Modellamenti matematici per la diffusione e il controllo delle infezioni da virus: aspetti analitici e numerici

In questa tesi si affronta analiticamente il problema della stabilità di modelli a più specie interagenti, in campo epidemiologico, per la diffusione ed il controllo di infezioni da virus. Vengono considerati non solo modelli governati da Sistemi Dinamici, ma anche modelli parabolici del tipo Diffusione e Reazione. Partendo dal modello pioneristico SIR di Kermak-McKendrick si affrontano in modo approfondito tutti gli aspetti matematici che permettono di prevenire e controllare la formazione e la gravità di una possibile epidemia. Il modello viene poi articolato con l'aggiunta di considerazioni sulla variazione demografica della popolazione, indicato per questo motivo con il termine endemico. Si generalizza poi questo modello a due possibili applicazioni, includendo nella prima gli effetti della vaccinazione, ottenendo così il nuovo sistema dinamico SIRV. La seconda rappresenta invece uno studio avvenuto agli inizi dell'epidemia da COVID-19, quando i vaccini non erano ancora disponibili. Successivamente viene presentato il recente studio di Bellomo, estensione del modello prototipo per la diffusione di virus, un sistema di tipo Diffusione-Reazione con equazione di tipo diffusione-drift, in cui vengono connessi due aspetti importanti: la propagazione di virus e la chemotassi, in forte analogia con il modello SIR e derivante dalla logica del modello pioneristico di Keller-Segel. Infine, a completamento dello studio analitico, vengono proposti alcuni strumenti dell'analisi numerica, utilizzando l'ambiente MATLAB sul classico modello SIR e su altri due modelli che lo generalizzano per tener conto in un primo tempo della diffusione spaziale della coppia SI e poi solo di S, ma con effetto drift, guidato da I.

ll Concetto Bobath nella pratica riabilitativa della protesi inversa di spalla: case series

Background: l’intervento di artroprotesi inversa di spalla sta assumendo sempre più importanza all’interno dell’approccio chirurgico della spalla. Il Concetto Bobath viene somministrato solitamente a pazienti con problematiche neurologiche centrali (es. ictus), ma si è visto molto efficace nel ristabilire un’importante stabilità scapolare a livello dell’arto superiore. Obiettivo: valutare il dolore e la funzionalità di spalla in persone con protesi inversa di spalla in seguito ad un percorso riabilitativo implementato da tecniche appartenenti al Concetto Bobath. Metodi: sono stati selezionati tre soggetti (3 F) di et. media di 74 anni sottoposti ad intervento di artroprotesi inversa di spalla e successivamente a trattamento riabilitativo con tecniche appartenenti al Concetto Bobath. I soggetti partecipanti sono stati valutati durante e alla fine del percorso riabilitativo attraverso l’utilizzo della scala NRS per il dolore, mentre per la funzionalità di spalla la UCLA Shoulder Scale), la Constant-Murley Scale e la DASH. I limiti presenti in questo studio sono attribuibili sia al fatto che nelle banche dati sono assenti studi che riguardano lo stesso argomento, sia al fatto che il numero di pazienti entrati a far parte dello studio è molto limitato sia per le complicanze durante il trattamento o l’interruzione del trattamento in alcuni pazienti. Risultati: al termine della sperimentazione, tutti i soggetti hanno presentato un miglioramento delle misure di outcome. Un importante miglioramento si è notato nella stabilità scapolare, nei compensi muscolari e nel dolore. I risultati sono stati poi confrontati con gli outcome di pazienti trattati secondo protocolli standardizzati, appartenenti a studi presenti all’interno delle banche dati. Conclusioni: l’utilizzo di tecniche appartenenti al Concetto Bobath sembra essere efficace in pazienti sottoposti ad artroprotesi inversa di spalla. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per verificarne gli effettivi effetti.

Revisione sistematica della letteratura sull'efficacia del training propriocettivo nell'instabilità cronica di caviglia

Introduzione: In seguito ad una distorsione di caviglia, circa il 40% dei soggetti tende a sviluppare sintomi ricorrenti e persistenti, come dolore, gonfiore, alterazione della percezione o recidive, che a lungo termine potrebbero portare ad una instabilità cronica di caviglia. Questa problematica potrebbe limitare i soggetti nelle varie attività della vita quotidiana e nelle attività sportive, riducendo la loro qualità della vita. Solitamente, il trattamento in seguito ad una distorsione o in soggetti affetti da instabilità cronica di caviglia è il training propriocettivo. Obiettivi: Confrontare gli studi raccolti e i risultati ottenuti da essi e valutare se il training propriocettivo potrebbe essere efficace o meno nei soggetti che presentano l’instabilità cronica di caviglia. Metodi di ricerca: Le ricerche per questa revisione sistematica sono state fatte sulle banche dati “PubMed”, “PEDro” e “Cochrane Library”. Le parole chiave utilizzate sono “ankle sprains”, “chronic ankle instability”, “ankle injuries”, “proprioceptive training”, “proprioception”, “pain”, “disability” e “quality of life”. Sono stati inclusi soltanto RCTs inerenti al quesito di ricerca (PICOS) e conformi ai criteri di eleggibilità. Risultati: In questa revisione sistematica sono stati inclusi 4 RCTs, che mettono a confronto il training propriocettivo con altre metodiche riabilitative. Si sono osservati miglioramenti per quanto riguarda la disabilità, la qualità di vita, l’equilibrio dinamico, l’equilibrio statico e gli outcome riportati dai partecipanti. Conclusioni: Il training propriocettivo risulta essere efficace nel migliorare la sintomatologia data dall’instabilità cronica di caviglia e anche la stabilità e propriocezione dell’articolazione. Si dovrebbero eseguire ulteriori studi per approfondire l'efficacia di questo trattamento sul dolore e anche la sua efficacia a lungo termine.

Ricorso allo screening 'coper/non-coper' nella gestione multidisciplinare delle lesioni del legamento crociato anteriore

Background: la lesione del LCA è l’infortunio più frequente per quanto riguarda l’articolazione del ginocchio e nella maggior parte dei casi viene trattato tramite intervento chirurgico di ricostruzione del legamento stesso. I pazienti vengono distinti in coper e non-coper, in base alla stabilità dinamica dell’articolazione in seguito al trauma: i primi possono essere sottoposti ad un programma di allenamento neuromuscolare progressivo e della forza (NMST) di 10 sessioni, che ha l’obiettivo di ripristinare le corrette risposte neuromuscolari e il recupero della forza muscolare tramite esercizi pliometrici ed esercizi neuromuscolari avanzati. Obiettivi: indagare la conoscenza e l’utilizzo di questo tipo di trattamento da parte di fisioterapisti e chirurghi ortopedici, oltre che la collaborazione tra queste due categorie di professionisti. Materiale e metodi: 471 fisioterapisti e 106 chirurghi ortopedici sono stati sottoposti ad un questionario online, tramite l’utilizzo della piattaforma “Moduli Google©”, in lingua italiana, nel periodo dal 10/10/2021 al 10/01/2022. Il questionario prevedeva 2 domande a risposta aperta e 10 domande con più opzioni di scelta. Risultati: dallo studio è emerso che solo il 18% dei fisioterapisti e il 22% degli ortopedici utilizza lo screening nella pratica clinica quotidiana avendone sufficiente familiarità. Inoltre, il 30% dei fisioterapisti si affida spesso ad un ortopedico di fiducia e il 30% dei chirurghi si affida sempre ad un fisioterapista di fiducia. Per quanto riguarda i professionisti esperti di LCA, 4 dei 22 fisioterapisti e 16 dei 38 ortopedici affermano di applicare lo screening nella pratica clinica quotidiana avendone sufficiente familiarità. Conclusione: i risultati mostrano una ridotta conoscenza e applicazione dello screening sia da parte dei fisioterapisti che dei chirurghi ortopedici. Emerge anche una scarsa collaborazione tra le due classi di professionisti, soprattutto tra quelli non esperti di LCA.

Effetto dell'emilaminectomia sul rachide lombare: un'analisi biomeccanica in vitro

La stenosi spinale lombare (LSS) è un processo degenerativo frequente nell’attuale popolazione anziana e può essere considerata come la causa principale di chirurgia spinale nei pazienti di età superiore ai sessantacinque anni. Comporta un restringimento del forame vertebrale, che, nei casi più gravi, causa una compressione del midollo spinale e degli elementi neurali e vascolari situati nel tratto lombo-sacrale. Uno dei trattamenti chirurgici di decompressione utilizzato è l’emilaminectomia, che, prevedendo la resezione della lamina di un solo lato della vertebra e di parte del legamento giallo, può portare a una riduzione della stabilità spinale. L’obiettivo di questo studio in vitro è quello di analizzare l’impatto dell’emilaminectomia sulla biomeccanica del rachide. Sei provini, estratti da rachide umano e costituiti da quattro vertebre lombari e una sacrale (L2-S1), sono stati testati meccanicamente in flessione, estensione e flessione laterale sinistra e destra in due condizioni di prova: intatti e post emilaminectomia. La stabilità spinale è stata valutata calcolando il Range of Motion tra le vertebre L2 e S1 agli estremi dei provini. Mediante l’algoritmo di Digital Image Correlation (DIC), sono state estratte e valutate le distribuzioni delle deformazioni dell’intero provino, valutando, in particolare, le deformazioni principali massime e minime sulla superficie del disco intervertebrale L4-L5. I risultati hanno mostrato che l’emilaminectomia ha causato una diminuzione significativa della stabilità spinale solo in flessione, con un aumento del Range of Motion del 54%. L’emilaminectomia non ha causato variazioni nelle distribuzioni delle deformazioni in ogni configurazione di carico. Le deformazioni principali minime sul disco intervertebrale L4-L5, tra le due vertebre in cui è stata eseguita l’emilaminectomia, sono aumentate, in modo statisticamente significativo, del 38% nella flessione nel lato in cui è stato svolto l’intervento di emilaminectomia.

chemioterapia automatizzata: sistemi di controllo in retroazione per la crescita tumorale secondo il modello a derivate frazionarie

L’immunoterapia è una delle tecniche più all’avanguardia per la lotta contro il cancro e si basa sull’aumento delle prestazioni del sistema immunitario attraverso anticorpi monoclonali (ovvero farmaci immunoterapici). Grazie a questi, la terapia garantisce l’inibizione dei checkpoint immunologici, che permettono alle cellule del sistema immunitario di riconoscere la presenza del tumore e aggredirlo fino a eradicarlo. La tesi propone una soluzione frazionaria al problema della crescita tumorale, basandosi su un modello di Kuznetsov esteso dove viene presa in considerazione anche il parametro di concentrazione di Interleuchina-2. Tramite un’analisi di stabilità del modello proposto è possibile arrivare a un valore di sigma, ovvero il rateo di cellule effettrici, per il quale il sistema delle cellule tumorali viene completamente eradicato. Una volta trovata la condizione di stabilità e calcolato il valore di alpha (ordine della derivata frazionaria) che approssima al meglio la crescita tumorale nel caso reale, viene proposto un sistema di controllo automatico in retroazione basato sul numero di cellule effettrici per automatizzare il processo immunoterapico.

Studio di parametri fondamentali di transistor elettrochimici organici microfabbricati

Questo elaborato tratta il ruolo dei transistor elettrochimici microfabbricati (OECTs) nel campo della Bioelettronica. Nello specifico, il focus della tesi ruota attorno alla categoria di OECTs basati su poli(3,4-etilenediossitiofene)(PEDOT) con drogaggio a base di poli(3,4-etilenediossitiofene)(PSS) a dare il PEDOT:PSS. Nella struttura del seguente elaborato, il primo capitolo è dedicato all’introduzione dei polimeri conduttori organici; materiali che hanno suscitato interesse grazie alle loro proprietà conduttive coniugate a un’alta stabilità, costi di produzione convenienti e alta riproducibilità; infine la biocompatibilità e le proprietà di trasduzione di informazioni attinenti al campo della biologia in segnale elettronico li ha resi lo strumento di maggior interesse nel campo della bioelettronica. Particolare focus è posto sulla categoria degli OECTs basati su PEDOT:PSS, sulle loro caratteristiche, la modellizzazione ed il ruolo del polimero d’interesse. Ciò è trattato nel secondo capitolo assieme ai regimi di funzionamento di questi dispositivi. Nel seguito si sono riportate le procedure seguite per la realizzazione dei dispositivi studiati: dalla preparazione del substrato ai processi litografici mirati alla creazione di un pattern per il circuito, fino alla deposizione per spin-coating del polimero in soluzione. Si sono descritti e chiariti il ruolo degli elementi del dispositivo, quali elettrodi ed elettrolita nella conducibilità del canale. Si è proceduto a descrive il set up strumentale e la strumentazione. Nell’ultimo capitolo si descrivono le misure sperimentali svolte e si commentano i risultati. Le misure svolte sul dispositivo constano innanzitutto della caratterizzazione dello stesso, previa analisi a vari voltaggi forniti sul gate e per varie geometrie del canale.

Stima della cinematica degli arti superiori per il controllo dell'equilibrio di un soggetto con esoscheletro di arto inferiore

Il presente lavoro di tesi si inserisce nell’ambito degli studi finalizzati al miglioramento delle condizioni di stabilità degli esoscheletri attivi per gli arti inferiori. L’obiettivo principale di questa tesi è la stima in tempo reale dell’orientamento degli arti superiori a partire dalle grandezze in uscita dall’esoscheletro e da un sistema di sensori inerziali indossabili. Il primo capitolo descrive lo stato dell’arte degli esoscheletri per gli arti inferiori seguita da una breve analisi degli studi compiuti dalla ricerca per il controllo dell’equilibrio del sistema uomo-macchina con l’impiego di metodi diversi. Nel secondo capitolo viene presentato il modello biomeccanico uomo-esoscheletro-stampelle, le strategie utilizzate per il controllo dell’equilibrio del sistema, ed i metodi impiegati per la stima dell’orientamento delle braccia del soggetto. Nel terzo capitolo vengono riportati e discussi i risultati dell’applicazione dei metodi di stima della cinematica degli arti superiori che vengono ripresi nelle conclusioni nel quarto capitolo.

Progettazione di un veicolo a guida automatica per linee di assemblaggio automotive

Questa tesi tratta la progettazione meccanica di un prototipo di veicolo a guida automatica (AGV). A partire dallo studio dello stato dell'arte e da considerazioni dinamiche su stabilità in frenata/accelerazione/curva si è definita la geometria di base. E' poi seguita la progettazione dei vari gruppi che compongono il veicolo, accompagnata dalle necessarie verifiche strutturali.

Analisi tecnica ed economica di un sistema di storage elettrochimico accoppiato ad un parco eolico

L'elaborato si occupa di analizzare diverse tecnologie di accumulo elettrochimico con lo scopo di dimensionare un sistema di accumulo che verrà accoppiato ad un parco eolico, collocato in Sicilia. Lo standard di connessione sarà in AT a 36 kV, un nuovo standard di Terna che permette di snellire le connessioni di impianti rinnovabili con potenza inferiore a 100 MW. A seguito di un primo dimensionamento analitico e di un confronto con i fornitori, si è optato per l'utilizzo della tecnologia Litio-ione, meno costosa e più performante e il cui impatto ambientale risulta essere controllato. Infine, si è realizzata una valutazione economica del sistema, ipotizzando tre diverse destinazioni di utilizzo del sistema di accumulo, che può offrire servizi ancillari alla rete o partecipare al nuovo mercato delle capacità di Terna, con lo scopo di creare una riserva di energia e partecipare al controllo e alla stabilità della rete. Si è quindi stimato un possibile tempo di ritorno dell'investimento, tenendo conto anche dell'aumento dei prezzi legato all'attuale condizione politico-economica.

Design e produzione mediante tecniche additive di un tutore ortopedico per aumentare comfort e sicurezza durante il trattamento oncoematologico

Il progetto si presenta come un miglioramento di una particolare terapia sanitaria, dove la maggior parte dei pazienti, soprattutto quelli in un’età delicata, possono avvertire determinati problemi fisici o psicologici. La terapia in questione è la Chemioterapia, che consiste nella somministrazione di una o più sostanze capaci di aggredire le cellule tumorali che si moltiplicano grazie a una fleboclisi, ovvero una procedura che è in grado di somministrare via endovenosa una sostanza come il trattamento appena citato, sfruttando alcune vene solide del braccio come la Basilica. Grazie a un’esperienza personale, pareri (dottoressa Antonella Sau) e coinvolgimenti di altri pazienti dell’associazione AGBE che hanno avuto un problema simile, è stato possibile progettare e inventare un tutore polimerico ad alta compatibilità dermatologica, in grado di immobilizzare l’arto usato nella terapia regalando una maggiore comodità e stabilità sia della fleboclisi che del braccio stesso. Inizialmente il tutore sarà ideato prendendo specifiche misure dell’avambraccio/gomito del singolo paziente, per poi stamparlo in 3D e portarlo ad effettuare i cicli somministrati per combattere la malattia. A fine di tutto, il paziente avrà sostenuto una cura delicata come la Chemioterapia con un maggiore comfort, maggiore stabilità psicologica e soprattutto meno complicanze come stravaso, infezioni varie, fuoriuscite di sostante chemioterapeutiche, gonfiori, depressione e irritazioni endovenose.

Modelli matematici applicati alle epidemie

Il mio elaborato di tesi è basato sull'analisi generale dei modelli matematici alla base delle epidemie e lo studio dei punti di equilibrio dei sistemi che descrivono tali modelli. Il primo capitolo fornisce una descrizione degli elementi di base per lo studio che verrà poi affrontato nei capitoli successivi; nel capitolo in questione ci si riduce a introdurre nomenclatura, parametri e assunzioni di base. Nei capitoli secondo e terzo vengono esposti due tipi di modelli SIR diversi (epidemico e endemico), modelli alla base dell'epidemiologia che spiegano, sotto determinate ipotesi, il comportamento degli individui all'esplodere di una epidemia e il loro cambiamento di compartimento (suscettibile, infetto o rimosso) nel tempo. Di essi viene costruito il sistema di equazioni differenziali e analizzato il comportamento asintotico, per poi studiare i punti di equilibrio e la loro stabilità. Nel capitolo quarto viene analizzato allo stesso modo il modello SEIR, interessante perché fornisce una visione leggermente più sofisticata e vicina alla realtà, poiché tra i compartimenti possibili si suppone esistere anche un compartimento degli esposti, cioè di coloro che sono stati infettati ma che ancora non sono in grado di trasmettere la malattia. L'appendice finale illustra l'apparato matematico utile allo studio di questi modelli: le Equazioni Differenziali infatti sono uno strumento necessario per la descrizione dei fenomeni naturali e per lo studio della stabilità dei punti di equilibrio.

Progettazione e analisi di impianti fotovoltaici in bassa tensione e autoconsumo collettivo

La tesi si propone di fornire un’analisi degli impianti fotovoltaici in bassa tensione sia dal punto di vista progettuale che economico e analizzare il recente schema di autoconsumo collettivo. La tesi prevede l’analisi di tre progetti differenti. Il primo riguarda la progettazione di un impianto residenziale di piccola taglia che si trova ad affrontare le problematiche causate dagli ombreggiamenti generati dai camini, comportando l’utilizzo di ottimizzatori. Viene discussa la pratica di connessione in iter semplificato e viene effettuata un’analisi economica riguardante la convenienza dell’installazione dell’impianto, della convenienza del sistema di accumulo e degli ottimizzatori in tre scenari di costo dell’energia differenti. Il secondo riguarda la progettazione di un impianto residenziale di piccola taglia con ridotto ombreggiamento. Viene discussa la pratica di connessione in iter ordinario e viene effettuata un’analisi economica riguardante la convenienza dell’installazione dell’impianto e della convenienza del sistema di accumulo suddividendo i consumi dell’utente nelle fasce di consumo e considerando una tariffa bioraria. L’ultimo progetto riguarda un impianto condominiale nello schema di autoconsumo collettivo. Vengono discussi i risultati della progettazione eseguita con il software SOLergo e in particolare viene mostrato il calcolo del carico vento secondo la normativa NTC 2018 e viene effettuata la verifica a ribaltamento per controllare la stabilità del sistema. Successivamente viene effettuata un’analisi dettagliata degli ombreggiamenti su PVsyst attraverso la realizzazione tridimensionale del condominio. Viene poi analizzato lo schema dell’autoconsumo collettivo per poi effettuare un’analisi economica complessiva con l’obiettivo di analizzare l’influenza degli incentivi presenti, in particolare per l’autoconsumo collettivo e valutare se l’installazione del sistema di accumulo risulti conveniente per i condomini.