoscere le nubi grandinigene. I risultati della tecnica MASHA forniscono ogni cinque minuti su tutto il bacino del Mediterraneo la probabilità che la nube osservata abbia formato della grandine in un intervallo compreso tra 0 e 1. Le potenzialità del metodo MASHA riguardano soprattutto l’elevata risoluzione spaziale e temporale con la quale vengono riprodotti i sistemi grandinigeni, la capacità del modello di ricostruire i campi di grandine e l’evoluzione di questi sistemi anche in assenza di passaggi recenti dei satelliti polari. Per migliorare le performance della tecnica, è stato sviluppato un nuovo indice di severità chiamato Hail Severity Index (HSI) in grado di migliorare la localizzazione e la stima dell’intensità dei sistemi grandinigeni attraverso l’integrazione di nuove variabili: l’overshooting index, i fulmini e i dati radar. Le performance della tecnica MASHA e le potenzialità dell’indice HSI mostrate in questo lavoro di tesi, suggeriscono implementazioni operative a supporto di sistemi per il nowcasting di eventi temporaleschi particolarmente severi. Questo approccio, potrebbe essere molto efficace per fornire informazioni in tempo reale ai servizi meteorologici e nel contesto della protezione civile.

Studio e ottimizzazione della produzione di radioisotopi per radiofarmaci mediante generatori compatti di neutroni

I generatori compatti di neutroni possono rappresentare un grande progresso nell'ambito della Medicina Nucleare. Sono una valida alternativa rispetto ai metodi tradizionali per la produzione dei radioisotopi necessari per la sintesi dei radiofarmaci, e permettono di esplorare e sviluppare nuove metodologie radioterapeutiche innovative, complementari e potenzialmente più efficaci rispetto a quelle già esistenti. Enea sta portando avanti due progetti in questo ambito. Il primo, SORGENTINA-RF, è volto allo sviluppo di una macchina in grado di produrre un fascio di neutroni a 14MeV, con la quale irradiare un target di molibdeno metallico, in modo da ottenere tecnezio-99 metastabile (99mTc), il radioisotopo più usato al mondo nelle procedure di imaging biomedico. Il secondo progetto, LINC-ER, ha lo scopo di progettare le infrastrutture necessarie ad accogliere un generatore compatto di neutroni, il cui scopo sarà quello di eliminare le residue cellule tumorali dopo un intervento chirurgico, a ferita aperta, in modo simile alle attuali tecniche di radioterapia intraoperatoria, che però sfruttano elettroni o raggi X. Questo lavoro di tesi trova posto in questi progetti perché ha contributo a portare avanti le ricerche in due aspetti specifici. Nel caso di SORGENTINA-RF, sono stati studiati tutti gli aspetti radiochimici per ottenere dal molibdeno metallico la soluzione liquida di molibdato sodico da cui si estrae il 99mTc. In questo caso si è deciso di puntare su processo “green” e innovativo basato sull’uso di perossido di idrogeno. Durante la tesi si sono studiati i più importanti fattori che governano questo processo e si è definito un meccanismo chimico che lo spiega. Nel caso di LINC-ER, invece, il lavoro sperimentale è stato quello di studiare metodi e rotte sintetiche nuove per ottenere nanoparticelle di composti di boro e bario, dispersi in hydrogels in grado di amplificare gli effetti del fascio neutronico sui tessuti cancerogeni e ridurli su quelli sani.

Valutazione di tecniche di risonanza magnetica a basso campo

L’Imaging di Risonanza Magnetica (MRI) è una tecnica diagnostica multiparametrica e non dannosa che permette di acquisire immagini nelle quali risiedono informazioni di natura anatomica e funzionale. Utilizzando un campo magnetico di intensità bassa è possibile ottenere scanner portatili, silenziosi, sicuri ed economici evitando l’installazione di schermature magnetiche e a radiofrequenza. La risoluzione e il rapporto segnale rumore di queste immagini non è ottimale e gli artefatti da movimento sono considerevoli. Nonostante ciò, lo scanner MRI a basso campo è in grado di fornire immagini con importante valore diagnostico, in particolare in quei contesti in cui un esame tramite risonanza tradizionale non risulta possibile.

A medical imaging-based approach for total shoulder replacement

Ogni anno in Italia, migliaia di protesi convenzionali vengono impiantate con successo in pazienti affetti da artrosi alla spalla, tuttavia è stato dimostrato che questa tipologia di protesi non funziona in quei pazienti che soffrono contemporaneamente anche di grandi lesioni alla cuffia dei rotatori, ricorrendo successivamente a un impianto di protesi di spalla inversa. La scelta sul miglior tipo di protesi da parte del chirurgo è quindi fondamentale e necessaria per evitare futuri stress e operazioni al paziente. Nel corso degli anni si è fatto affidamento a protocolli che non considerano in maniera specifica la componente tissutale ossea. In questa tesi si cerca di dimostrare che attraverso l’utilizzo delle immagini mediche è possibile ricavare dati e grafici specifici sulla componente ossea del paziente per ottimizzare poi la scelta della protesi da parte del chirurgo e la fase pre/intra operatoria.

Regolarizzazione con Variazione Totale per il miglioramento di immagini di Risonanza Magnetica

In questo elaborato si propone il metodo di regolarizzazione mediante Variazione Totale per risolvere gli artefatti presenti nelle immagini di Risonanza Magnetica. Di particolare interesse sono gli artefatti di Gibbs, dovuti al troncamento dei dati, nel processo di acquisizione, e alla tecnica di ricostruzione basata sulla trasformata di Fourier. Il metodo proposto si fonda su un problema di minimo la cui funzione obiettivo è data dalla somma di un termine che garantisce la consistenza con i dati, e di un termine di penalizzazione, ovvero la Variazione Totale. Per la risoluzione di tale problema, si utilizza il metodo Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM). In conclusione, si mostra l’efficacia del metodo descritto applicandolo ad alcuni problemi test con dati sintetici e reali.

L'immagine linguistica del mondo e il carattere nazionale attraverso le parole chiave

Il presente lavoro ha come oggetto la linguoculturologia, un orientamento scientifico nato negli ultimi decenni del XX secolo e largamente diffuso nel mondo accademico russo e post-sovietico, che studia il legame indissolubile tra lingua e visione del mondo. Le origini della linguoculturologia sono da ricercare nel pensiero di Humboldt e nel concetto di relativismo linguistico presentato dagli studiosi Edward Sapir e Benjamin Whorf, esposti nel primo capitolo dell’elaborato. Il primo capitolo si presenta quindi come una panoramica dell’evoluzione di questa disciplina, fino alla sua affermazione e la presentazione di uno dei suoi concetti principali, quello di carattere nazionale, inteso come le caratteristiche, i tratti del carattere e la visione del mondo comune alle persone appartenenti ad una stessa comunità. Come sostiene la linguista Svetlana Ter-Minasova, l’esistenza del carattere nazionale è attestata da alcune fonti, e cioè le barzellette, i classici della letteratura nazionale, il folclore e la lingua nazionale. Proprio quest’ultima è la più importante ed è il tema centrale del secondo capitolo, dove ho analizzato alcune delle parole chiave della lingua russa che ne riflettono la mentalità. A tal proposito il terzo e ultimo capitolo è dedicato alla proposta di traduzione di un saggio intitolato “È possibile comprendere la cultura russa attraverso le parole chiave della lingua russa?” del linguista russo A. D. Šmelëv.

Tecniche di estrazione dei contorni

In questa tesi abbiamo analizzato diverse tecniche di estrazione dei bordi, al fine di separare l'oggetto dallo sfondo o dagli altri oggetti di un'immagine digitale. I vari metodi sono stati confrontati su alcune immagini di test per meglio comprenderne pregi e difetti.