Analisi preliminare dei risultati di TC perfusionale effettuata su tessuto polmonare sano

Le ultime ricerche in campo oncologico sulle cure antitumorali sono indirizzate verso una categoria definita target therapy. In particolare tra le più promettenti, le terapie antiangiogenetiche, il cui scopo primario è quello di limitare l’apporto di sangue al tumore. In questo contesto la Tomografia Computerizzata (TC) perfusionale rappresenta un’importante tecnica di imaging radiologico in grado, teoricamente, di fornire misure quantitative, che permettano una valutazione, anche precoce, della risposta alle terapie antiangiogenetiche. I principali problemi aperti in questo campo riguardano la standardizzazione dei protocolli di acquisizione e di elaborazione delle sequenze perfusionali, che determinano la scarsa riproducibilità dei risultati intra- ed inter-paziente, non consentendone l’uso nella pratica clinica. In letteratura sono presenti diversi studi riguardanti la perfusione dei tumori polmonari, ma vi sono pochi studi sull’affidabilità dei parametri perfusionali calcolati. Questa Tesi si propone di analizzare, quantificare e confrontare gli errori e l’affidabilità dei parametri perfusionali calcolati attraverso la TC perfusionale. In particolare, vengono generate delle mappe di errore ed effettuati dei confronti di diverse regioni del polmone sano. I risultati ottenuti dall’analisi dei casi reali sono discussi al fine di poter definire dei livelli di affidabilità dei parametri perfusionali e di quantificare gli errori che si commettono nella valutazione dei parametri stessi. Questo studio preliminare consentirà, quindi, un’analisi di riproducibilità, permettendo, inoltre, una normalizzazione dei valori perfusionali calcolati nella lesione, al fine di effettuare analisi intra- ed inter-paziente.

Sistema di visione stereo su architettura ZYNQ

Lo scopo della tesi è creare un’architettura in FPGA in grado di ricavare informazioni 3D da una coppia di sensori stereo. La pipeline è stata realizzata utilizzando il System-on-Chip Zynq, che permette una stretta interazione tra la parte hardware realizzata in FPGA e la CPU. Dopo uno studio preliminare degli strumenti hardware e software, è stata realizzata l’architettura base per la scrittura e la lettura di immagini nella memoria DDR dello Zynq. In seguito l’attenzione si è spostata sull’implementazione di algoritmi stereo (rettificazione e stereo matching) su FPGA e nella realizzazione di una pipeline in grado di ricavare accurate mappe di disparità in tempo reale acquisendo le immagini da una camera stereo.

Caratterizzazione sensoriale e strumentale di salami di pregio: il caso della mora romagnola.

Questo lavoro di tesi ha riguardato lo studio e la caratterizzazione, sia sensoriale che strumentale, di dodici campioni di salame, prodotti utilizzando carne di suino convenzionale o di Mora Romagnola, con lo scopo di evidenziare le differenze esistenti tra i due tipi di prodotto e, nel contempo, discriminare i prodotti ottenuti con carne di Mora Romagnola, da quelli simili, ma meno pregiati, disponibili sul mercato. In particolare, la caratterizzazione sensoriale è stata condotta tramite l’applicazione dell’analisi quantitativo-descrittiva (QDA®), mediante la quale è stato definito il profilo sensoriale dei campioni oggetto di studio. A supporto della messa a punto del profilo sensoriale del prodotto, sullo stesso gruppo di campioni, è stata effettuata un’analisi strumentale, avvalendosi dell’utilizzo di un “occhio elettronico” in grado di effettuare, in tempi estremamente rapidi, un’analisi dell’apparenza del prodotto tramite l’acquisizione di immagini, successivamente elaborate. I dati ottenuti dall’analisi sensoriale e strumentale, elaborati statisticamente con l’utilizzo di tecniche di analisi multivariata, hanno evidenziato come i campioni di Mora Romagnola presentassero una maggiore variabilità rispetto a quelli prodotti con carne di suino convenzionale. Nello specifico, i campioni di Mora Romagnola sono risultati essere maggiormente caratterizzati dagli attributi di “stagionatura” e “speziatura” e da tonalità più scure rispetto ai salami ottenuti mediante carne di suino convenzionale, più descritti da una nota olfattiva acidula e da un’elevata omogeneità di distribuzione del grasso. L’approccio seguito, fondato sulla correlazione dei dati sensoriali e strumentali, rappresenta, quindi, uno strumento potenzialmente utile non solo in un’ottica di caratterizzazione e discriminazione della qualità degli alimenti, ma anche in un’ottica di valorizzazione dei prodotti tipici, fornendo informazioni utili per generare una maggiore consapevolezza nei consumatori in merito alla scelta dei prodotti, ad esempio durante la fase di acquisto.

CT perfusion image processing: analysis of liver tumors

Perfusion CT imaging of the liver has potential to improve evaluation of tumour angiogenesis. Quantitative parameters can be obtained applying mathematical models to Time Attenuation Curve (TAC). However, there are still some difficulties for an accurate quantification of perfusion parameters due, for example, to algorithms employed, to mathematical model, to patient’s weight and cardiac output and to the acquisition system. In this thesis, new parameters and alternative methodologies about liver perfusion CT are presented in order to investigate the cause of variability of this technique. Firstly analysis were made to assess the variability related to the mathematical model used to compute arterial Blood Flow (BFa) values. Results were obtained implementing algorithms based on “ maximum slope method” and “Dual input one compartment model” . Statistical analysis on simulated data demonstrated that the two methods are not interchangeable. Anyway slope method is always applicable in clinical context. Then variability related to TAC processing in the application of slope method is analyzed. Results compared with manual selection allow to identify the best automatic algorithm to compute BFa. The consistency of a Standardized Perfusion Index (SPV) was evaluated and a simplified calibration procedure was proposed. At the end the quantitative value of perfusion map was analyzed. ROI approach and map approach provide related values of BFa and this means that pixel by pixel algorithm give reliable quantitative results. Also in pixel by pixel approach slope method give better results. In conclusion the development of new automatic algorithms for a consistent computation of BFa and the analysis and definition of simplified technique to compute SPV parameter, represent an improvement in the field of liver perfusion CT analysis.

Structural analysis of a UAV wing through image processing and FEM

Analisi strutturale dell’ala di un UAV (velivolo senza pilota a bordo), sviluppata usando varie metodologie: misurazioni sperimentali statiche e dinamiche, e simulazioni numeriche con l’utilizzo di programmi agli elementi finiti. L’analisi statica è stata a sua volta portata avanti seguendo due differenti metodi: la classica e diretta determinazione degli spostamenti mediante l’utilizzo di un catetometro e un metodo visivo, basato sull’elaborazione di immagini e sviluppato appositamente a tale scopo in ambiente Matlab. Oltre a ciò è stata svolta anche una analisi FEM volta a valutare l’errore che si ottiene affrontando il problema con uno studio numerico. Su tale modello FEM è stata svolta anche una analisi di tipo dinamico con lo scopo di confrontare tali dati con i dati derivanti da un test dinamico sperimentale per ottenere informazioni utili per una seguente possibile analisi aeroelastica.

Breve introduzione alla "literatura de cordel" brasiliana.

Questa tesi si pone l'obiettivo di presentare l'universo multicolore e sfaccettato della literatura de cordel brasiliana, particolare forma di poesia caratterizata da poemetti stampati in libretti di carta deperibile e posti in vendita appesi a sottili spaghi, chiamati cordeis in portoghese. L'esposto è strutturato in due parti: nella prima viene introdotto il fenomeno in termini generali, la sua storia, i temi affrontati dai poeti e le forme metriche più utilizzate. Nella seconda è presentata la figura del poeta Leandro Gomes de Barros, illustre rappresentante del genere, e proposta la traduzione del suo classico “O dinheiro” (Il denaro). Il testo, avendo un carattere fortemente divulgativo, è accessibile a tutti, e accompagna il lettore nella narrazione con un grande numero di immagini (raffiguranti le pittoresche copertine dei libricini di Cordel) ed esempi testuali tratti da testi originali, sia contemporanei che classici, che aiutano ad immergersi in questa particolare forma espressiva.

The effect of diffusion gradient direction number on tractography of corticospinal tract in human brain: an along-tract analysis

Nel presente lavoro di tesi ho sviluppato un metodo di analisi di dati di DW-MRI (Diffusion-Weighted Magnetic Resonance Imaging)cerebrale, tramite un algoritmo di trattografia, per la ricostruzione del tratto corticospinale, in un campione di 25 volontari sani. Il diffusion tensor imaging (DTI) sfrutta la capacità del tensore di diffusione D di misurare il processo di diffusione dell’acqua, per stimare quantitativamente l’anisotropia dei tessuti. In particolare, nella sostanza bianca cerebrale la diffusione delle molecole di acqua è direzionata preferenzialmente lungo le fibre, mentre è ostacolata perpendicolarmente ad esse. La trattografia utilizza le informazioni ottenute tramite il DW imaging per fornire una misura della connettività strutturale fra diverse regioni del cervello. Nel lavoro si è concentrata l’attenzione sul fascio corticospinale, che è coinvolto nella motricità volontaria, trasmettendo gli impulsi dalla corteccia motoria ai motoneuroni del midollo spinale. Il lavoro si è articolato in 3 fasi. Nella prima ho sviluppato il pre-processing di immagini DW acquisite con un gradiente di diffusione sia 25 che a 64 direzioni in ognuno dei 25 volontari sani. Si è messo a punto un metodo originale ed innovativo, basato su “Regions of Interest” (ROIs), ottenute attraverso la segmentazione automatizzata della sostanza grigia e ROIs definite manualmente su un template comune a tutti i soggetti in esame. Per ricostruire il fascio si è usato un algoritmo di trattografia probabilistica che stima la direzione più probabile delle fibre e, con un numero elevato di direzioni del gradiente, riesce ad individuare, se presente, più di una direzione dominante (seconda fibra). Nella seconda parte del lavoro, ciascun fascio è stato suddiviso in 100 segmenti (percentili). Sono stati stimati anisotropia frazionaria (FA), diffusività media, probabilità di connettività, volume del fascio e della seconda fibra con un’analisi quantitativa “along-tract”, per ottenere un confronto accurato dei rispettivi percentili dei fasci nei diversi soggetti. Nella terza parte dello studio è stato fatto il confronto dei dati ottenuti a 25 e 64 direzioni del gradiente ed il confronto del fascio fra entrambi i lati. Dall’analisi statistica dei dati inter-subject e intra-subject è emersa un’elevata variabilità tra soggetti, dimostrando l’importanza di parametrizzare il tratto. I risultati ottenuti confermano che il metodo di analisi trattografica del fascio cortico-spinale messo a punto è risultato affidabile e riproducibile. Inoltre, è risultato che un’acquisizione con 25 direzioni di DTI, meglio tollerata dal paziente per la minore durata dello scan, assicura risultati attendibili. La principale applicazione clinica riguarda patologie neurodegenerative con sintomi motori sia acquisite, quali sindromi parkinsoniane sia su base genetica o la valutazione di masse endocraniche, per la definizione del grado di contiguità del fascio. Infine, sono state poste le basi per la standardizzazione dell’analisi quantitativa di altri fasci di interesse in ambito clinico o di studi di ricerca fisiopatogenetica.

Microwave breast imaging reconstruction

In this thesis I analyzed the microwave tomography method to recognize breast can- cer. I study how identify the dielectric permittivity, the Helmoltz equation parameter used to model the real physic problem. Through a non linear least squares method I solve a problem of parameters identification; I show the theoric approach and the devel- opment to reach the results. I use the Levenberg-Marquardt algorithm, applied on COMSOL software to multiphysic models; so I do numerical proofs on semplified test problems compared to the specific real problem to solve.

Spectroscopic analysis of terrestrial analogues for the interpretation of surface composition of rocky bodies in the solar system. Effects of mineral mixing and particle size. Applications to moon, mars and implications for mercury.

Among the Solar System’s bodies, Moon, Mercury and Mars are at present, or have been in the recent years, object of space missions aimed, among other topics, also at improving our knowledge about surface composition. Between the techniques to detect planet’s mineralogical composition, both from remote and close range platforms, visible and near-infrared reflectance (VNIR) spectroscopy is a powerful tool, because crystal field absorption bands are related to particular transitional metals in well-defined crystal structures, e.g., Fe2+ in M1 and M2 sites of olivine or pyroxene (Burns, 1993). Thanks to the improvements in the spectrometers onboard the recent missions, a more detailed interpretation of the planetary surfaces can now be delineated. However, quantitative interpretation of planetary surface mineralogy could not always be a simple task. In fact, several factors such as the mineral chemistry, the presence of different minerals that absorb in a narrow spectral range, the regolith with a variable particle size range, the space weathering, the atmosphere composition etc., act in unpredictable ways on the reflectance spectra on a planetary surface (Serventi et al., 2014). One method for the interpretation of reflectance spectra of unknown materials involves the study of a number of spectra acquired in the laboratory under different conditions, such as different mineral abundances or different particle sizes, in order to derive empirical trends. This is the methodology that has been followed in this PhD thesis: the single factors previously listed have been analyzed, creating, in the laboratory, a set of terrestrial analogues with well-defined composition and size. The aim of this work is to provide new tools and criteria to improve the knowledge of the composition of planetary surfaces. In particular, mixtures composed with different content and chemistry of plagioclase and mafic minerals have been spectroscopically analyzed at different particle sizes and with different mineral relative percentages. The reflectance spectra of each mixture have been analyzed both qualitatively (using the software ORIGIN®) and quantitatively applying the Modified Gaussian Model (MGM, Sunshine et al., 1990) algorithm. In particular, the spectral parameter variations of each absorption band have been evaluated versus the volumetric FeO% content in the PL phase and versus the PL modal abundance. This delineated calibration curves of composition vs. spectral parameters and allow implementation of spectral libraries. Furthermore, the trends derived from terrestrial analogues here analyzed and from analogues in the literature have been applied for the interpretation of hyperspectral images of both plagioclase-rich (Moon) and plagioclase-poor (Mars) bodies.

Evaluating the urban heat island for cities of Emilia-Romagna region through numerical simulations

Lo scopo di questo studio è la comprensione della dinamica dello strato limite urbano per città dell’Emilia Romagna tramite simulazioni numeriche. In particolare, l’attenzione è posta sull’ effetto isola di calore, ovvero sulla differenza di temperatura dell’aria in prossimità del suolo fra zone rurali e urbane dovuta all’urbanizzazione. Le simulazioni sono state effettuate con il modello alla mesoscala "Weather Research and Forecasting" (WRF), accoppiato con le parametrizzazioni urbane "Building Effect Parametrization" (BEP) e "Building Energy Model" (BEM), che agiscono a vari livelli verticali urbani. Il periodo di studio riguarda sei giorni caldi e senza copertura nuvolosa durante un periodo di heat wave dell’anno 2015. La copertura urbana è stata definita con il "World Urban Databes and Access Portal Tools" (WUDAPT), un metodo che permette di classificare le aree urbane in dieci "urban climate zones" (UCZ), attraverso l’uso combinato di immagini satellitari e "training areas" manualmente definite con il software Google Earth. Sono state svolte diverse simulazioni a domini innestati, con risoluzione per il dominio più piccolo di 500 m, centrato sulla città di Bologna. Le differenze fra le simulazioni riguardano la presenza o l’assenza delle strutture urbane, il metodo di innesto e tipo di vegetazione rurale. Inoltre, è stato valutato l’effetto dovuto alla presenza di pannelli fotovoltaici sopra i tetti di ogni edificio e le variazioni che i pannelli esercitano sullo strato limite urbano. Per verificare la bontà del modello, i dati provenienti dalle simulazioni sono stati confrontati con misure provenienti da 41 stazioni all’interno dell’area di studio. Le variabili confrontate sono: temperatura, umidità relativa, velocità e direzione del vento. Le simulazioni sono in accordo con i dati osservativi e riescono a riprodurre l’effetto isola di calore: la differenza di temperatura fra città e zone rurali circostanti è nulla durante il giorno; al contrario, durante la notte l’isola di calore è presente, e in media raggiunge il massimo valore di 4°C alle 1:00. La presenza dei pannelli fotovoltaici abbassa la temperatura a 2 metri dell’aria al massimo di 0.8°C durante la notte, e l’altezza dello strato limite urbano dell’ordine 200mrispetto al caso senza pannelli. I risultati mostrano come l’uso di pannelli fotovoltaici all’interno del contesto urbano ha molteplici benefici: infatti, i pannelli fotovoltaici riescono a ridurre la temperatura durante un periodo di heat wave, e allo stesso tempo possono parzialmente sopperire all’alto consumo energetico, con una conseguente riduzione del consumo di combustibili fossili.

Performance comparison of four power system stabilizer

The well-known power system stabilizer (PSS) is used to generate supplementary control signals for the excitation system of a generator so as to damp low frequency oscillations in the power system concerned. Up to now, various kinds of PSS design methods have been proposed and some of them applied in actual power systems with different degrees. Given this background, the small-disturbance eigenvalue analysis and large-disturbance dynamic simulations in the time domain are carried out to evaluate the performances of four different PSS design methods, including the Conventional PSS (CPSS), Single-Neuron PSS (SNPSS), Adaptive PSS (APSS) and Multi-band PSS (MBPSS). To make the comparisons equitable, the parameters of the four kinds of PSSs are all determined by the steepest descent method. Finally, an 8-unit 24-bus power system is employed to demonstrate the performances of the four kinds of PSSs by the well-established eigenvalue analysis as well as numerous digital simulations, and some useful conclusions obtained.

Charged-soliton excitations in statistical mechanics

A method is developed for demonstrating how solitons with some internal periodic motion may emerge as elementary excitations in the statistical mechanics of field systems. The procedure is demonstrated in the context of complex scalar fields which can, for appropriate choices of the Lagrangian, yield charge-carrying solitons with such internal motion. The derivation uses the techniques of the steepest-descent method for functional integrals. It is shown that, despite the constraint of some fixed total charge, a gaslike excitation of such charged solitons does emerge.

Effects of environment on surface-wave characteristics of a dielectric-coated conductor .4.

The problem of excitation of 11zultilayercd-graded-dielectric-coatedc onductor by a magnetic ring source is fornzulated in the ,form of a contour integrul which is rolved by using the method of steepest descent. Numerical evaluation of launching efiiency shows that high value of about 90 percent can be attained by choosing proper dimensions of the launcher with respect to the dimension of the surface wave line.

A Direct Approach to the Problem of Diffraction by a Half-Plane under Mixed Boundary Conditions

A general direct technique of solving a mixed boundary value problem in the theory of diffraction by a semi-infinite plane is presented. Taking account of the correct edge-conditions, the unique solution of the problem is derived, by means of Jones' method in the theory of Wiener-Hopf technique, in the case of incident plane wave. The solution of the half-plane problem is found out in exact form. (The far-field is derived by the method of steepest descent.) It is observed that it is not the Wiener-Hopf technique which really needs any modification but a new technique is certainly required to handle the peculiar type of coupled integral equations which the Wiener-Hopf technique leads to. Eine allgemeine direkte Technik zur Lösung eines gemischten Randwertproblems in der Theorie der Beugung an einer halbunendlichen Ebene wird vorgestellt. Unter Berücksichtigung der korrekten Eckbedingungen wird mit der Methode von Jones aus der Theorie der Wiener-Hopf-Technik die eindeutige Lösung für den Fall der einfallenden ebenen Welle hergeleitet. Die Lösung des Halbebenenproblems wird in exakter Form angegeben. (Das Fernfeld wurde mit der Methode des steilsten Abstiegs bestimmt.) Es wurde bemerkt, daß es nicht die Wiener-Hopf-Technik ist, die wirklich irgend welcher Modifikationen bedurfte. Gewiß aber wird eine neue Technik zur Behandlung des besonderen Typs gekoppelter Integralgleichungen benötigt, auf die die Wiener-Hopf-Technik führt.

Methods of multiparameter inversion of seismic data using the acoustic and elastic born approximations

This thesis presents two different forms of the Born approximations for acoustic and elastic wavefields and discusses their application to the inversion of seismic data. The Born approximation is valid for small amplitude heterogeneities superimposed over a slowly varying background. The first method is related to frequency-wavenumber migration methods. It is shown to properly recover two independent acoustic parameters within the bandpass of the source time function of the experiment for contrasts of about 5 percent from data generated using an exact theory for flat interfaces. The independent determination of two parameters is shown to depend on the angle coverage of the medium. For surface data, the impedance profile is well recovered.

The second method explored is mathematically similar to iterative tomographic methods recently introduced in the geophysical literature. Its basis is an integral relation between the scattered wavefield and the medium parameters obtained after applying a far-field approximation to the first-order Born approximation. The Davidon-Fletcher-Powell algorithm is used since it converges faster than the steepest descent method. It consists essentially of successive backprojections of the recorded wavefield, with angular and propagation weighing coefficients for density and bulk modulus. After each backprojection, the forward problem is computed and the residual evaluated. Each backprojection is similar to a before-stack Kirchhoff migration and is therefore readily applicable to seismic data. Several examples of reconstruction for simple point scatterer models are performed. Recovery of the amplitudes of the anomalies are improved with successive iterations. Iterations also improve the sharpness of the images.

The elastic Born approximation, with the addition of a far-field approximation is shown to correspond physically to a sum of WKBJ-asymptotic scattered rays. Four types of scattered rays enter in the sum, corresponding to P-P, P-S, S-P and S-S pairs of incident-scattered rays. Incident rays propagate in the background medium, interacting only once with the scatterers. Scattered rays propagate as if in the background medium, with no interaction with the scatterers. An example of P-wave impedance inversion is performed on a VSP data set consisting of three offsets recorded in two wells.