Caratteristiche ed evoluzione dei dispositivi cardiaci impiantabili

La presente tesi si propone di analizzare i pacemaker e i defibrillatori cardiaci impiantabili, soprattutto dal punto di vista tecnico ma anche dal punto di vista medico per darne una descrizione il più possibile completa e dettagliata, al fine di comprenderne il funzionamento e come questi dispositivi aiutino a correggere i principali disturbi cardiaci.

Evoluzione legislativa e normativa sui dispositivi medici - analisi e ricadute sul mercato e sulla gestione

Scopo di questo lavoro di tesi è la revisione della legislazione in materia di dispositivi medici nel mercato europeo, facendone un confronto con la normativa extra-europea. In particolare si sono studiate ed analizzate anche le regolamentazioni degli Stati Uniti e del Giappone, che insieme a quella dell’Unione Europea, rappresentano attualmente i tre maggiori mercati mondiali di dispositivi medici. L’obiettivo quindi è stato la ricerca, lo studio e l’analisi critica dei vari sistemi legislativi in vigore, la loro evoluzione e le prospettive future. Considerando il punto di vista del fabbricante di dispositivi medici, si sono illustrati percorsi normativi per poter immettere sul mercato un nuovo dispositivo medico nell’Unione Europea, negli Stati Uniti e in Giappone, evidenziando le procedure da seguire, le modalità di commercializzazione nei tre mercati, le certificazioni richieste, facendone un’analisi comparativa di un mercato rispetto agli altri. Sempre nella stessa ottica, si è inoltre effettuata una sintetica analisi del mercato dei dispositivi medici nei paesi emergenti, in quanto sono già, e lo diventeranno sempre più, una risorsa importante per una azienda con una visione internazionale del mercato. In questo elaborato di tesi sono stati ampiamente descritti ed analizzati i diversi sistemi di regolamentazione dei dispositivi medici e si è effettuata una valutazione comparativa tra i diversi sistemi legislativi e normativi che condizionano il mercato dei dispositivi medici. Un fabbricante con una visione internazionale della propria azienda deve conoscere perfettamente le legislazioni vigenti in materia di dispositivi medici. Per l'impresa, la conoscenza e la pratica della norma è indispensabile ma, ancor più, l'informazione e la consapevolezza dell'evoluzione della norma è determinante per la crescita competitiva. Il business mondiale dei dispositivi medici infatti ha subito profondi cambiamenti, con l'introduzione nei diversi paesi di complesse procedure di certificazione e autorizzazione, che sono in continua evoluzione. Tutto questo richiede una dimestichezza con le norme di settore e un continuo aggiornamento tecnico-normativo: sono indispensabili per le imprese competenze adeguate, in grado di affrontare tematiche tecnico-scientifiche e di adempiere a quanto prevedono le norme nazionali ed internazionali. Comprendere le opportunità, conoscere le regole e le barriere per l'ingresso in un determinato mercato, è sempre più importante per le imprese interessate ai processi di internazionalizzazione. Per meglio comprendere un mercato/paese, occorre la conoscenza dei peculiari aspetti regolatori, ma anche la conoscenza della specifica cultura, tradizione, società. In questo quadro, conoscere e praticare le norme non è sufficiente, sapere come evolvono le norme e le regole è per le imprese un fattore determinante per la competitività.

Recente evoluzione tecnologica dei Defibrillatori Impiantabili per stimolazione cardiaca

Il cuore è uno dei principali organi vitali dell’organismo umano e la sua fisiologica attività è indispensabile per sostenere uno stile di vita conforme alle esigenze del singolo individuo. Le aritmie cardiache, alterazioni del ritmo, possono compromettere o limitare la vita di un paziente che ne è affetto. Specifiche aritmie cardiache vengono trattate con l’impianto di dispositivi cardiaci impiantabili, i defibrillatori, che generano una stimolazione elettrica nel tessuto cardiaco allo scopo di ripristinare un ritmo cardiaco fisiologico. Il presente elaborato descrive come tali dispositivi siano in grado di correggere le aritmie cardiache, garantendo la sicurezza del paziente e permettendogli di svolgere le normali attività quotidiane . Il primo capitolo andrà ad analizzare il cuore dal punto di vista anatomico e fisiologico per capirne il funzionamento non affetto da patologie. Il secondo capitolo concentrerà l’analisi sui defibrillatori impiantabili per stimolazione cardiaca (ICD), facendo luce sulla storia, sulle funzioni primarie,sui componenti interni,sulle patologie legate all’utilizzo,sulle tipologie presenti in commercio e sul metodo d’impianto. Il terzo capitolo è incentrato sul monitoraggio remoto degli ICD (home-monitoring), attraverso il quale il paziente può trasmettere per via transtelefonica al centro cardiologico di riferimento i dati tecnici e clinici desumibili dall’interrogazione del dispositivo impiantato, senza necessità di ricorrere al controllo ambulatoriale tradizionale. L’home-monitoring nei pazienti portatori di dispositivo impiantabile si è dimostrato efficace per l’individuazione di malfunzionamenti e di instabilità cliniche in misura sovrapponibile rispetto al controllo ambulatoriale tradizionale, offrendo però significativi vantaggi in termini di qualità della vita e di gestione delle risorse sanitarie. Infine saranno presentate le conclusioni di tale elaborato.

Evoluzione dei Modelli e delle Tecnologie per il Web: DART e HTML5 come caso di studio

Nell’ultimo decenno si è assisitito ad una frenetica evoluzione delle tecnologie di connessione e trasferimento dati, dagli impianti di fibra ottica sempre più diffusi e performanti, alle varie tecnologie mobile UMTS e LTE. Tutto ciò ha permesso a sempre più persone di poter spendere una maggiore fetta del proprio tempo sulla rete sia per svago che per lavoro. Questo ha portato col tempo l’utente interattivo alla ricerca di servizi remoti che prima usufruiva in locale, sia per motivi di portabilità e di interconnessione, sia per una semplice questione di sincronizzazione fra i vari dispositivi posseduti. Il presente progetto di tesi si pone come obiettivo di indagare con occhio ingegneristico all’evoluzione della struttura del web fino ad identificare e analizzare l’attuale necessità di poter avere in rete tutti quei servizi anche completi e strutturalmente complessi che prima si aveva sul proprio desktop; tutto ciò attraverso l’esempio di un nuovo linguaggio di sviluppo per applicazioni web strutturate proposto da Google: DART. In questa analisi non si potrà prescindere dallo studio attento della tecnologia che sin dagli inizi della rete ha fatto da struttura al web ovvero l’Html e il suo ultimo standard Hmtl5. Nella prima parte verrà mostrata, attraverso un breve percorso, la nascita e lo sviluppo del web, sino ai giorni nostri. Si effettuerà quindi una panoramica, rivisitando tutti più importanti passi che hanno portato la rete internet ad essere ciò che oggi utilizziamo, ponendo una particolare attenzione alle attuali esigenze di progettazione della struttura dei servizi web. Nel secondo capitolo viene introdotta la tecnologia a base del web, l’Html; attraverso una breve analisi dell’evoluzione di quest’ultima si arriverà sino all’attuale HTML5 e alle funzionalità offerte nell’ottica della programmazione web strutturata. Nel terzo capitolo si analizzerà in maniera più approfondita la necessità di un web strutturato e le potenzialità del progetto Dart attraverso alcuni esempi esplicativi. Infine si trarranno alcune conclusioni sull’attuale situazione del web, sulla necessità di un web strutturato e sulla possibilità di riuscita del progetto Dart.

Dispositivi FPGA di ultima generazione: analisi e confronto

Questa tesi si prefissa l’obiettivo di analizzare l'evoluzione dei sistemi FPGA nel corso degli ultimi anni, evidenziando le novità e gli aspetti tecnici più significativi che ogni famiglia ha introdotto. Il primo capitolo avrà il compito di mostrare l’architettura ed il funzionamento generale di un FPGA, cercando di illustrarne le principali caratteristiche. Il secondo capitolo introdurrà i dispositivi FPGA Xilinx e mostrerà le caratteristiche tecniche dei principali dispositivi prodotto dall'azienda. Il terzo capitolo mostrerà invece le caratteristiche tecniche degli FPGA più recenti prodotti da Altera. Il quarto ed ultimo capitolo, invece, metterà a confronto alcuni parametri fondamentali dei dispositivi descritti nell'elaborato.

Sviluppo di algoritmi di autolocalizzazione su dispositivi mobili

Negli ultimi anni, complice la rapida evoluzione degli elaboratori e dei sensori, spinta dal mercato smartphone, una tecnologia si sta sviluppando e si sta diffondendo rapidamente. Si tratta di quella relativa agli unmanned vehicles (UV), i veicoli senza pilota, spesso nel linguaggio comune chiamati “droni”. Questi particolari veicoli sono dotati della tecnologia adatta per svolgere in relativa autonomia particolari mansioni, senza la necessità della presenza di un pilota a bordo. In questa Tesi magistrale si descrivono brevemente le diverse categorie di UV e l’attuale livello di autonomia raggiunta nello svolgimento di alcune funzioni, grazie a tecnologie quali i linguaggi ad agenti, di cui si presentano anche alcune significative applicazioni allo stato dell’arte. Per rendere più efficaci eventuali nuove funzionalità, fornendo una metodologia di sviluppo, atta ad aumentare il grado di astrazione, viene proposto un approccio architetturale a tre livelli. In particolare, viene approfondito il secondo livello, presentando l’implementazione di una funzionalità, l’autolocalizzazione spaziale, utile ad un sistema di terzo livello per arricchire la propria conoscenza dell’ambiente, al fine di raggiungere la massima autonomia nel controllo del mezzo. Questa prima esperienza ha consentito di approfondire le necessità in termini di hardware e software, al fine di poter effettuare una scelta mirata per l’ottimizzazione dei risultati ed un eventuale porting on-board, nella prospettiva di svincolare il mezzo da eventuali collegamenti con una stazione di terra, fino ad ora necessaria per eseguire le attività più complesse. Un interessante caso di studio consente di verificare la bontà del modello proposto e i risultati raggiunti nell’autolocalizzazione. In conclusione, si propongono ulteriori sviluppi che potranno fornire gli strumenti necessari alla massima espressione del potenziale che gli UV possiedono.

Evoluzione delle celle solari al silicio

Negli ultimi anni si è assistito nel panorama mondiale ad un notevole ed importante cambiamento nell’asset della produzione dell’energia elettrica. L’aumentare del costo nell'estrazione dei combustibili fossili ed il conseguente impatto ambientale che questi hanno nell'atmosfera ha influito notevolmente sullo sviluppo e sulla diffusione della tecnologia fotovoltaica. L’evoluzione di questa tecnologia ha permesso di raggiungere la “grid parity”, ossia l’uguaglianza tra il costo di 1 kWh prodotto dal fotovoltaico con 1 kWh prodotto da fonti fossili, per molte aree del pianeta. Tale tecnologia non è recente, già negli anni ‘60 si svilupparono i primi studi a riguardo, ma negli ultimi anni ha subito notevoli migliorie che l’hanno portata ad essere competitiva nel settore dell’energia elettrica. Il presente lavoro di tesi riporta una rassegna delle celle solari a base di silicio, a partire dal silicio monocristallino, al silicio poli e multi cristallino, fino ad arrivare a celle a film sottile o celle costituite da materiali multi-fase contenenti strutture quantiche e nanocristalli di Si. Negli ultimi anni tutti gli studi si stanno concentrando su un nuovo tipo di fotovoltaico, quello di terza generazione, il cui scopo è quello di ottenere dispositivi che, ad un prezzo molto contenuto dovuto ad un utilizzo di materiali economici come i Si-NCs (nano cristalli di silicio), possano garantire elevate efficienze in modo tale che la tecnologia fotovoltaica sia in grado di affermarsi definitivamente nel settore dell’energia.

IBeacon: evoluzione della microgeolocalizzazione

Obiettivo di questa tesi è l'analisi e l'approfondimento di una tecnologia di nuova generazione che prende il nome di iBeacon. Basata sulla localizzazione di prossimità (wireless) a bassi consumi energetici e sviluppata da Apple, l'iBeacon sfrutta il protocollo Bluetooth Low Energy con il quale riesce ad utilizzare al meglio l'energia, permettendo alle batterie dei dispositivi che lo implementano di durare molto più a lungo. In questa argomentazione, vengono elencate e descritte alcune tecniche di comunicazione wireless a medio-corto raggio (Wi-Fi, Infrarosso, RFID, NFC, Bluetooth, BLE), che utilizzano lo scambio di informazioni senza fili, descrivendone una breve storia, dalla loro evoluzione nel tempo e nei modi, ad alcune caratteristiche di utilizzo. L'argomentazione poi focalizzerà l'attenzione sui metodi di localizzazione utilizzati dall'iBeacon, fornendone le funzionalità e le caratteristiche principali di questa nuova tecnologia e discutendone i vantaggi, i limiti tecnologici e di sviluppo del protocollo, fino a delineare alcune soluzioni per quanto riguarda le soglie di sicurezza e di privacy. L'analisi poi confronterà l'iBeacon con i maggiori antagonisti che utilizzano questa tecnica di microgeolocalizzazione (NFC, EddyStone). Si cercherà inoltre di delineare in maniera più dettagliata le specifiche tecniche che costituiscono questa nuova tecnologia di prossimità, dal protocollo di comunicazione alla componentistica hardware. Successivamente verrà descritto come un dispositivo iOS si interfaccia con un iBeacon, delineandone le API e il setup e mostrando i diversi passaggi per la creazione di un prototipo di applicazione. Si cercherà infine di pianificare, progettare e costruire una rete con iBeacon. Come ultima analisi, si prenderà in esame la relazione tra l'iBeacon e l'Internet of Things (IoT), e gli sviluppi che potrà portare all'evoluzione del Marketing di Prossimità, mostrando un esempio concreto di utilizzo efficace di questa innovativa tecnologia (EXPO 2015).

Evoluzione tecnologica dei Defibrillatori Automatici Esterni: gestione, caratteristiche tecniche, analisi delle prestazioni e utilizzo secondo linee guida aggiornate

Tenendo conto dell'elevato numero di morti provocate da arresto cardiaco e la possibilità di abbassare questo numero intervenendo tempestivamente con un Defibrillatore, mi sono posto l'obiettivo di analizzare dal punto di vista prestazionale e di costi i principali Defibrillatori Automatici Esterni presenti sul mercato in prospettiva di un eventuale acquisto futuro da parte della sede di Ingegneria dell'Università di Bologna.

Evoluzione delle user interface: dalla metafora del desktop al Wearable Computing

Negli ultimi decenni abbiamo assistito ad una graduale evoluzione delle interfacce utente e della tecnologia. Sono stati introdotti nuovi dispositivi mobile e wearable che negli ultimi anni hanno subito un incremento tecnologico esponenziale arrivando a fondersi con la vita di tutti i giorni. Le classiche interfacce grafiche WIMP, la metafora del desktop e le linee guida di progettazione fino ad ora sviluppate non risultano ideali per la nuova tecnologia di wearable computing. Il proposito che la tesi vuole andare ad affrontare è proprio quello di indagare lo sviluppo di nuove user inteface basate sulla tecnologia wearable ed in particolare per smart glasses.

Evoluzione della limitazione di sostanze inquinanti e climalteranti nelle normative di omologazione per autoveicoli

Elaborato che si propone di evidenziare come i veicoli a benzina e a diesel possano soddisfare la normativa Euro 6. Si analizza il funzionamento dei principali sistemi di after-treatment come: catalizzatore SCR e DeNOx, trappola LNT, filtri FAP e DPF, sistemi EGR, per i motori ad accensione per compressione e catalizzatore TWC per motori ad accensione comandata. Parallelamente, si spiega l'evoluzione della normativa da Euro 6b a Euro 6c in termini di riduzione del numero di particelle di particolato emesse per km e come rispondere a queste più restrittive condizioni; viene introdotto, in via ancora sperimentale, il filtro antiparticolato GPF e un sistema di misurazione di nano particelle di dimensioni inferiori a 23 nm cioè una rivalutazione del metodo PMP. Contestualmente si definisce il progetto CARS 2020, il quale aggiunge una limitazione anche sulla quantità di anidride carbonica emessa a 95 g/km e le eventuali possibili soluzioni per rispettarla: da un maggior uso di combustibili alternativi a miglioramenti tecnologici dei motori stessi. Infine si studiano gli sviluppi dei cicli di omologazione, dal 2017 infatti entreranno in gioco test su strada con dispositivi PEMS on-board e cicli armonizzati WLTC. Le procedure RDE e WLTP permetteranno di testare i vecioli in maniera più reale e globale, rispettivamente, riuscendo a fornire anche valori attendibili dei consumi registrati durante le prove.

Molecular architecture of the human sinus node: insights into the function of the cardiac pacemaker.

BACKGROUND: Although we know much about the molecular makeup of the sinus node (SN) in small mammals, little is known about it in humans. The aims of the present study were to investigate the expression of ion channels in the human SN and to use the data to predict electrical activity. METHODS AND RESULTS: Quantitative polymerase chain reaction, in situ hybridization, and immunofluorescence were used to analyze 6 human tissue samples. Messenger RNA (mRNA) for 120 ion channels (and some related proteins) was measured in the SN, a novel paranodal area, and the right atrium (RA). The results showed, for example, that in the SN compared with the RA, there was a lower expression of Na(v)1.5, K(v)4.3, K(v)1.5, ERG, K(ir)2.1, K(ir)6.2, RyR2, SERCA2a, Cx40, and Cx43 mRNAs but a higher expression of Ca(v)1.3, Ca(v)3.1, HCN1, and HCN4 mRNAs. The expression pattern of many ion channels in the paranodal area was intermediate between that of the SN and RA; however, compared with the SN and RA, the paranodal area showed greater expression of K(v)4.2, K(ir)6.1, TASK1, SK2, and MiRP2. Expression of ion channel proteins was in agreement with expression of the corresponding mRNAs. The levels of mRNA in the SN, as a percentage of those in the RA, were used to estimate conductances of key ionic currents as a percentage of those in a mathematical model of human atrial action potential. The resulting SN model successfully produced pacemaking. CONCLUSIONS: Ion channels show a complex and heterogeneous pattern of expression in the SN, paranodal area, and RA in humans, and the expression pattern is appropriate to explain pacemaking.

Role of IP(3) in modulation of spontaneous activity in pacemaker cells of rabbit urethra.

Isolated interstitial ("pacemaker") cells from rabbit urethra were examined using the perforated-patch technique. Under voltage clamp at -60 mV, these cells fired large spontaneous transient inward currents (STICs), averaging -860 pA and >1 s in duration, which could account for urethral pacemaker activity. Spontaneous transient outward currents (STOCs) were also observed and fell into two categories, "fast" (1 s in duration). The latter were coupled to STICs, suggesting that they shared the same mechanism, while the former occurred independently at faster rates. All of these currents were abolished by cyclopiazonic acid, caffeine, or ryanodine, suggesting that they were activated by Ca(2+) release. When D-myo-inositol 1,4,5-trisphosphate (IP(3))-sensitive stores were blocked with 2-aminoethoxydiphenyl borate, the STICs and slow STOCs were abolished, but the fast STOCs remained. In contrast, the fast STOCs were more nifedipine sensitive than the STICs or the slow STOCs. These results suggest that while fast STOCs are mediated by a mechanism similar to STOCs in smooth muscle, STICs and slow STOCs are driven by IP(3). These results support the hypothesis that pacemaker activity in the urethra is driven by the IP(3)-sensitive store. PMID: 11287348 [PubMed - indexed for MEDLINE]