Analisi quantitativa dell'espressione genica mediante real-time rt-pcr.

Il primo capitolo di questo lavoro di tesi introduce i concetti di biologia necessari per comprendere il fenomeno dell’espressione genica. Il secondo capitolo descrive i metodi e le tecniche di laboratorio utilizzate per ottenere il cDNA, il materiale genetico che verrà amplificato nella real-time PCR. Nel terzo capitolo si descrive la tecnica di real-time PCR, partendo da una descrizione della PCR convenzionale fino a delineare le caratteristiche della sua evoluzione in real-time PCR. Si prosegue con la spiegazione del principio fisico alla base della tecnica e delle molecole necessarie (fluorofori e sonde) per realizzarla; infine si descrive l’hardware e il software dello strumento. Il quarto capitolo presenta le tecniche di analisi del segnale che utilizzano metodi di quantificazione assoluta o relativa. Infine nel quinto capitolo è presentato un caso di studio, cioè un’analisi di espressione genica con real-time PCR condotta durante l’esperienza di tirocinio presso il laboratorio ICM. e delle molecole necessarie (fluorofori e sonde) per realizzarla; infine si descrive l’hardware e il software dello strumento. Il quarto capitolo presenta le tecniche di analisi del segnale che utilizzano metodi di quantificazione assoluta o relativa. Infine nel quinto capitolo è presentato un caso di studio, cioè un’analisi di espressione genica con real-time PCR condotta durante l’esperienza di tirocinio presso il laboratorio ICM.

Analisi e applicazione dei processi di data mining al flusso informativo di sistemi real-time: Implementazione e analisi di un algoritmo autoadattivo per la ricerca di frequent patterns su macchine automatiche.

Analisi e applicazione dei processi di data mining al flusso informativo di sistemi real-time. Implementazione e analisi di un algoritmo autoadattivo per la ricerca di frequent patterns su macchine automatiche.

Analisi e applicazione dei processi di data mining al flusso informativo di sistemi real-time: Adattamento di un algoritmo di apprendimento automatico per la caratterizzazione e la ricerca di frequent patterns su macchine automatiche

La tesi da me svolta durante questi ultimi sei mesi è stata sviluppata presso i laboratori di ricerca di IMA S.p.a.. IMA (Industria Macchine Automatiche) è una azienda italiana che naque nel 1961 a Bologna ed oggi riveste il ruolo di leader mondiale nella produzione di macchine automatiche per il packaging di medicinali. Vorrei subito mettere in luce che in tale contesto applicativo l’utilizzo di algoritmi di data-mining risulta essere ostico a causa dei due ambienti in cui mi trovo. Il primo è quello delle macchine automatiche che operano con sistemi in tempo reale dato che non presentano a pieno le risorse di cui necessitano tali algoritmi. Il secondo è relativo alla produzione di farmaci in quanto vige una normativa internazionale molto restrittiva che impone il tracciamento di tutti gli eventi trascorsi durante l’impacchettamento ma che non permette la visione al mondo esterno di questi dati sensibili. Emerge immediatamente l’interesse nell’utilizzo di tali informazioni che potrebbero far affiorare degli eventi riconducibili a un problema della macchina o a un qualche tipo di errore al fine di migliorare l’efficacia e l’efficienza dei prodotti IMA. Lo sforzo maggiore per riuscire ad ideare una strategia applicativa è stata nella comprensione ed interpretazione dei messaggi relativi agli aspetti software. Essendo i dati molti, chiusi, e le macchine con scarse risorse per poter applicare a dovere gli algoritmi di data mining ho provveduto ad adottare diversi approcci in diversi contesti applicativi: • Sistema di identificazione automatica di errore al fine di aumentare di diminuire i tempi di correzione di essi. • Modifica di un algoritmo di letteratura per la caratterizzazione della macchina. La trattazione è così strutturata: • Capitolo 1: descrive la macchina automatica IMA Adapta della quale ci sono stati forniti i vari file di log. Essendo lei l’oggetto di analisi per questo lavoro verranno anche riportati quali sono i flussi di informazioni che essa genera. • Capitolo 2: verranno riportati degli screenshoot dei dati in mio possesso al fine di, tramite un’analisi esplorativa, interpretarli e produrre una formulazione di idee/proposte applicabili agli algoritmi di Machine Learning noti in letteratura. • Capitolo 3 (identificazione di errore): in questo capitolo vengono riportati i contesti applicativi da me progettati al fine di implementare una infrastruttura che possa soddisfare il requisito, titolo di questo capitolo. • Capitolo 4 (caratterizzazione della macchina): definirò l’algoritmo utilizzato, FP-Growth, e mostrerò le modifiche effettuate al fine di poterlo impiegare all’interno di macchine automatiche rispettando i limiti stringenti di: tempo di cpu, memoria, operazioni di I/O e soprattutto la non possibilità di aver a disposizione l’intero dataset ma solamente delle sottoporzioni. Inoltre verranno generati dei DataSet per il testing di dell’algoritmo FP-Growth modificato.

Validazione di un modello real-time di un turboalbero aeronautico

L'obiettivo di questo lavoro di tesi è realizzare e validare un modello del propulsore Allison 250 c18 realizzato in Simulink. In particolare utilizzando i dati provenienti da prove sperimentali effettuate al banco prova del laboratorio di Propulsione e macchine della Scuola di Ingegneria e Archittetura vengono dapprima create le mappe prestazionali dei singoli componenti. Esse sono poi implementate all'interno del modello in Simulink, realizzato con struttura modulare a blocchi permettendo il modellamento di ogni singolo componente del motore. Successivamente i dati provenienti dalle simulazioni sono confrontati con i dati sperimentali, riscontrando risultati soddisfacenti. In ultimo si riporta brevemente una descrizione della compilazione del modello da utilizzare in una interfaccia LabVIEW per verificarne il funzionamento del modello in real-time.

Sviluppo di un modulo di visualizzazione, memorizzazione e analisi dati in real-time con elevato parallelismo

Progettazione e implementazione dei moduli di visualizzazione, memorizzazione e analisi di un sistema software di acquisizione dati in real-time da dispositivi prodotti da Elements s.r.l. La tesi mostra tutte le fasi di analisi, progettazione, implementazione e testing dei moduli sviluppati.

Modellazione zero-dimensionale del motopropulsore per applicazioni real-time

Descrizione del lavoro svolto nella modellazione zero-dimensionale e ai valori medi di un motopropulsore. Lo scopo finale del modello è un funzionamento HIL.

Real-time control of an Electrodynamic Shaker

Questa tesi è essenzialmente focalizzata sullo sviluppo di un sistema di controllo in tempo reale per uno Shaker Elettrodinamico usato per riprodurre profili di vibrazione ambientale registrati in contesti reali e di interesse per il recupero di energia. Grazie all'utilizzo di uno shaker elettrodinamico è quindi possibile riprodurre scenari di vibrazione reale in laboratorio e valutare più agevolmente le prestazioni dei trasduttori meccanici. Tuttavia, è richiesto un controllo dello Shaker non solo in termini di stabilità ma anche per garantire l'esatta riproduzione del segnale registrato nel contesto reale. In questa tesi, si è scelto di sviluppare un controllo adattivo nel dominio del tempo per garantire la corretta riproduzione del profilo di accelerazione desiderato. L'algoritmo è stato poi implementato sul sistema di prototipazione rapida dSPACE DS1104 basata su microprocessore PowerPC. La natura adattiva dell'algoritmo proposto permette di identificare cambiamenti nella risposta dinamica del sistema, e di regolare di conseguenza i parametri del controllore. Il controllo del sistema è stato ottenuto anteponendo al sistema un filtro adattivo la cui funzione di trasferimento viene continuamente adattata per rappresentare al meglio la funzione di trasferimento inversa del sistema da controllare. Esperimenti in laboratorio confermano l'efficacia del controllo nella riproduzione di segnali reali e in tipici test di sweep frequenziale.

Improved detection of blood stream pathogens by real-time PCR in severe sepsis

Evaluation of the technical and diagnostic feasibility of commercial multiplex real-time polymerase chain reaction (PCR) for detection of blood stream infections in a cohort of intensive care unit (ICU) patients with severe sepsis, performed in addition to conventional blood cultures.

Real-time polymerase chain-reaction detection of pathogens is feasible to supplement the diagnostic sequence for urinary tract infections

To evaluate, in a prospective pilot study, the feasibility of identifying pathogens in urine using real-time polymerase chain reaction (PCR), and to compare the results with the conventional urine culture-based procedures.

Information Filtering for Ultrasound-based Real-time Registration

This paper presents methods based on Information Filters for solving matching problems with emphasis on real-time, or effectively real-time applications. Both applications discussed in this work deal with ultrasound-based rigid registration in computer-assisted orthopedic surgery. In the first application, the usual workflow of rigid registration is reformulated such that registration algorithms would iterate while the surgeon is acquiring ultrasound images of the anatomy to be operated. Using this effectively real-time approach to registration, the surgeon would then receive feedback in order to better gauge the quality of the final registration outcome. The second application considered in this paper circumvents the need to attach physical markers to bones for anatomical referencing. Experiments using anatomical objects immersed in water are performed in order to evaluate and compare the different methods presented herein, using both 2D as well as real-time 3D ultrasound.

Real-Time Multimodal Retinal Image Registration for a Computer Assisted Laser Photocoagulation System

An algorithm for the real-time registration of a retinal video sequence captured with a scanning digital ophthalmoscope (SDO) to a retinal composite image is presented. This method is designed for a computer-assisted retinal laser photocoagulation system to compensate for retinal motion and hence enhance the accuracy, speed, and patient safety of retinal laser treatments. The procedure combines intensity and feature-based registration techniques. For the registration of an individual frame, the translational frame-to-frame motion between preceding and current frame is detected by normalized cross correlation. Next, vessel points on the current video frame are identified and an initial transformation estimate is constructed from the calculated translation vector and the quadratic registration matrix of the previous frame. The vessel points are then iteratively matched to the segmented vessel centerline of the composite image to refine the initial transformation and register the video frame to the composite image. Criteria for image quality and algorithm convergence are introduced, which assess the exclusion of single frames from the registration process and enable a loss of tracking signal if necessary. The algorithm was successfully applied to ten different video sequences recorded from patients. It revealed an average accuracy of 2.47 ± 2.0 pixels (∼23.2 ± 18.8 μm) for 2764 evaluated video frames and demonstrated that it meets the clinical requirements.

Comparison of real-time polymerase chain reaction and DNA-strip technology in microbiological evaluation of periodontitis treatment

The impact of a semiquantitative commercially available test based on DNA-strip technology (microIDent®, Hain Lifescience, Nehren, Germany) on diagnosis and treatment of severe chronic periodontitis of 25 periodontitis patients was evaluated in comparison with a quantitative in-house real-time PCR. Subgingival plaque samples were collected at baseline as well as at 3, 6, and 12 months later. After extracting DNA, Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Treponema denticola, and several other periodontopathogens were determined by both methods. The results obtained by DNA-strip technology were analyzed semiquantitatively and additionally quantitatively by densitometry. The results for the 4 major periodontopathogenic bacterial species correlated significantly between the 2 methods. Samples detecting a high bacterial load by one method and negative by the other were always found in less than 2% of the total samples. Both technologies showed the impact of treatment on microflora. Especially the semiquantitative DNA-strip technology clearly analyzed the different loads of periodontopathogens after therapy and is useful in microbial diagnostics for patients in dental practices.

Laboratory-based ROTEM(®) analysis: implementing pneumatic tube transport and real-time graphic transmission

ROTEM(®) is considered a helpful point-of-care device to monitor blood coagulation. Centrally performed analysis is desirable but rapid transport of blood samples and real-time transmission of graphic results are an important prerequisite. The effect of sample transport through a pneumatic tube system on ROTEM(®) results is unknown. The aims of the present work were (i) to determine the influence of blood sample transport through a pneumatic tube system on ROTEM(®) parameters compared to manual transportation, and (ii) to verify whether graphic results can be transmitted on line via virtual network computing using local area network to the physician in charge of the patient.

Rapid qualitative urinary tract infection pathogen identification by SeptiFast real-time PCR

Background Urinary tract infections (UTI) are frequent in outpatients. Fast pathogen identification is mandatory for shortening the time of discomfort and preventing serious complications. Urine culture needs up to 48 hours until pathogen identification. Consequently, the initial antibiotic regimen is empirical. Aim To evaluate the feasibility of qualitative urine pathogen identification by a commercially available real-time PCR blood pathogen test (SeptiFast®) and to compare the results with dipslide and microbiological culture. Design of study Pilot study with prospectively collected urine samples. Setting University hospital. Methods 82 prospectively collected urine samples from 81 patients with suspected UTI were included. Dipslide urine culture was followed by microbiological pathogen identification in dipslide positive samples. In parallel, qualitative DNA based pathogen identification (SeptiFast®) was performed in all samples. Results 61 samples were SeptiFast® positive, whereas 67 samples were dipslide culture positive. The inter-methodological concordance of positive and negative findings in the gram+, gram- and fungi sector was 371/410 (90%), 477/492 (97%) and 238/246 (97%), respectively. Sensitivity and specificity of the SeptiFast® test for the detection of an infection was 0.82 and 0.60, respectively. SeptiFast® pathogen identifications were available at least 43 hours prior to culture results. Conclusion The SeptiFast® platform identified bacterial DNA in urine specimens considerably faster compared to conventional culture. For UTI diagnosis sensitivity and specificity is limited by its present qualitative setup which does not allow pathogen quantification. Future quantitative assays may hold promise for PCR based UTI pathogen identification as a supplementation of conventional culture methods.