A single-sided NMR approach to study structural differences of bovine articular tissue

This thesis work has been developed in collaboration between the Department of Physics and Astronomy of the University of Bologna and the IRCCS Rizzoli Orthopedic Institute during an internship period. The study aims to investigate the sensitivity of single-sided NMR in detecting structural differences of the articular cartilage tissue and their correlation with mechanical behavior. Suitable cartilage indicators for osteoarthritis (OA) severity (e.g., water and proteoglycans content, collagen structure) were explored through four NMR parameters: T2, T1, D, and Slp. Structural variations of the cartilage among its three layers (i.e., superficial, middle, and deep) were investigated performing several NMR pulses sequences on bovine knee joint samples using the NMR-MOUSE device. Previously, cartilage degradation studies were carried out, performing tests in three different experimental setups. The monitoring of the parameters and the best experimental setup were determined. An NMR automatized procedure based on the acquisition of these quantitative parameters was implemented, tested, and used for the investigation of the layers of twenty bovine cartilage samples. Statistical and pattern recognition analyses on these parameters have been performed. The results obtained from the analyses are very promising: the discrimination of the three cartilage layers shows very good results in terms of significance, paving the way for extensive use of NMR single-sided devices for biomedical applications. These results will be also integrated with analyses of tissue mechanical properties for a complete evaluation of cartilage changes throughout OA disease. The use of low-priced and mobile devices towards clinical applications could concern the screening of diseases related to cartilage tissue. This could have a positive impact both economically (including for underdeveloped countries) and socially, providing screening possibilities to a large part of the population.

Understanding 3D structures from sketches

Sketches are a unique way to communicate: drawing a simple sketch does not require any training, sketches convey information that is hard to describe with words, they are powerful enough to represent almost any concept, and nowadays, it is possible to draw directly from mobile devices. Motivated from the unique characteristics of sketches and fascinated by the human ability to imagine 3D objects from drawings, this thesis focuses on automatically associating geometric information to sketches. The main research directions of the thesis can be summarized as obtaining geometric information from freehand scene sketches to improve 2D sketch-based tasks and investigating Vision-Language models to overcome 3D sketch-based tasks limitations. The first part of the thesis concerns geometric information prediction from scene sketches improving scene sketch to image generation and unlocking new creativity effects. The thesis proceeds showing a study conducted on the Vision-Language models embedding space considering sketches, line renderings and RGB renderings of 3D shape to overcome the use of supervised datasets for 3D sketch-based tasks, that are limited and hard to acquire. Following the obtained observations and results, Vision-Language models are applied to Sketch Based Shape Retrieval without the need of training on supervised datasets. We then analyze the use of Vision-Language models for sketch based 3D reconstruction in an unsupervised manner. In the final chapter we report the results obtained in an additional project carried during the PhD, which has lead to the development of a framework to learn an embedding space of neural networks that can be navigated to get ready-to-use models with desired characteristics.

Tecniche digitali per il rilievo, la modellazione tridimensionale e la rappresentazione nel campo dei beni culturali

Le soluzioni tecnologiche rese oggi disponibili dalle discipline della moderna Geomatica, offrono opportunità di grande interesse per il rilevamento nel settore dei Beni Culturali, sia per quanto riguarda il momento primario del rilievo, cioè la fase di acquisizione del dato metrico, sia per quanto concerne la questione della rappresentazione per oggetti di interesse archeologico, artistico, architettonico. Lo studio oggetto della presente tesi si propone, sulla base di numerose esperienze maturate nel corso del Dottorato dal Laboratorio di Topografia e Fotogrammetria del DISTART, di affrontare e approfondire le problematiche connesse all’utilizzo della fotogrammetria digitale e del laser a scansione terrestre per applicazioni nell’ambito dei Beni Culturali. La ricerca condotta è prettamente applicata, quindi è stata primaria l’esigenza di avere a disposizione reali casi di studio su cui sperimentare le tecniche di interesse; è però importante sottolineare che questo è un campo in cui ogni esperienza presenta proprie caratteristiche e peculiarità che la rendono interessante e difficilmente descrivibile con schemi convenzionali e metodologie standardizzate, quindi le problematiche emerse hanno di volta in volta indirizzato e spinto la ricerca all’approfondimento di certi aspetti piuttosto che altri. A tal proposito è stato evidenziato dalle esperienze effettuate che il campo dei Beni Culturali è forse il più emblematico delle potenzialità rese oggi disponibili dalle moderne tecnologie della Geomatica, e soprattutto dalle possibilità offerte da un approccio integrato e multi – disciplinare di tecniche e tecnologie diverse; per questo nell’Introduzione si è voluto sottolineare questo aspetto, descrivendo l’approccio metodologico adottato in molti lavori in contesto archeologico, che include generalmente diverse tecniche integrate tra loro allo scopo di realizzare in modo veloce e rigoroso un rilievo multi – scala che parte dal territorio, passa attraverso l’area del sito archeologico e degli scavi, ed arriva fino al singolo reperto; questo approccio è caratterizzato dall’avere tutti i dati e risultati in un unico e ben definito sistema di riferimento. In questa chiave di lettura l’attenzione si è poi focalizzata sulle due tecniche che rivestono oggi nel settore in esame il maggiore interesse, cioè fotogrammetria digitale e laser a scansione terrestre. La struttura della tesi segue le fasi classiche del processo che a partire dal rilievo porta alla generazione dei prodotti di rappresentazione; i primi due capitoli, incentrati sull’acquisizione del dato metrico, riguardano quindi da un lato le caratteristiche delle immagini e dei sensori digitali, dall’altro le diverse tipologie di sistemi laser con le corrispondenti specifiche tecniche; sempre nei primi capitoli vengono descritte le caratteristiche metodologiche e tecnico – operative e le relative problematiche delle due tipologie di rilievo. Segue un capitolo sulle procedure di calibrazione delle camere digitali non professionali, imperniato sull’utilizzo di software diversi, commerciali e sviluppati in house per questo scopo, prestando attenzione anche agli strumenti che essi offrono in termini di risultati ottenibili e di controllo statistico sugli stessi. La parte finale della tesi è dedicata al problema della rappresentazione, con l’obiettivo di presentare un quadro generale delle possibilità offerte dalle moderne tecnologie: raddrizzamenti, ortofoto, ortofoto di precisione e infine modelli tridimensionali foto – realistici, generati a partire sia da dati fotogrammetrici sia da dati laser.

Performance evaluation of detectors for digital radiography

To date the hospital radiological workflow is completing a transition from analog to digital technology. Since the X-rays digital detection technologies have become mature, hospitals are trading on the natural devices turnover to replace the conventional screen film devices with digital ones. The transition process is complex and involves not just the equipment replacement but also new arrangements for image transmission, display (and reporting) and storage. This work is focused on 2D digital detector’s characterization with a concern to specific clinical application; the systems features linked to the image quality are analyzed to assess the clinical performances, the conversion efficiency, and the minimum dose necessary to get an acceptable image. The first section overviews the digital detector technologies focusing on the recent and promising technological developments. The second section contains a description of the characterization methods considered in this thesis categorized in physical, psychophysical and clinical; theory, models and procedures are described as well. The third section contains a set of characterizations performed on new equipments that appears to be some of the most advanced technologies available to date. The fourth section deals with some procedures and schemes employed for quality assurance programs.

Valutazione della mobilita' di contaminanti inorganici tramite test di cessione su matrici ambientali contaminate

La caratterizzazione di sedimenti contaminati è un problema complesso, in questo lavoro ci si è occupati di individuare una metodologia di caratterizzazione che tenesse conto sia delle caratteristiche della contaminazione, con analisi volte a determinare il contenuto totale di contaminanti, sia della mobilità degli inquinanti stessi. Una adeguata strategia di caratterizzazione può essere applicata per la valutazione di trattamenti di bonifica, a questo scopo si è valutato il trattamento di soil washing, andando ad indagare le caratteristiche dei sedimenti dragati e del materiale in uscita dal processo, sabbie e frazione fine, andando inoltre a confrontare le caratteristiche della sabbia in uscita con quelle delle sabbie comunemente usate per diverse applicazioni. Si è ritenuto necessario indagare la compatibilità dal punto di vista chimico, granulometrico e morfologico. Per indagare la mobilità si è scelto di applicare i test di cessione definiti sia a livello internazionale che italiano (UNI) e quindi si sono sviluppate le tecnologie necessarie alla effettuazione di test di cessione in modo efficace, automatizzando la gestione del test a pHstat UNI CEN 14997. Questo si è reso necessario a causa della difficoltà di gestire il test manualmente, per via delle tempistiche difficilmente attuabili da parte di un operatore. Le condizioni redox influenzano la mobilità degli inquinanti, in particolare l’invecchiamento all’aria di sedimenti anossici provoca variazioni sensibili nello stato d’ossidazione di alcune componenti, incrementandone la mobilità, si tratta quindi di un aspetto da considerare quando si individuano le adeguate condizioni di stoccaggio-smaltimento, si è eseguita a questo scopo una campagna sperimentale.

Approccio multidisciplinare per le valutazioni ambientali: Problematiche e sinergie in un uso combinato delle metodologie life cycle assessment (lca) e risk assessment (ra)

In questo lavoro di tesi si è elaborato un quadro di riferimento per l’utilizzo combinato di due metodologie di valutazione di impatti LCA e RA, per tecnologie emergenti. L’originalità dello studio sta nell’aver proposto e anche applicato il quadro di riferimento ad un caso studio, in particolare ad una tecnologia innovativa di refrigerazione, basata su nanofluidi (NF), sviluppata da partner del progetto Europeo Nanohex che hanno collaborato all’elaborazione degli studi soprattutto per quanto riguarda l’inventario dei dati necessari. La complessità dello studio è da ritrovare tanto nella difficile integrazione di due metodologie nate per scopi differenti e strutturate per assolvere a quegli scopi, quanto nel settore di applicazione che seppur in forte espansione ha delle forti lacune di informazioni circa processi di produzione e comportamento delle sostanze. L’applicazione è stata effettuata sulla produzione di nanofluido (NF) di allumina secondo due vie produttive (single-stage e two-stage) per valutare e confrontare gli impatti per la salute umana e l’ambiente. Occorre specificare che il LCA è stato quantitativo ma non ha considerato gli impatti dei NM nelle categorie di tossicità. Per quanto concerne il RA è stato sviluppato uno studio di tipo qualitativo, a causa della problematica di carenza di parametri tossicologici e di esposizione su citata avente come focus la categoria dei lavoratori, pertanto è stata fatta l’assunzione che i rilasci in ambiente durante la fase di produzione sono trascurabili. Per il RA qualitativo è stato utilizzato un SW specifico, lo Stoffenmanger-Nano che rende possibile la prioritizzazione dei rischi associati ad inalazione in ambiente di lavoro. Il quadro di riferimento prevede una procedura articolata in quattro fasi: DEFINIZIONE SISTEMA TECNOLOGICO, RACCOLTA DATI, VALUTAZIONE DEL RISCHIO E QUANTIFICAZIONE DEGLI IMPATTI, INTERPRETAZIONE.

Architecture of the Landscape and Landscape of the Architecture in Japan. A dialogue between water and earth

It's very difficult in traditional Japanese culture separate the landscape from the architecture. The Japanese architectural culture has its roots in China but soon this culture has developed its own culture and an aesthetic that was the result of a long isolation from the rest of the world. Zen Buddhism and the constant relationship with nature define the main characteristics of Japanese architecture: minimalism and simplicity. The architecture is a perfect balance of harmony, proportion and purity. This paper aims to analyze the cultural roots of the relationship between architecture and landscape in Japan and where the characteristics previously defined are very important for to know the significance of the Japanese architectural thinking.

Comunicazione urbana nelle città storiche del Sol Levante: l'esperienza di Kyoto tra tradizione e innovazione

The book collects the Papers (from Europe, Asia and Latin America) presented at the Workshop organized by the ICOMOS International Committee in Historic Towns and Villages (CIVVIH) and by ICOMOS Italy in Palazzo Coppini (branch of Fondazione Romualdo del Bianco) in Florence (March 3-4, 2016) and focus on the comparison of different propositions of digital urban signage to realize a good quality of the “visit experience” in the historical towns, not only as urban marketing, but of a authenticity genuine culture. The urban culture founded on the identity and authenticity of every historical towns and their multilayered history must be the objective of an tourism of culture for the inhabitants and the visitors. The book focused its interest on the outstanding existing urban assets in Europe, Asia and Latin America, and heritage not sufficiently promoted.

1H NMR Relaxation Characterization Of Hydrates

To distinguish the components of NMR signals from hydrated materials and to monitor their evolution after the addition of water to the powders, during the first two days of hydration. To implement the 3 Tau Model in a MATLAB script, called 3TM, provided with a Graphical User Interface (GUI), to easily use the 3 Tau Model with NMRD profiles. The 3 Tau Model, developed a few years ago is used for interpreting the dispersion (NMRD profiles, dependence on the Larmor frequency) of the longitudinal relaxation times, for liquids confined in porous media. This model describes the molecular dynamics of confined molecules by introducing three characteristic correlation times and additional outputs.

Confronto dei metodi di conservazione della carta fra Italia e Cina : indagini scientifiche e tecniche di restauro per il materiale cartaceo

I metodi di conservazione per i materiali cartacei in Italia e in Cina sono nati in diversi contesti storici. L’idea di questo studio nasce dalla necessità di sviluppare analisi specifiche sul metodo di restauro cartaceo cinese, per introdurre metodi e tecnologie efficaci ed innovative.

La ricerca archeologica e il regime dei ritrovamenti e delle scoperte nel sottosuolo e nei fondali marini. La disciplina del Codice tra attuazione e prospettive di riforma anche alla luce di un'analisi comparativa con l'esperienza francese e spagnola.

Il lavoro è volto all’approfondimento, anche in chiave comparatistica, della vigente normativa riguardante la tutela e la valorizzazione dei beni archeologici. Nell’ambito della disciplina predisposta nell’ordinamento italiano si sono prese le mosse dal regime delle scoperte e dei ritrovamenti, per passare successivamente all’approfondimento della tutela approntata nella legislazione nazionale anche con riferimento alle limitazioni alla libera disponibilità e circolazione. Una particolare attenzione è stata dedicata alla tutela del territorio in cui i beni archeologici sono inseriti e quindi alla tutela indiretta, ai vincoli ope legis e alla pianificazione paesaggistica, mentre una specifica trattazione ha riguardato il regime dell’archeologia preventiva e la valorizzazione e fruizione di aree e parchi archeologici nel reciproco interfacciarsi delle legislazioni regionali e delle linee guida emanate con il d.m. MiBAC 18 aprile 2012. Un’indagine articolata ha avuto per oggetto la tutela del patrimonio archeologico subacqueo e in particolare la Convenzione dell’UNESCO adottata a Parigi nel 2001, nonché la tutela sovranazionale dei beni culturali, con riferimento alla disciplina dell’Unione europea e a quella della Convenzione europea per la protezione del patrimonio archeologico del 16 gennaio 1992 e della Convenzione UNIDROIT del 24 giugno 1995 sui beni culturali rubati o esportati illegalmente. Hanno infine fatto seguito due specifiche indagini sulla tutela del patrimonio archeologico in Spagna e in Francia. Quanto alla prima si è esaminato l’attuale quadro costituzionale in cui si inserisce la tutela del patrimonio culturale con particolare attenzione alle disposizioni della Ley 16/1985 del 25 giugno 1985 e alla legislazione delle Comunidades autónomas. Per quanto riguarda la seconda una particolare attenzione è stata dedicata alla Legge 27 settembre 1941 che ha introdotto in Francia la prima disciplina organica relativa agli scavi e ai ritrovamenti archeologici. Nel quadro normativo vigente un’analisi particolareggiata è stata dedicata al Code du Patrimoine, il cui quinto libro è interamente dedicato all’archeologia.

Valutazione e gestione del rischio per i Beni Culturali: strumenti e metodologie

Il patrimonio culturale sopravvissuto fino ai giorni nostri nonostante calamità naturali ed eventi catastrofici è oggi sempre più in pericolo: gli eventi naturali, accelerati e resi ancora più distruttivi dagli effetti del cambiamento climatico, lo scoppio continuo di nuovi conflitti armati e l’inconsapevolezza con cui gli uomini sfruttano il territorio comportano un aumento dei rischi e dei possibili danni ad un patrimonio che, tuttavia, è di importanza vitale per la crescita dell’umanità. Per evitare che il patrimonio culturale venga disperso o distrutto, è necessario applicare misure di prevenzione e protezione mirate, utilizzando in maniera efficiente gli strumenti disponibili; lo scopo ultimo della prevenzione e della protezione deve essere la resilienza, che va costruita attraverso la conoscenza e l’attenta pianificazione della gestione del patrimonio. Il presente lavoro di ricerca si propone dunque di analizzare i metodi e le strategie utilizzabili per la valutazione e la gestione del rischio applicati ai beni culturali, verificando a quale livello di consapevolezza si è giunti a livello sia nazionale che internazionale, passando in rassegna le tecnologie che permettono di proteggere il patrimonio agevolando il lavoro di mitigazione del rischio e applicando un prototipo di calcolo e analisi del rischio al caso studio del Museo di Nonantola, in provincia di Modena.

Towards a hybrid approach for adapting web graphical user interfaces to heterogeneous devices using context

Ubiquitous Computing promises seamless access to a wide range of applications and Internet based services from anywhere, at anytime, and using any device. In this scenario, new challenges for the practice of software development arise: Applications and services must keep a coherent behavior, a proper appearance, and must adapt to a plenty of contextual usage requirements and hardware aspects. Especially, due to its interactive nature, the interface content of Web applications must adapt to a large diversity of devices and contexts. In order to overcome such obstacles, this work introduces an innovative methodology for content adaptation of Web 2.0 interfaces. The basis of our work is to combine static adaption - the implementation of static Web interfaces; and dynamic adaptation - the alteration, during execution time, of static interfaces so as for adapting to different contexts of use. In hybrid fashion, our methodology benefits from the advantages of both adaptation strategies - static and dynamic. In this line, we designed and implemented UbiCon, a framework over which we tested our concepts through a case study and through a development experiment. Our results show that the hybrid methodology over UbiCon leads to broader and more accessible interfaces, and to faster and less costly software development. We believe that the UbiCon hybrid methodology can foster more efficient and accurate interface engineering in the industry and in the academy.

User testing and analysis di interfacce web e mobile per un merge di sistemi

Testing e Analisi di problemi di usabilità che potrebbero sorgere se due sistemi venissero integrati in un unico nuovo sistema.

Dynamic adaptation of interaction models for stateful web services

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática