Razionalizzazione del flusso delle merci e delle informazioni in un terminal container : il caso terminal container Ravenna

Studio dell'attività, dei flussi e delle procedure di un terminal container. Identificazione di problematiche e riprogettazione del gate-in del terminal. Integrazione di nuove tecnologie ed automazione. Valutazione tecnico economica del progetto.

Multicentre study for a robust protocol in single-voxel spectroscopy: quantification of MRS signals by time-domain fitting algorithms

Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) is an advanced clinical and research application which guarantees a specific biochemical and metabolic characterization of tissues by the detection and quantification of key metabolites for diagnosis and disease staging. The "Associazione Italiana di Fisica Medica (AIFM)" has promoted the activity of the "Interconfronto di spettroscopia in RM" working group. The purpose of the study is to compare and analyze results obtained by perfoming MRS on scanners of different manufacturing in order to compile a robust protocol for spectroscopic examinations in clinical routines. This thesis takes part into this project by using the GE Signa HDxt 1.5 T at the Pavillion no. 11 of the S.Orsola-Malpighi hospital in Bologna. The spectral analyses have been performed with the jMRUI package, which includes a wide range of preprocessing and quantification algorithms for signal analysis in the time domain. After the quality assurance on the scanner with standard and innovative methods, both spectra with and without suppression of the water peak have been acquired on the GE test phantom. The comparison of the ratios of the metabolite amplitudes over Creatine computed by the workstation software, which works on the frequencies, and jMRUI shows good agreement, suggesting that quantifications in both domains may lead to consistent results. The characterization of an in-house phantom provided by the working group has achieved its goal of assessing the solution content and the metabolite concentrations with good accuracy. The goodness of the experimental procedure and data analysis has been demonstrated by the correct estimation of the T2 of water, the observed biexponential relaxation curve of Creatine and the correct TE value at which the modulation by J coupling causes the Lactate doublet to be inverted in the spectrum. The work of this thesis has demonstrated that it is possible to perform measurements and establish protocols for data analysis, based on the physical principles of NMR, which are able to provide robust values for the spectral parameters of clinical use.

Morfometria della Grotta dell'Orso (Ponte di Veja, Monti Lessini) mediante laserscanner

Un rilievo laserscanner della Grotta dell'Orso, vicino al Ponte di Veja (Monti Lessini) ha consentito di descrivere in dettaglio questo sistema carsico e trarre alcune conclusioni dal punto di vista morfometrico e speleogenetico.

Integrazione di dati antropometrici e termografici per l'analisi della distribuzione di temperatura all'interfaccia moncone-protesi d'arto inferiore

Le immagini termiche all’ infrarosso sono utilizzate da molte decadi per monitorare la distribuzione di temperatura della pelle umana. Anormalità come infiammazioni ed infezioni causano un aumento locale della temperatura, visibile sulle immagini sotto forma di hot spot. In tal senso la termografia ad infrarossi può essere utilizzata nel campo ortopedico per rilevare le zone sovra-caricate dalla protesi. Per effettuare una valutazione precisa dell’interfaccia moncone-invasatura può essere utile combinare i dati termografici e i dati antropometrici (superficie tridimensionale del moncone), relativi ai singoli pazienti. Di ciò si occupa tale studio, che dopo aver fornito una panoramica sulla termografia e sulla reverse engineering, sperimenta delle tecniche semplici e low-cost per combinare i dati termici e i dati antropometrici. Buoni risultati si riescono ad ottenere utilizzando un Kinect come scanner e un software open-source per il texture mapping. I termogrammi 3D ricreati costituiscono un ottimo strumento di valutazione, per medici e tecnici ortopedici, circa il design dell’invasatura.

MR spectroscopy in human prostate: in vitro and in vivo measurements to optimize new quantification algorithms

Il cancro della prostata (PCa) è il tumore maligno non-cutaneo più diffuso tra gli uomini ed è il secondo tumore che miete più vittime nei paesi occidentali. La necessità di nuove tecniche non invasive per la diagnosi precoce del PCa è aumentata negli anni. 1H-MRS (proton magnetic resonance spectroscopy) e 1H-MRSI (proton magnetic resonance spectroscopy imaging) sono tecniche avanzate di spettroscopia in risonanza magnetica che permettono di individuare presenza di metaboliti come citrato, colina, creatina e in alcuni casi poliammine in uno o più voxel nel tessuto prostatico. L’abbondanza o l’assenza di uno di questi metaboliti rende possibile discriminare un tessuto sano da uno patologico. Le tecniche di spettroscopia RM sono correntemente utilizzate nella pratica clinica per cervello e fegato, con l’utilizzo di software dedicati per l’analisi degli spettri. La quantificazione di metaboliti nella prostata invece può risultare difficile a causa del basso rapporto segnale/rumore (SNR) degli spettri e del forte accoppiamento-j del citrato. Lo scopo principale di questo lavoro è di proporre un software prototipo per la quantificazione automatica di citrato, colina e creatina nella prostata. Lo sviluppo del programma e dei suoi algoritmi è stato portato avanti all’interno dell’IRST (Istituto Romagnolo per lo Studio e la cura dei Tumori) con l’aiuto dell’unità di fisica sanitaria. Il cuore del programma è un algoritmo iterativo per il fit degli spettri che fa uso di simulazioni MRS sviluppate con il pacchetto di librerie GAMMA in C++. L’accuratezza delle quantificazioni è stata testata con dei fantocci realizzati all’interno dei laboratori dell’istituto. Tutte le misure spettroscopiche sono state eseguite con il nuovo scanner Philips Ingenia 3T, una delle machine di risonanza magnetica più avanzate per applicazioni cliniche. Infine, dopo aver eseguito i test in vitro sui fantocci, sono stati acquisiti gli spettri delle prostate di alcuni volontari sani, per testare se il programma fosse in grado di lavorare in condizioni di basso SNR.

Stima della superficie corporea in condizioni statiche e dinamiche: Stato dell'arte e soluzioni innovative low-cost

In questo progetto di tesi ci si addentrerà nel campo della scansione corporea, e più in generale di qualunque oggetto. In questo ambito le soluzioni proposte sono numerose e questo settore ha vissuto negli ultimi anni un’incredibile crescita, favorita anche dalla nascita delle stampanti 3D. Si può ragionevolmente supporre che tale crescita non sia destinata ad esaurirsi nei prossimi anni; ci sono i presupposti per cui questo settore occupi fette sempre più importanti del mercato. In questa tesi ci si è occupati prevalentemente di tecniche di scansione del corpo umano, in quanto una descrizione geometricamente accurata della superficie corporea riveste una notevole importanza sia nelle applicazioni industriali che nello studio della biomeccanica del movimento. Per quanto riguarda le applicazioni industriali si pensi ad esempio all’utilizzo di scanner 3D in accoppiata alle moderne stampanti 3D per la realizzazione di protesi custom o al comparto sartoriale per il confezionamento di abiti su misura. Nell’ambito della biomeccanica essa può risultare utile sia per quanto riguarda gli aspetti cinematici e dinamici nei campi riabilitativo, ergonomico e sportivo, sia per quanto riguarda la stima delle grandezze antropometriche. Attualmente esistono sistemi di scansione corporea low-cost che si stanno sempre più diffondendo e si può pensare ad un futuro neanche tanto lontano nel quale essi siano presenti in maniera diffusa nelle abitazioni. In tale contesto gli obiettivi di questa tesi sono: 1) Documentare quanto prodotto finora a livello scientifico, brevettuale ed industriale, evidenziando meriti e limiti di ciascuna soluzione. 2) Individuare e valutare la realizzabilità di soluzioni innovative low-cost.

Il rilievo della facciata della chiesa di Santa Lucia a Bologna, mediante sistemi fotogrammetrici a basso costo e open source.

Questo elaborato presenta una procedura di rilievo eseguito con la scansione Laser e la Fotogrammetria per lo studio della facciata della Chiesa di Santa Lucia in Bologna e le successive elaborazioni dei dati tramite software di correlazione automatica Open Source e commerciali Low Cost basati sui principi della Structure from Motion. Nel particolare, il rilievo laser è stato eseguito da 5 posizioni diverse e tramite l’utilizzo di 7 target, mentre il rilievo fotogrammetrico è stato di tipo speditivo poiché le prese sono state eseguite solo da terra ed è stato impiegato un tempo di lavoro minimo (una decina di minuti). I punti di appoggio per la georeferenziazione dei dati fotogrammetrici sono stati estratti dal datum fornito dal laser e dal set di fotogrammi a disposizione è stato ottenuta una nuvola di punti densa tramite programmi Open Source e con software commerciali. Si sono quindi potuti operare confronti tra i risultati ottenuti con la fotogrammetria e tra il dato che si aveva di riferimento, cioè il modello tridimensionale ottenuto grazie al rilievo laser. In questo modo si è potuto verificare l’accuratezza dei risultati ottenuti con la fotogrammetria ed è stato possibile determinare quale calcolo teorico approssimativo dell’errore poteva essere funzionante per questo caso di studio e casi simili. Inoltre viene mostrato come produrre un foto raddrizzamento tramite l’utilizzo di una sola foto utilizzando un programma freeware. Successivamente è stata vettorializzata la facciata della chiesa ed è stata valutata l’accuratezza di tale prodotto, sempre confrontandola con il dato di riferimento, ed infine è stato determinato quale calcolo teorico dell’errore poteva essere utilizzato in questo caso. Infine, avendo notato la diffusione nel commercio odierno della stampa di oggetti 3D, è stato proposto un procedimento per passare da una nuvola di punti tridimensionale ad un modello 3D stampato.

The use of mobile single-sided NMR for the diagnosis of osteoporosis: a preliminary study

Una nuova ed originale tecnica è stata messa a punto, finalizzata alla realizzazione di una procedura per la diagnosi dell’osteoporosi, mediante l’utilizzo di scanner low field single-sided NMR. Tre differenti scanner (NMR MOLE, MOUSE PM 10 e MOUSE PM5) sono stati usati per determinare il Bone Volume-to-Total Volume ratio (BV/TV), parametro che fornisce indicazioni sulla microstruttura dell’osso. I risultati sono stati confrontati con le analisi micro-CT. Gli esperimenti sono stati condotti nel Lab. NMR del dipartimento DIFA di UNIBO e nel Lab. NMR della Victoria University di Wellington (NZ), durante un periodo di visita di cinque mesi, supportato da una borsa di studio della “Facoltà di Scienze” di UNIBO. Le analisi micro-CT sono state condotte presso il Lab. di Tecnologie Mediche dell’Istituto Ortopedico Rizzoli, Bologna. La ricerca è stata parzialmente finanziata dalla “Fondazione del Monte di Bologna e Ravenna”. La caratterizzazione dell’osso trabecolare di campioni animali e dei tessuti che lo circondano (come cartilagine e muscolo) è stata condotta tramite mappe di correlazione T1-T2 e D-T2 , dove T1 e T2 sono, rispettivamente, il tempo di rilassamento longitudinale e trasversale del nucleo 1H, e D è il coefficiente di autodiffusione molecolare. E’ stata sviluppata una sequenza di impulsi (Diffusion-Weighted T1-T2) per ottenere mappe T1-T2 pesate in diffusione. I risultati hanno consentito di mettere a punto una procedura che elimina il segnale NMR proveniente da cartilagine e muscolo, rendendo più realistico lo scenario di applicazione in-vivo. I tre diversi dispositivi NMR hanno dato risultati consistenti tra loro e con le immagini micro-CT. L’intera catena di esperimenti condotti ha mostrato che dispositivi NMR single-sided possono essere usati per valutare il BV/TV di ossa trabecolari, con il vantaggio di essere portatili, a basso costo e non invasivi, permettendo campagne di screening della popolazione a rischio osteoporosi.

Confronto di dati volumetrici di neuroimaging RM, acquisiti con differenti sonde a radiofrequenza

Il lavoro di questa tesi si propone di esaminare i dati di immagini cerebrali ricevuti da due differentii bobine RF per l'imaging in risonanza magnetica. La strumentazione utilizzata é: un apparecchio di RMN che utilizza uno scanner a 1.5T (GE Medical System signa HDx 15) e due differenti bobine a radiofrequenza: 1) 8-channel brain phased array coil GE (1.5T HD 8 Channel High Resolution Head Array per il GE HDx MR System); 2) GE Quad HEAD Birdcage Coil. I software utilizzati invece sono stati quattro, due per la segmentazione e la parcellizzazione dei dati dalle acquisizioni di MRI (FSL e Freesurfer), e due per l'analisi dei dati (SPSS e Microsoft Excel). I tool utilizzati di FSL sono stati SIENA, per un'indagine sulla variazione percentile della totalitá del volume cerebrale; SIENAX invece permette una segmentazione di volumi di 6 sotto regioni: sostanza grigia (GREY), sostanza bianca (WHITE), totalitá del cervello (BRAIN), liquor cerebrospinale dei ventricoli (vcsf), scaling volumetrico (vscaling), sostanza grigia periferica (pgrey). Freesurfer invece parcellizza la corteccia cerebrale e segmenta le zone della sostanza grigia profonda cerebrale. Lo scopo ultimo era quello di analizzare come la differenza di segnale acquisito dalle due bobine variasse i risultati delle analisi volumetriche delle immagini e vedere se il t-test evidenziasse variazioni sistematiche. Questa analisi aveva come scopo quello di determinare la possibilità di confrontare i soggetti i cui dati sono stati ottenuti con due bobine differenti. I dati analizzati non hanno evidenziato particolari differenze tra le due bobine, se non per i valori del liquor dei ventricoli che sono risultati variare, verosimilmente, per i processi fisiologici di atrofia della sostanza grigia cerebrale che avvengono nel tempo intercorso tra un'acquisizione e l'altra.

Effectiveness of protective patient equipment for CT: an anthropomorphic phantom study

Protective patient equipment for CT examinations is not routinely provided. The aim of this study was to determine whether, and if so what, specific protective equipment is beneficial during CT scans. The absorbed organ doses and the effective doses for thorax, abdomen/pelvis and brain CT investigation with and without the use of protective patient equipment have been determined and compared. All measurements were carried out on modern multislice CT scanner using an anthropomorphic phantom and thermoluminescence dosemeters. The measurements show that protective equipment reduces the dose within the scattered beam area. The highest organ dose reduction was found in organs that protrude from the trunk like the testes or the female breasts that can largely be covered by the protective equipment. The most reduction of the effective dose was found in the male abdomen/pelvis examination (0.32 mSv), followed by the brain (0.11 mSv) and the thorax (0.06 mSv). It is concluded that the use of protective equipment can reduce the applied dose to the patient.

Differential activation of the lateral premotor cortex during action observation

Background Action observation leads to neural activation of the human premotor cortex. This study examined how the level of motor expertise (expert vs. novice) in ballroom dancing and the visual viewpoint (internal vs. external viewpoint) influence this activation within different parts of this area of the brain. Results Sixteen dance experts and 16 novices observed ballroom dance videos from internal or external viewpoints while lying in a functional magnetic resonance imaging scanner. A conjunction analysis of all observation conditions showed that action observation activated distinct networks of premotor, parietal, and cerebellar structures. Experts revealed increased activation in the ventral premotor cortex compared to novices. An internal viewpoint led to higher activation of the dorsal premotor cortex. Conclusions The present results suggest that the ventral and dorsal premotor cortex adopt differential roles during action observation depending on the level of motor expertise and the viewpoint.

Development of a novel fMRI compatible visual perception prototype battery to test older people with and without dementia

Background: Visuoperceptual deficits in dementia are common and can reduce quality of life. Testing of visuoperceptual function is often confounded by impairments in other cognitive domains and motor dysfunction. We aimed to develop, pilot, and test a novel visuocognitive prototype test battery which addressed these issues, suitable for both clinical and functional imaging use. Methods: We recruited 23 participants (14 with dementia, 6 of whom had extrapyramidal motor features, and 9 age-matched controls). The novel Newcastle visual perception prototype battery (NEVIP-B-Prototype) included angle, color, face, motion and form perception tasks, and an adapted response system. It allows for individualized task difficulties. Participants were tested outside and inside the 3T functional magnetic resonance imaging (fMRI) scanner. Functional magnetic resonance imaging data were analyzed using SPM8. Results: All participants successfully completed the task inside and outside the scanner. Functional magnetic resonance imaging analysis showed activation regions corresponding well to the regional specializations of the visual association cortex. In both groups, there was significant activity in the ventral occipital-temporal region in the face and color tasks, whereas the motion task activated the V5 region. In the control group, the angle task activated the occipitoparietal cortex. Patients and controls showed similar levels of activation, except on the angle task for which occipitoparietal activation was lower in patients than controls. Conclusion: Distinct visuoperceptual functions can be tested in patients with dementia and extrapyramidal motor features when tests use individualized thresholds, adapted tasks, and specialized response systems.

Morphological and functional 3-Tesla magnetic resonance imaging of saphenous vein coronary artery bypass grafts

Evaluation of a novel non-invasive tool for postoperative follow-up of patients postelective saphenous vein coronary artery bypass graft (CABG) was performed. Ten patients were included. Their bypass grafts supplied the right coronary artery (7), marginal branches (1), diagonal branches (2), and the circumflex artery (n=1). Each bypass was examined intraoperatively using Doppler flow measurement. Patients were examined with a 3-Tesla magnetic resonance imaging (MRI) scanner (MAGNETOM Verio, Siemens, Erlangen, Germany) within one week postsurgery using MR-angiography with an intravasal contrast agent and velocity encoded phase-contrast flow measurements. Intraoperative Doppler flow measurements revealed regular flow patterns in all vascular territories supplied. The median intraoperative flow rate was 50 ml/min with an inter-quartile range (IQR) of 42-70 ml/min. The clinical postoperative course was uneventful. MRI showed all grafts to be patent. The median postoperative flow rate was 50 ml/min (IQR: 32-65 ml/min). MRI flow rates agreed well with intraoperative Doppler flow measurements (mean difference: -2.8±20.1 ml/min). This initial study demonstrates that 3-Tesla MRI flow measurements correlated well with Doppler thus reconfirming the graft patency postCABG. Further refinement and broader application of this technique may facilitate follow-up postCABG potentially replacing empiric clinical judgment by reliable non-invasive imaging.

How reliable are Hounsfield-unit measurements in forensic radiology?

OBJECTIVE: To assess the reliability of computed tomography (CT) numbers, also known as Hounsfield-units (HU) in the differentiation and identification of forensically relevant materials and to provide instructions to improve the reproducibility of HU measurements in daily forensic practice. MATERIALS AND METHODS: We scanned a phantom containing non-organic materials (glass, rocks and metals) on three different CT scanners with standardized parameters. The t-test was used to assess the influence of the scanner, the size and shape of different types of regions-of-interest (ROI), the composition and shape of the object, and the reader performance on HU measurements. Intra-class correlation coefficient was used to assess intra- and inter-reader reliability. RESULTS: HU values did not change significantly as a function of ROI-shape or -size (p>0.05). Intra-reader reliability reached ICC values >0.929 (p<0.001). Inter-reader reliability was also excellent with an ICC of 0.994 (p<0.001). Four of seven objects yielded significantly different CT numbers at different levels within the object (p<0.05). In 6/7 objects the HU changed significantly from CT scanner to CT scanner (p<0.05). CONCLUSION: Reproducible CT number measurements can be achieved through correct ROI-placement and repeat measurements within the object of interest. However, HU may differ from CT-scanner to CT-scanner. In order to obtain comparable CT numbers we suggest that a dedicated Forensic Reference Phantom be developed.

A multi-center study: Intra-scan and inter-scan variability of diffusion spectrum imaging

The objective of this study was to investigate whether it is possible to pool together diffusion spectrum imaging data from four different scanners, located at three different sites. Two of the scanners had identical configuration whereas two did not. To measure the variability, we extracted three scalar maps (ADC, FA and GFA) from the DSI and utilized a region and a tract-based analysis. Additionally, a phantom study was performed to rule out some potential factors arising from the scanner performance in case some systematic bias occurred in the subject study. This work was split into three experiments: intra-scanner reproducibility, reproducibility with twin-scanner settings and reproducibility with other configurations. Overall for the intra-scanner and twin-scanner experiments, the region-based analysis coefficient of variation (CV) was in a range of 1%-4.2% and below 3% for almost every bundle for the tract-based analysis. The uncinate fasciculus showed the worst reproducibility, especially for FA and GFA values (CV 3.7-6%). For the GFA and FA maps, an ICC value of 0.7 and above is observed in almost all the regions/tracts. Looking at the last experiment, it was found that there is a very high similarity of the outcomes from the two scanners with identical setting. However, this was not the case for the two other imagers. Given the fact that the overall variation in our study is low for the imagers with identical settings, our findings support the feasibility of cross-site pooling of DSI data from identical scanners.