Academic literature on the topic 'Analisi frattale'

L'osteoporosi, una delle malattie sociali più rilevanti e costose, si manifesta prevalentemente nella seconda metà della vita ed è caratterizzata dalla presenza di fratture atraumatiche. Pertanto una diagnosi di osteoporosi il più precoce possibile è molto importante in termini di profilassi e di trattamento. Negli anni passati c'è stato un considerevole progresso nello sviluppo e nell'applicazione clinica dei metodi non invasivi per misurare la massa ossea (densitometria ossea). Questo articolo rivisita le metodiche densitometriche tradizionali: densitometria a singolo raggio fotonico (SPA), densitometria a doppio raggio fotonico (DPA), densitometria a raggi x a doppia energia (DXA), tomografia computerizzata quantitativa (QCT) e le più moderne tecniche come gli Ultrasuoni (QUS) e la risonanza magnetica (QMR). Il crescente interesse per la densitometria ossea porterà certamente ulteriori miglioramenti tecnologici e renderà più semplice la comprensione della complessa biomeccanica del tessuto osseo, per predire, in ultima analisi, più accuratamente il rischio di fratture.

Premessa La Toscana: analisi del presente e memoria storica La partecipazione Il quadro complessivo del voto Aree centrali e aree periferiche Geografia elettorale e geografia economica Linee di frattura e risposte politiche

Nel mieloma multiplo (MM) le lesioni osteolitiche interessano prevalentemente lo scheletro assiale e la colonna vertebrale è la sede più frequente. Tipicamente la lesione erode l'osso spugnoso lasciando relativamente intatta la corticale. Alle immagini RM sono stati descritti tre pattern che in ordine decrescente sono: focale, diffuso e variegato. La patogenesi delle lesioni osteolitiche è legata ad una azione locale delle plasmacellule e delle cellule midollari non neoplastiche, le quali producono una vasta gamma di citochine che in ultima analisi stimolano gli osteoclasti. Recenti ricerche hanno dimostrato che il rapporto RANKL/OPG è critico per l'attivazione osteoclastica mentre un altro importante fattore osteoclastogenico, il MIP-1α, sembra agire attraverso una via differente. La modalità migliore per valutare le lesioni osteolitiche rimane la semplice radiografia, anche se la RM ha mostrato una maggiore sensibilità e viene usualmente impiegata nei pazienti asintomatici per predire la possibilità di fratture o di progressione di malattia. Sul piano terapeutico, la chirurgia classica non riveste un ruolo importante, mentre la nuova metodica della vertebroplastica si sta facendo strada in tutte le istituzioni. La radioterapia è confinata ad alcuni casi particolari. Il presidio medico più impiegato è costituito dai bisfosfonati, sopratutto quelli di ultima generazione che hanno dato un contributo significativo alla terapia di supporto ed hanno sicuramente migliorato la qualità di vita di questi pazienti. Esistono inoltre rari tumori costituiti da vasi sanguigni aberranti che vanno sotto il nome di emangiomi o emangioteliomi. Sono per la maggior parte benigni, ma se ne conoscono anche di diversi gradi di malignità con tendenza a recidivare. Spesso sono asintomatici e costituiscono un reperto occasionale. Presentano un aspetto radiologico abbastanza tipico. Sono sensibili alla radioterapia e possono anch'essi giovarsi della vertebroplastica.

La geometria frattale descrive la complessità strutturale di oggetti che presentano, entro certi limiti, invarianza a fattori di scala. Obiettivo di questa tesi è l’analisi di indici frattali della morfologia cerebrale e cerebellare da immagini di risonanza magnetica (MRI) pesate T1 e della loro correlazione con l’età. A tale scopo sono state analizzate la dimensione frattale (D0) e la lacunarità (λs), indice di eterogeneità strutturale, della sostanza grigia (GM) e bianca (WM), calcolate mediante algoritmi di box counting e di differential gliding box, implementati in linguaggio C++, e regressione lineare con scelta automatica delle scale spaziali. Gli algoritmi sono stati validati su fantocci 3D ed è stato proposto un metodo per compensare la dipendenza di λs dalle dimensioni dell’immagine e dalla frazione di immagine occupata. L’analisi frattale è stata applicata ad immagini T1 a 3T del dataset ICBM (International Consortium for Brain Mapping) composto da 86 soggetti (età 19-85 anni). D0 e λs sono state rispettivamente 2.35±0.02 (media±deviazione standard) e 0.41±0.05 per la GM corticale, 2.34±0.03 e 0.35±0.05 per la WM cerebrale, 2.19±0.05 e 0.17±0.02 per la GM cerebellare, 1.95±0.06 e 0.30±0.04 per la WM cerebellare. Il coefficiente di correlazione lineare tra età e D0 della GM corticale è r=−0.38 (p=0.003); tra età e λs, r=0.72 (p<0.001) (mostrando che l’eterogeneità strutturale aumenta con l’invecchiamento) e tra età e λs compensata rispetto al volume della GM cerebrale (GMV), r=0.51 (p<0.001), superiore in valore assoluto a quello tra età e GMV (r=−0.45, p<0.001). In un modello di regressione lineare multipla, dove l’età è stata modellata da D0, λ e GMV della GM corticale, λs è risultato l’unico predittore significativo (r parziale=0.62, p<0.001). La lacunarità λs è un indice sensibile alle variazioni strutturali dovute all’invecchiamento cerebrale e si candida come biomarcatore nella valutazione della complessità cerebrale nelle malattie neurodegenerative.

Fino dagli albori della metodica scientifica, l’osservazione e la vista hanno giocato un ruolo fondamentale. La patologia è una scienza visiva, dove le forme, i colori, le interfacce e le architetture di organi, tessuti, cellule e componenti cellulari guidano l’occhio del patologo e ne indirizzano la scelta diagnostico-classificativa. L’osservazione del preparato istologico in microscopia ottica si attua mediante l’esame e la caratterizzazione di anomalie ad ingrandimenti progressivamente crescenti, a diverse scale spaziali, che partono dalla valutazione dell’assetto architettonico sovracellulare, per poi spostarsi ad investigare e descrivere le cellule e le peculiarità citomorfologiche delle stesse. A differenza di altri esami di laboratorio che sono pienamente quantificabili, l’analisi istologica è intrinsecamente soggettiva, e quindi incline ad un alto grado di variabilità nei risultati prodotti da differenti patologi. L’analisi d’immagine, l’estrazione da un’immagine digitale di contenuti utili, rappresenta una metodica oggettiva, valida e robusta ormai largamente impiegata a completamento del lavoro del patologo. Si sottolinea come l’analisi d’immagine possa essere vista come fase descrittiva quantitativa di preparati macroscopici e microscopici che poi viene seguita da una interpretazione. Nuovamente si sottolinea come questi descrittori siano oggettivi, ripetibili e riproducibili, e non soggetti a bassa concordanza inter operatore. La presente tesi si snoda attraverso un percorso concettuale orientato ad applicazioni di analisi d’immagine e patologia quantitativa che parte dalle applicazioni più elementari (densità, misure lineari), per arrivare a nozioni più avanzate, quali lo studio di complessità delle forme mediante l’analisi frattale e la quantificazione del pattern spaziale di strutture sovracellulari.
Until the dawn of the scientific method, observation was pivotal. Pathology is a visual science, where the forms, colors, interfaces and architectures of organs, tissues, cells and cell components direct the diagnosis. The observation of the histological preparation in optical microscopy is implemented through the examination and characterization of anomalies at progressively higher magnifications, at different spatial scales, which start from the evaluation of sovracellular architecture, then move to investigate and describe the cells and cytological fetures. In contrast to other laboratory tests that are quantitative, histological analysis is inherently subjective, and therefore prone to a high degree of variability in the results produced by different pathologists. The image analysis, extraction from a digital image of meaningful content, is an objective and robust method, now widely used to aid the pathologist. Should be stressed that image analysis can be seen as a quantitative descriptor of macroscopic and microscopic specimens, followed by an interpretation (the diagnosis). This thesis unfolds through different applications of image analysis and quantitative pathology that starts with the most basic applications (density, linear measurements), to get to more advanced concepts, such as the study of the complexity of shapes by the ' fractal analysis and quantification of the spatial patterns of sovracellular structures.

Fino dagli albori della metodica scientifica, l’osservazione e la vista hanno giocato un ruolo fondamentale. La patologia è una scienza visiva, dove le forme, i colori, le interfacce e le architetture di organi, tessuti, cellule e componenti cellulari guidano l’occhio del patologo e ne indirizzano la scelta diagnostico-classificativa. L’osservazione del preparato istologico in microscopia ottica si attua mediante l’esame e la caratterizzazione di anomalie ad ingrandimenti progressivamente crescenti, a diverse scale spaziali, che partono dalla valutazione dell’assetto architettonico sovracellulare, per poi spostarsi ad investigare e descrivere le cellule e le peculiarità citomorfologiche delle stesse. A differenza di altri esami di laboratorio che sono pienamente quantificabili, l’analisi istologica è intrinsecamente soggettiva, e quindi incline ad un alto grado di variabilità nei risultati prodotti da differenti patologi. L’analisi d’immagine, l’estrazione da un’immagine digitale di contenuti utili, rappresenta una metodica oggettiva, valida e robusta ormai largamente impiegata a completamento del lavoro del patologo. Si sottolinea come l’analisi d’immagine possa essere vista come fase descrittiva quantitativa di preparati macroscopici e microscopici che poi viene seguita da una interpretazione. Nuovamente si sottolinea come questi descrittori siano oggettivi, ripetibili e riproducibili, e non soggetti a bassa concordanza inter operatore. La presente tesi si snoda attraverso un percorso concettuale orientato ad applicazioni di analisi d’immagine e patologia quantitativa che parte dalle applicazioni più elementari (densità, misure lineari), per arrivare a nozioni più avanzate, quali lo studio di complessità delle forme mediante l’analisi frattale e la quantificazione del pattern spaziale di strutture sovracellulari.
Until the dawn of the scientific method, observation was pivotal. Pathology is a visual science, where the forms, colors, interfaces and architectures of organs, tissues, cells and cell components direct the diagnosis. The observation of the histological preparation in optical microscopy is implemented through the examination and characterization of anomalies at progressively higher magnifications, at different spatial scales, which start from the evaluation of sovracellular architecture, then move to investigate and describe the cells and cytological fetures. In contrast to other laboratory tests that are quantitative, histological analysis is inherently subjective, and therefore prone to a high degree of variability in the results produced by different pathologists. The image analysis, extraction from a digital image of meaningful content, is an objective and robust method, now widely used to aid the pathologist. Should be stressed that image analysis can be seen as a quantitative descriptor of macroscopic and microscopic specimens, followed by an interpretation (the diagnosis). This thesis unfolds through different applications of image analysis and quantitative pathology that starts with the most basic applications (density, linear measurements), to get to more advanced concepts, such as the study of the complexity of shapes by the ' fractal analysis and quantification of the spatial patterns of sovracellular structures.

La geometria frattale per mette un'analisi quantitativa della complessità strutturale di oggetti auto-somiglianti e con proprietà di invarianza a fattori di scala, come il cervello. Obiettivo di questo elaborato e l'analisi dell'indice di dimensione frattale (FD) delle strutture cerebrali e cerebellari di immagini di risonanza magnetica (RM) per valutarne la riproducibilità test-retest e la correlazione con l’età. A tale scopo sono stati selezionati alcuni dataset pubblici internazionali, ed è stata calcolata la FD della sostanza grigia (GM) e bianca (WM) di immagini segmentate con il software FreeSurfer mediante algoritmo di box-counting e regressione lineare con selezione automatica delle scale spaziali. L’analisi frattale è stata applicata alle immagini pesate in T1 acquisite a 3T dei dataset NKI_2 e Kirby_21 per lo studio della riproducibilità della FD e alle immagini pesate in T1 a 3T dei dataset NKI_2 e ICBM per lo studio della correlazione tra età e dimensione frattale; l'analisi è stata applicata anche a immagini 3T e 7T del dataset MMRR-3T7T per valutare l'indice FD a campo ultra alto. La correlazione risulta significativa per la GM cerebrale di NKI_2 (r = -0.71) e ICBM (r = -0.61) e per la WM cerebrale di NKI_2 (r = 0.72), mostrando che la complessità strutturale della corteccia cerebrale diminuisce con l'età. La correlazione per la GM cerebrale non è significativa se si utilizza per il calcolo della FD la scala fissa, mostrando che la scala automatica e un metodo migliore per valutare questo aspetto. La FD a 7T, rispetto ai valori calcolati a 3T, e più elevata per la GM e la WM cerebrale, mentre le scale spaziali a 7T sono inferiori per la GM del cervello, mostrando come esso possieda proprietà frattali fino a 0.7 mm.

Viene studiata una nuova metodologia di diagnostica, basata sull’analisi di dati derivanti dall’Emissione Acustica (EA), per lo studio della nucleazione e della propagazione di difetti durante prove di laboratorio su provino sotto carico e serbatoi in pressione. L’applicazione dell’analisi frattale al segnale di EA risulta particolarmente efficace e permette di identificare la distribuzione spaziale delle sorgenti stesse, esplicitandone la correlazione tra gli eventi. E’ così possibile ottenere molte informazioni associate al danneggiamento dei differenti casi studiati. L’intensità della sollecitazione, il danneggiamento del pezzo, o lo stato di fatica del materiale, sono parametri strettamente correlati con l’EA. La dimensione frattale (Dt) evolve con il carico (sigma) o la pressione (p) o con il numero di cicli (N). Le curve Dt-sigma, Dt-p o Dt-N risultano utili per l’individuazione della nucleazione e propagazione del difetto e per l’identificazione di una condizione di incipiente collasso della struttura. I risultati ottenuti mediante questa tecnica suggeriscono la possibilità d’individuare con anticipo la formazione della cricca, rispetto a tecniche sperimentali e/o teoriche.
A new experimental methodology was investigated for the evaluation of material damage by analyzing the behavior of several specimens under stress. The application of fractal analysis to Acoustic Emission (AE) signal resulted particularly effective it is possible to characterize the spatial distribution of the prime AE sources, and the relationship between different event of AE. In fact, it is possible to obtain several information, associated with the damage of the different tested materials. The intensity of the prime stress, or the state of fatigue, of the material, i.e. of the flaws that damaged the rheology of the material during its previous stress history, is closely related to AE. The fractal dimension (D) evolves altogether with the stress (sigma) or the pressure (p) or the number of fatigue cycles (N). D-sigma, D-p and D-N curves resulted useful for identifying the condition of incipient collapse or nucleation and propagation of the fatigue cracks. The results of such experimental technique suggest that it is possible anticipating the detection of the crack onset, relating to other theoretical and/or experimental techniques.

Il presente studio nasce dall'esigenza di conoscere ed analizzare con metodologie numeriche e sperimentali gli stati di sollecitazione (stress-shielding) indotti dal chiodo "Expert Tibial Nail" della Synthes nella tibia nei diversi tipi di montaggio (statico - dinamico). I risultati ottenuti hanno consentito di evidenziare lo stato deformativo dell'osso e le zone critiche in cui si verificano pericolose concentrazioni di sollecitazione. Essi pertanto forniscono interessanti spunti al fine di una ottimizzazione dei criteri progettuali dei sistemi endomidollari utilizzati in ambito clinico per le fratture diafisarie della tibia.

Il presente lavoro di tesi è incentrato sull’analisi di fatica e di propagazione della cricca in un provino di alluminio tramite il software Ansys, allo scopo di verificare la validità di tale strumento nel valutare la capacità del metallo a resistere allo stato di danneggiamento che nasce durante le prove cicliche di trazione. Infatti, un ruolo determinante nella vita a fatica di un materiale è rappresentato dalla cricca stessa: essa ha origine in una zona critica del componente che, in seguito a una continua azione di tensioni cicliche, comincia a propagarsi con il rischio di una rottura totale. Il provino in esame, oltre ad avere uno spessore tipico dei pannelli aerei, presenta anche un intaglio, una brusca variazione di forma che costituirà la sede preferenziale per l'innesco della cricca. La fase iniziale di innesco della cricca è totalmente trascurata, poiché l’attenzione è rivolta ai cambiamenti macroscopici del difetto. Inizialmente vengono introdotti i concetti di fatica di un materiale e il metodo degli elementi finiti, con particolare attenzione al software Ansys. Si procede poi a confrontare il provino con intaglio con uno perfettamente integro per discutere le diverse impostazioni all’interno del software per condurre le prove a fatica. L'analisi di fatica è eseguita secondo un approccio Stress-Life, mentre l'analisi di propagazione è effettuata seguendo i concetti propri della MFLE (Meccanica della Frattura Lineare Elastica). Infine vengono discussi i risultati della prova e le problematiche riscontrate durante la simulazione numerica.

La riduzione della frattura distale del radio mediante placche e viti è un’operazione chirurgica che consiste nell’andare a ricostruire la corretta anatomia della sezione distale del radio attraverso l’utilizzo di una placca e tante viti, corticali e a stabilità angolare, necessarie a tenere fermi i diversi frammenti. Tale metodologia è quella maggiormente utilizzata al giorno d’oggi ma presenta diversi fattori che possono contribuire allo sviluppo di patologie provocate da un suo non corretto inserimento o contribuire al suo fallimento. Conseguenza diretta di questo è la ricerca di metodologie alternative di riduzione della frattura distale del radio al fine di scongiurare numerose problematiche legate alla metodologia standard. Il presente lavoro nasce dalla necessità di mettere a punto un metodo per la caratterizzazione biomedicale in vitro di ricostruzioni di fratture distali del radio ovvero definire una procedura standard necessaria a confrontare la tecnica di ricostruzione comunemente utilizzata con tecniche innovative e, attraverso una analisi prima visiva e poi analitica, andare a trarre conclusioni su quale delle tecniche sotto indagine è la migliore.