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Ricerche in: Ingegneria Civile
Ingegneria Medica
Progetto e ottimizzazione di sistemi di attuazione in leghe a memoria di forma per dispositivi protesici
... Principali prodotti: Brevetto Europeo: Perni F, Pizzoni L, Vairo G, Enrico AC, Porena M (2011). Artificial sphincter based on shape memory alloys. EP 2409668, Umbra Cuscinetti S.p.A. http://www.freepatentsonline.com/EP2409668.html
Progetto e ottimizzazione di sistemi di attuazione in leghe a memoria di forma per dispositivi protesici
... Principali prodotti: Brevetto Europeo: Perni F, Pizzoni L, Vairo G, Enrico AC, Porena M (2011). Artificial sphincter based on shape memory alloys. EP 2409668, Umbra Cuscinetti S.p.A. http://www.freepatentsonline.com/EP2409668.html
Modellazione ed analisi del comportamento biomeccanico di stent intravascolari. Valutazione dell'interazione con i tessuti vasali ed analisi delle prestazioni cliniche per stent tradizionali ed a rilascio di farmaco.
L'aterosclerosi rappresenta una delle principali cause di ischemia che, in relazione al sito della lesione vascolare, può interessare diversi distretti corporei. La patologia aterosclerotica, caratterizzata dalla riduzione del lume vasale a seguito dell'accumulo di depositi (principalmente lipidici) sulle pareti interne dell'arteria, può essere trattata e risolta mediante tecniche endovascolari minimamente invasive (angioplastica-stenting) che ripristinano il lume vasale attraverso lo schiacciamento della placca occlusiva e la dilatazione locale dell'arteria, impiegando dispositivi meccanici detti stent. Lo stent, fatto espandere all'interno del vaso, svolge da un lato una funzione di sostegno meccanico tesa a minimizzare il ritorno elastico dei tessuti nella fase seguente al trattamento angioplastico, e dall'altro favorisce la cicatrizzazione dell'arteria trattata, sigillando dissezioni e trattenendo frammenti fibrosi della placca occlusiva. Tuttavia, in molti casi e dipendentemente dall'interazione biomeccanica stent-tessuto, si assiste ad un processo di restensosi (cioè di riocclusione). Al fine di ridurre tali rischi sono stati recentemente introdotti dispositivi a rilascio locale di farmaco (DES: Drug Eluting Stents) il cui effetto è quello di inibire/rallentare i meccanismi connessi alla cicatrizzazione della lesione. Fattori biomeccanici determinanti in questo contesto sono: la geometria, la riposta costitutiva e lo stato fisiologico del vaso; la geometria, il comportamento meccanico dello stent; la procedura clinica di impianto; (per i DES) la tipologia di farmaco e le sue propriet' di rilascio. La ricerca quindi si propone di fornire contributi originali nei seguenti ambiti: risposta costitutiva di tessuti vasali; influenza dei parametri di forma e costitutivi degli stent sull'interazione biomeccanica vaso-dispositivo; processi di trasporto di massa all'interno dei tessuti vasali nel caso di DES; caratterizzazione dei parametri meccanici dominanti nei processi di restenosi; criteri di scelta e progettazione di stent innovativi e di scelta ottima del farmaco nei DES. Principali prodotti scientifici: Maceri F, Marino M, Vairo G (2012). Age-dependent arterial mechanics via a multi scale elasticapproach. International Journal for Computational Methods in Engineering Science and Mechanics 14(2), doi: 10.1080/15502287.2012.744114. Marino M, Vairo G (2012). Histology-based arterial mechanics: multiscale modeling of age-dependent tissue remodeling. Proc. 3rd Congresso f National Group of Bioengineering GNB 2012, Italy. ISBN: 978-88-555-3182-5 Vairo G, Cioffi M, Cottone R, Dubini G, Migliavacca F (2010). Drug release from coronary eluting stents: A multidomain approach. Journal of Biomechanics 43: 1580-1589. Costantini S, Maceri F, Vairo G (2008). A drug release model for coronary eluting stents. Proc. XVII National Conference of Computational Mechanics GIMC 08, Italy. Dottori S, Flamini V, Maceri F, Vairo G (2006). Analisi del comportamento biomeccanico di stent: un approccio agli elementi finiti. Proc. XXXV National Congress Italian Association Analysis of Stresses AIAS 2006, Italy.
Progetto e sviluppo di un citometro ad impedenza di nuova generazione (Progetto Europeo DIMID http://www.dimid-project.eu/)
Questa attività di ricerca è finalizzata alla progettazione, simulazione ed ottimizzazione di un citometro ad impedenza dal design innovativo. I citometri ad impedenza sono dispositivi microelettronici che consentono di discriminare differenti tipi di cellule attraverso la spettroscopia dielettrica. Tra i numerosi settori applicativi figurano l'ematologia, la parassitologia, gli studi di citotossicità e l'identificazione delle cellule staminali. Da sinistra: chip di un citometro ad impedenza commerciale; rappresentazione schematica: (a) dispositivo tradizionale, (b) dispositivo innovativo Il cuore di un citometro tradizionale è costituito da un canale in cui scorre un fluido che trasporta singole cellule. Sulle pareti del canale sono integrate due coppie di elettrodi affacciati tra i quail viene generato un campo elettrico. Quando una cellula passa nella regione tra due elettrodi, perturba il campo elettrico presente e determina una variazione di impedenza che dipende dalle propriet' dielettriche e geometriche della cellula. Il dispositivo originale proposto si ispira ai principi della Tomografia Elettrica ad Impedenza: le due coppie di elettrodi affacciati sono sostituite da due array di elettrodi. Ciò consente una versatilità nei pattern di stimolazione e misura che migliora le prestazioni del dispositivo. In particolare, le capacità di discriminazione risultano aumentate in virtù della sensibilità del dispositivo alla forma della cellula. Inoltre, il funzionamento in bassa frequenza non è alterato dall'impedenza degli elettrodi presenti, della quale invece risentono i citometri classici. Le problematiche affrontate nello sviluppo del dispositivo riguardano sia aspetti tecnologici (strumentazione elettronica, sistemi di misura), sia aspetti analitico-scientifici (modellazione agli elementi finiti, soluzione di problemi inversi). F. Caselli, P. Bisegna, F. Maceri (2009), Microfluidic dielectric spectros cytometer: modeling and optimization. Proc. of the IV International Conference on Computational Bioengineering, September 16-18 2009, Bertinoro (FC) Italy Modellazione del dispositivo. Da sinistra: discretizzazione in elementi finiti; modelli geometrici di alcuni tipi cellulari (eritrocita, echinocita)
Bioingegneria della Ventilazione Artificiale dei polmoni: sistema avanzato per l'ottimizzazione del processo ventilatorio
The present research has been conceived and developed at the "Laboratorio Sperimentale Policentrico di Ingegneria Medica" dell'Universit? degli Studi di Roma 'Tor Vergata' to carry out an Advanced Lung Ventilation System (ALVS) properly designed for the optimization of conventional dual-controlled ventilation (DCV), i.e. pressure-controlled ventilation with ensured tidal or minute volume. Considering the particular clinical conditions of patients treated with controlled ventilation, the analysis and synthesis of ALVS control have been performed assuming a linear respiratory mechanics. Moreover, new airways pressure waveforms with more physiological shape have been tested on simulators of respiratory system in order to evaluate their clinical application. This has been obtained through the implementation of a compensation procedure making the desired airways pressure waveform independent on patient airways resistance and lung compliance variations along with a complete real-time monitoring of respiratory system parameters leading the ventilator setting. The experimental results obtained with a lung simulator agree with the theoretical ones and show that ALVS performance is useful for the research activity aiming at the improvement of both diagnostic evaluation and therapeutic outcome relative to mechanical ventilation treatments.The monitoring display of Advanced Lung Ventilation System The assembling of Advanced Lung Ventilation SystemPubblicazioni:F. Montecchia et al., "Advanced lung ventilation system (ALVS) with linear respiratory mechanics assumption for waveform optimization of dual-controlled ventilation", Medical Engineering & Physics 29 (2007) 259-276.F. Montecchia, "Sistemi di controllo per processi fisiopatologici - Parte Prima: Teoria", Automazione e Strumentazione 7 (2004) 101-106.F. Montecchia, "Sistemi di controllo per processi fisiopatologici - Parte Seconda: Sperimentazione", Automazione e Strumentazione 8 (2004) 135-138.F. Montecchia, "Ventilazione Artificiale - Teoria e Tecnica", Tor Vergata University of Rome Medical Physics Series, Franconi ed., Monograph N. 8 (2003) 263 pagg.F. Grianti, F. Montecchia, C. Moretti, "Nozioni di fisica essenziali alla ventilazione meccanica", nel volume "Disturbi respiratori del neonato: dalla patogenesi alla terapia", Masson ed., (2002) 101-112.F. Montecchia, A. Canichella, A. F. Sabato, "Hardware programmabile per applicazioni cliniche", Automazione e Strumentazione 4 (2002) 2-11.F. Grianti, F. Montecchia, C. Moretti, "Controllo della ventilazione per applicazioni cliniche", Automazione e Strumentazione 6 (1997) 137-144.F. Grianti, F. Montecchia, "Ventilazione meccanica dei polmoni", Automazione e Strumentazione 10 (1997) 209-213.F. Grianti, F. Montecchia, L. Di Bari, M. Baldassarri, "A versatile mechanical ventilator (DIGIT) with a high flow stability and a programmable flow pattern of the inspiratory phase", IEEE Trans. Biomed. Eng. 43 (1996) 1062-1072.F. Grianti, F. Montecchia, "Respiratore programmabile per ventilazione controllata ed assistita", Automazione e Strumentazione 3 (1996) 119-127.F. Grianti, F. Montecchia, F. Bersani, C. Moretti, "Applicazione di una particolare valvola proporzionale nella respirazione artificiale", Controllo di Processo 3 (1995) 33-38.F. Grianti, F. Montecchia, F. Bersani, "Valvola proporzionale pneumatica per respiratori artificiali", Automazione e Strumentazione 9 (1995) 115-123.
Rivelatori per l'imaging bio-medico: funzionalit? e potenzialit? in medicina nucleare di nuovi scintillatori
A large deal of interest has been devoted in recent years to investigate new kinds of scintillators for various applications. In particular, the diffusion of the PET (Positron Emission Tomography) and SPECT (Single Photon Emission Computerized Tomography) techniques has motivated the development of new scintillators to match the needed requirements such as high light yield or fast decay time for SPECT and PET application, respectively.A high density of the scintillator is necessary in PET due to higher energy of annihilation photons (511 keV) as well as in SPECT to obtain 80-90% efficiency with a reduction of the crystal thickness. In PET a high efficiency implies the use of small length crystal to avoid 50% coincidence efficiency and to reduce parallax error; also a short decay time is a very important requirement in PET in order to allow good coincidence time resolution. Moreover, a low afterglow of the crystal is important to obtain a high counting rate. The new generation of Cerium doped scintillators, like LaCl3:Ce, LuI3:Ce and mainly LaBr3:Ce are often considered the best materials to be utilized in both SPECT and PET techniques.Cerium trihalides, as typical rare-earth trihalides scintillator, generally show excellent scintillation properties, thus they can be considered for application in various fields and in particular in PET.The present research has been carried out at sea level in the "Laboratorio Sperimentale Policentrico di Ingegneria Medica" dell'Università  degli Studi di Roma 'Tor Vergata' and deep underground at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso of the I.N.F.N.. The scintillation features of a relatively "large" CeCl3 has been investigated together with the alpha/beta ratio, the alpha/beta discrimination capability and the main radioactive contaminations.The underground apparatus containing the scintillator detectorA typical SPECT image obtained by Maximum Intensity ProjectionPubblicazioni:F. Cappella, A. d'Angelo, F. Montecchia, "Performances and potential of a CeCl3 scintillator", Nuclear Instruments & Methods in Physics Research A 618 (2010) 168-175; doi: 10.1016/j.nima.2010.02.105.
Bioingegneria della colonna vertebrale: risposta del disco intervertebrale ad ablazione con radiofrequenza
La ricerca si propone lo scopo di ottimizzare e validare sperimentalmente la procedura clinica di ablazione con radiofrequenze (RF) del nucleo polposo discale affetto da patologie che determinano un aumento sintomatologico della sua pressione interna. Per tale obiettivo ? stato sviluppato e messo a punto, presso il Laboratorio Sperimentale Policentrico di Ingegneria Medica dell'Universit? degli Studi di Roma 'Tor Vergata', un apposito sistema sperimentale integrato efficace per test su colonne vertebrali suine. Tale sistema si ? dimostrato idoneo sia per testare le caratteristiche funzionali di un generatore a RF che consente l'ablazione sia per monitorare, tramite sensori a fibra ottica, e valutare durante l'ablazione stessa i parametri pressione, temperatura e biodinamici. Il disco intervertebrale   Ablazione del nucleo polposo discale mediante radiofrequenza      
Modellazione del comportamento biomeccanico di cure dentali endocanalari e interazioni dente-osso
Il restauro di denti curati attraverso trattamento endodontico, i.e. di quei denti affetti da carie penetrante, rappresenta una delle problematiche di maggior sviluppo nell'ambito della moderna pratica dentistica riabilitativa. La tendenza attuale da un punto di vista clinico è quella di sviluppare tecniche e tecnologie tali da preservare un dente malato anche quando la corrispondente cura endocanalare lascia una struttura residua esigua. Per far ciò è però necessario sostituire alle tecniche classiche di intervento metodologie e materiali che consentano di evitare condizioni di sovrasollecitazione dei tessuti sani residui e nel contempo essere in grado di consentire il recupero della funzionalità masticatoria per il paziente. La corretta modellazione dei fenomeni di interazione elastica fra i materiali impiegati per il restauro, le strutture composite di rinforzo, gli elementi protesici ed i tessuti sani, appare pertanto un elemento essenziale per la corretta valutazione delle prestazioni di metodologie di restauro innovative. La ricerca in oggetto ha come obiettivo quello di mettere a punto modelli analitici e numerici che consentano di descrivere il comportamento biomeccanico di denti curati attraverso trattamenti endocanalari, oltre che mettere a punto metodologie di calcolo e criteri di progettazione dell'intervento, tenendo in conto gli effetti di alterazione del bilanciamento naturale in relazione alle interazioni con l'osso. L'alterazione del bilanciamento biomeccanico naturale del sistema accoppiato dente-osso, connesso attraverso un tessuto liquido-fibroso rappresentato dal legamento periodontale a forte comportamento non-lineare da un punto di vista di risposta meccanica, induce infatti un'alterazione della distribuzione locale degli stati di tensione e di deformazione nelle strutture proteiche e di rinforzo coinvolte. Ciò può produrre variazioni delle condizioni funzionali e degli stati di usura delle articolazioni temporo-mandibolari, oltre che l'innesco di fenomeni di rimodellamento osseo anomalo a livello locale. Principali prodotti scientifici: Cappelloni I, Montanari R, Vairo G (2010). Mapping tooth mechanical properties by FIMEC tests. Proc. 17th Congress of the European Society of Biomechanics ESB 2010. Edinburgh (UK) Maceri F, Marino M, Vairo G (2010). Nano-micro-macro constitutive modelling of collagenous fibers in periodontal ligament and muscle-tendon units. Proc. XXXIX Natioonal Congress Italian Association for the Analysis of Stresses AIAS 2010, Italy. Maceri F, Martignoni M, Vairo G (2009). Optimal mechanical design of anatomical post-systems for endodontic restoration. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 12(1):59-71. Maceri F, Martignoni M, Vairo G (2007). Mechanical behaviour of endodontic restorations with multiple prefabricated posts: A finite element approach. Journal of Biomechanics 40(11):2386-2398. Maceri F, Vairo G (2007). Un modello discreto non-lineare per l'analisi biomeccanica del legamento parodontale. Proc. XXXVI Congress Italian Association Analysis of Stresses AIAS 2007, Italy. Maceri F, Martignoni M, Vairo G (2006). Finite element analysis of a fibre-reinforced anatomical post compound for endodontic treatments. Proc. 5th World Congress of Biomechanics 2006, Germany. Journal of Biomechanics 39(S1), S205-206. Vairo G. Modellazione geometrica di interventi odontoiatrici per la simulazione del comportamento meccanico di denti curati. Proc. Conference of Italian Society for Computer Simulation (ISCS), Italy. Ed. Cuen,177-186, 2005.
Biomeccanica di impianti dentali endossei ed interazioni con l'osso di impianto
Gli impianti dentali endossei sono largamente utilizzati nella riabilitazione di pazienti edentuli e l'analisi di numerosi casi clinici ha messo in evidenza come il loro fallimento è generalmente associato all'indebolimento e riassorbimento dell'osso peri-implantare. Ciò può essere indotto, sotto condizioni di occlusione funzionale, da uno scorretto meccanismo di trasmissione del carico tra impianto ed osso, causa di concentrazioni di tensione e deformazione all'interfaccia peri-implantare che possono impedire (rallentare) il processo di osteointegrazione e/o attivare un processo biologico di riassorbimento osseo. Fattori biomeccanici determinanti in questo contesto sono: il tipo di carico, la geometria ed i materiali di impianto e protesi, la natura dell'interfaccia osso-impianto, la geometria e le propriet' meccaniche dell'osso peri-implantare. La ricerca si propone di fornire contributi scientifici significativi nei seguenti ambiti: modellazione, valutazione ed analisi dell'influenza dei parametri di forma e costitutivi di impianti osteointegrati sui meccanismi di tramissione di carico e di interazione biomeccanica; modellazione, valutazione ed analisi dell'influenza delle geometrie di filettatura e delle condizioni di carico; modellazione, valutazione ed analisi dell'influenza delle propriet' meccaniche dell'osso di impianto e dell'anatomia del segmento di intervento, tenendo conto di effetti di disomogeneità ed anisotropia; sviluppo di criteri di scelta e progettazione di impianti dentali innovativi; modellazione ed analisi dei processi di osteointegrazione e rimodellamento osseo indotti da impianti dentali endossei. Principali prodotti scientifici: Baggi L, Pastore S, Di Girolamo M, Vairo G (2013). Implant-bone load transfer mechanisms in full-arch prostheses supported by four implants: A three-dimensional finite element approach. Journal of Prosthetic Dentistry 109: 9-21. Vairo G, Pastore S, Di Girolamo M, Baggi L (2011). Stress Distribution on Edentulous Mandible and Maxilla Rehabilitated by Full-Arch Techniques: A Comparative 3D Finite-Element Approach. In: Implant Dentistry - A Rapidly Evolving Practice. pp. 191-216, Rijeka: InTech Publisher, ISBN: 978-953-307-658-4, doi: 10.5772/19151 Vairo G, Pastore S, Baggi L (2011). Stress-based evaluation of full-arch dental rehabilitations. Proc.XL National Congress Italian Association Analysis of Stresses AIAS 2011, Italy. Sannino G, Marra G, Feo L, Vairo G, Barlattani A (2010). 3D finite element non linear analysis on the stress state at bone-implant interface in dental osteointegrated implants. Oral &  Implantology  3: 26-37, ISSN: 1974-5648. Barlattani A, Feo L, Marra G, Sannino G, Vairo G (2009). Analisi agli elementi finiti 3D dell'interazione biomeccanica osso-impianto in impianti dentali osseointegrati. Proc. XXXVIII National Congress Italian Association Analysis of Stresses AIAS 2009, Italy. Baggi L, Cappelloni I, Maceri F, Vairo G (2008). Stress-based performance evaluation of osseointegrated dental implants by finite-element simulation. Simulation Modeling Practice & Theory 16(8):971-987. Baggi L, Cappelloni I, Di Girolamo M, Maceri F, Vairo G (2008). The influence of implant diameter and length on stress distribution of osseointegrated implants related to crestal bone geometry: A 3D finite element analysis. The Journal or Prosthetic Dentistry 100(6):422-431. Baggi L, Cappelloni I, Maceri F, Vairo G (2007). Three-dimensional finite-element analysis of osseointegrated dental implants. Proc. 6th International EUROSIM Congress 2007, Slovenia.
La stima dell'ora della morte mediante il metodo termometrico
Al ritrovamento del cadavere di un individuo deceduto in assenza di testimoni, si impone la domanda: "Quanto tempo ? trascorso dal decesso?" Pur nella semplicit? della sua formulazione, si tratta di una delle questioni pi' importanti e pi' difficili cui il medico legale ? chiamato a rispondere. Il principale interesse nasce nell'ambito della giustizia penale: una conoscenza tempestiva e ragionevolmente accurata dell'ora della morte aiuta gli investigatori ad indirizzare le indagini. Altri motivi di interesse verso la stima dell'ora della morte si presentano nell'ambito del diritto civile. Ad esempio, in caso di morte, a breve distanza di tempo, di coniugi o fratelli, la determinazione della successione temporale dei decessi pu? avere l'importante implicazione di spostare un asse ereditario.Sono disponibili numerosi metodi per stimare l'epoca della morte (EDM). Essi si fondano sull'analisi del grado di avanzamento dei fenomeni abiotici consecutivi e/o dei fenomeni positivi. Misurando il valore di un certo parametro biochimico o biofisico nel cadavere, la stima del tempo trascorso dall'exitus si ottiene dalla valutazione del valore di tale parametro nel vivente e del suo tasso (o processo) di variazione nel cadavere. La difficolt? nasce dalla dispersione che ogni parametro presenta nel vivente e dalla marcata dipendenza del suo tasso di variazione nel periodo post-mortale dalle condizioni in cui il cadavere si trova. A titolo di esempio, fenomeni utili nella stima dell'EDM includono: algor mortis (misure di temperatura); rigor mortis (presenza, stadio, nuova formazione dopo rottura); livor mortis (presenza, estensione, migrabilit? completa o parziale); analisi del contenuto gastrico (identificazione della natura degli ingesti e valutazione dell'avanzamento del processo di digestione e del transito); alterazioni strutturali dei tessuti (valutazioni istologiche). Ciascuna di tali metodiche ha un ben preciso ambito di applicazione. Differenti metodologie dovranno essere utilizzate a seconda della minore o maggiore ampiezza presunta dell'intervallo di tempo intercorso fra la morte e l'esame del corpo. E' stata inoltre riconosciuta l'opportunit? di un utilizzo integrato di differenti metodi.Questa ricerca concerne la stima dell'EDM basata sull'algor mortis. Viene sviluppata e validata una procedura che consente l'applicazione del metodo termometrico in situazioni fino ad ora escluse dall'utilizzo di tale metodo, quali la presenza di variazioni repentine della temperatura ambientale, dovute ad esempio al trasporto del cadavere, ovvero all'attivazione automatica di impianti di condizionamento.Figura: Curva di raffreddamento. Effetto di disturbo: variazione repentina in aumento della temperature ambiente (curva a tratti). Misura sperimentale: curva blu. Misura depurata dell'effetto di disturbo: curva rossa.Pubblicazioni: P. Bisegna, C. Henssge, L. Althaus, G. Giusti, Estimation of the time since death: Sudden increase of ambient temperature, Forensic Sci. Int. 176:196-199, 2008.P. Bisegna, V. Caruso, La stima dell'ora della morte. In Trattato di Medicina Legale e scienze affini, Direttore G. Giusti, cap. LXVIII, CEDAM, 2009.
Conduzione elettrica nei tessuti biologici: modellazione micromeccanica ed applicazioni diagnostiche
La tomografia ad impedenza elettrica è una tecnica diagnostica non invasiva che trova applicazione in numerosi campi della Medicina. Essa rende possibile la stima di grandezze morfologiche e funzionali di interesse diagnostico sulla scorta di misurazioni bioimpedenziometriche. Tale stima ? attualmente basata su schemi e modelli semplificati, solo parzialmente soddisfacenti. Ciò motiva la presente ricerca, i cui obiettivi possono essere cos? schematicamente riassunti: raggiungere una razionale interpretazione del luogo sperimentale dello spettro di impedenza, in applicazione della teoria dell'omogeneizzazione, sulla base di un modello micromeccanico in grado di portare in conto i dettagli microstrutturali dei tessuti biologici; dedurre, mediante il procedimento matematico di limite, l'equazione che governa il problema omogeneizzato della conduzione della corrente elettrica in un tessuto biologico, nelle differenti condizioni di corrente sinusoidale od impulsiva; valutare criticamente la sensibilità e la specificità del metodo bioimpedenziometrico, in simulazione e sulla scorta del modello micromeccanico proposto; applicare l'equazione cos? ottenuta alla soluzione di problemi inversi di rilevante interesse diagnostico e clinico (ad esempio, la quantificazione delle eventuali aree di sofferenza o necrosi cellulare in un organo parenchimatoso che, nelle more dell'impianto, si trovi in ischemia fredda). Pubblicazioni: M. Amar, D. Andreucci, P. Bisegna, R. Gianni. Exponential asymptotic stability for an elliptic equation with memory arising in electrical conduction in biological tissues. Euro. Jnl of Applied Mathematics 20:431-459, 2009. M. Amar, D. Andreucci, P. Bisegna, R. Gianni. Stability and memory effects in a homogenized model governing the electrical conduction in biological tissues, Journal of Mechanics of Materials and Structures 4:211-223, 2009. P. Bisegna, F. Caselli. A simple formula for the effective complex conductivity of periodic fibrous composites with interfacial impedance and applications to biological tissues. J. Phys. D: Appl. Phys. 41:115506 (13pp), 2008. M. Amar, D. Andreucci, P. Bisegna, R. Gianni. Applications of homogenization techniques to the electrical conduction in biological tissues, PAMM Proc. Appl. Math. Mech. 7:2010013-2010014, 2007. M. Amar, D. Andreucci, P. Bisegna, R. Gianni. On a hierarchy of models for electrical conduction in biological tissues, Math. Meth. Appl. Sci. 29:767-787, 2006. M. Amar, D. Andreucci, P. Bisegna, R. Gianni. Evolution and memory effects in the homogenization limit for electrical conduction in biological tissues, Mathematical Models and Methods in Applied Sciences 14:1261-1295, 2004. M. Amar, D. Andreucci, P. Bisegna, R. Gianni. Existence and uniqueness for an elliptic problem with evolution arising in electrodynamics, Nonlinear Analysis: Real World Applications 6: 367-380, 2005. M. Amar, D. Andreucci, P. Bisegna, R. Gianni. An elliptic equation with history, C. R. Acad. Sci. Paris, S?rie I 338: 595-598, 2004. M. Amar, D. Andreucci, P. Bisegna, R. Gianni. Homogenization limit for electrical conduction in biological tissues in the radio-frequency range, C. R. Mecanique 331: 503-508, 2003.
Il processo di fototrasduzione nel bastoncello della retina di vertebrato
La fototrasduzione ? il processo tramite il quale il segnale luminoso veicolato da un fotone viene convertito in segnale elettrico, adatto ad essere processato in sequenza dalle strutture nervose della retina, dei corpi genicolati laterali e della corteccia calcarina. Il processo di fototrasduzione ha luogo nei fotorecettori (coni e bastoncelli), attraverso una cascata enzimatica altamente regolata e spazialmente localizzata.I modelli disponibili di fototrasduzione, classicamente basati sull'ipotesi di concentrazioni spaziali uniformi di enzimi e substrati, non sono in grado di descrivere la fine dinamica spaziotemporale del fenomeno e non possono pertanto catturarne importanti conseguenze, quali la riduzione della variabilit? della risposta.Ci? motiva l'interesse verso modelli pi' sofisticati, razionalmente derivati da principi primi quali le equazioni della diffusione ed al tempo stesso gestibili dal punto di vista dell'analisi numerica. Tali modelli innovativi consentono di raggiungere una pi' profonda comprensione quantitativa del fenomeno, nonch? di suggerire e progettare nuovi esperimenti. I modelli sono formulati, analizzati dal punto di vista matematico, implementati in codici di calcolo, utilizzati per predire risultanze sperimentali e quindi valutati criticamente.L'obiettivo a lungo termine ? lo sviluppo di modelli di fototrasduzione accurati ed affidabili, utili nell'avanzamento della conoscenza fondamentale sul processo della fototrasduzione, archetipo del pi' generale processo della trasduzione del segnale: ci? offrirebbe una pi' solida base concettuale alla ricerca farmacologica. Salamandra, i bastoncelli della cui retina sono frequentemente utilizzati negli esperimentiSinistra: Immagine al microscopio elettronico a scansione dello strato dei fotorecettori nella retina di vertebrato. Destra: rappresentazione schematica della struttura di un bastoncello Esempi di reticoli utilizzati nelle simulazioni numeriche del processo di fototrasduzione