PROTOTIPI

 

SkanLab

Il sistema di scansione 3D SkanLab, realizzato in collaborazione con il Dipartimento di Scienze della vita e dell'ambiente dell'Università di Cagliari, consente la stima del volume dell'arto superiore.

Le variazioni del volume del braccio rappresentano il principale elemento diagnostico nel linfedema, spesso associato al tumore mammario.

Le tecniche attualmente utilizzate in ambito clinico, sono imprecise (antropometria), poco pratiche, o controindicate in presenza di lesioni cutanee (metodo dello spostamento d'acqua). Metodiche alternative, quali la volumetria optoelettronica all'infrarosso, sono generalmente costose e di limitato utilizzo.

SkanLab si propone come metodo rapido, non invasivo ed economico per la valutazione del volume dell'arto superiore.

Il sistema utilizza:

-       un sensore a luce strutturata Kinect (Microsoft, Redmond, WA, USA);

-       il software Skanect (Occipital, San Francisco, CA, USA)

-       il software MeshLab (Visual Computing Lab, Pisa, Italy);

Nel prototipo, rappresentato nell'immagine seguente, il sensore è montato su un supporto atto a compiere una rotazione di 360o attorno all'asse principale dell'arto. I tempi di rilevazione sono di circa 40 secondi.

La validazione della metodica è stata realizzata su un campione di 30 adulti dei due sessi, utilizzando la tecnica dello spostamento d'acqua come standard di riferimento (Buffa et al., 2015). L'accuratezza nella misurazione dell'arto superiore è risultata molto elevata: −9.9 mL (−0.6%) (LOA: −49.6 to 29.8 mL; −2.6% to 1.4%), con altissimi coefficienti di ripetibilità intra- e inter-rilevatore (ICC >0.99).

SkanLab si è dimostrato sensibile alle variazioni di volume nel linfedema allo stato latente, e dunque utile nella prevenzione e nel monitoraggio di interventi precoci. Per le sue caratteristiche di economicità e praticità, il sistema rappresenta un buon candidato per l'utilizzo nella pratica clinica, non presentando, tra l'altro, controindicazioni in pazienti con lesioni cutanee o problemi di motilità.

In associazione con tecniche bioimpedenziometriche, SkanLab può essere anche utilizzato nella valutazione regionale della composizione corporea.

Buffa R, Mereu E, Lussu P, Succa V, Pisanu T, Buffa F, Marini E. A new, effective and low-cost three-dimensional approach for the estimation of upper-limb volume. Sensors. 2015 26;15(6):12342-57.

 

Fotovoltaico

Fra i prototipi sviluppati dalla POEMA uno ha riguardato la progettazione e lo sviluppo di un pannello fotovoltaico a concentrazione, basato sull’utilizzo di lenti di Fresnel come elementi ottici principali e come generatori su celle fotovoltaiche a tripla giunzione. Il progetto è stato portato avanti in collaborazione con il laboratorio fotovoltaico di Sardegna Ricerche (http://www.sardegnaricerche.it/index.php?xsl=370&s=61524&v=2&c=6077&nc=1&sc=&o=1&t=3).

Il prototipo di pannello realizzato, utilizza 4 lenti di Fresnel con dimensioni di 200 x 200 mm, 4 omogeneizzatori a riflessione e 4 celle a tripla giunzione della Emcore (http://www.emcore.com/terrestrial-photovoltaics/terrestrial_solar_cells_and_receivers/) CTJ con una superficie quadrata di lato 10 mm ed una efficienza dichiarata a 500 Soli del 39,6%.

Nell'immagine sottostante mostriamo il pannello realizzato montato su un inseguitore Solare durante le fasi di test.

Scanner 3D

Il sistema di misura non a contatto 3D, denominato CRAWLER è stato studiato e sviluppato dalla POEMA su richiesta del Dipartimento di Medicina interna - Divisione di Farmacologia e Chemioterapia dell’Università degli studi di Pisa che si occupa di testare l’efficacia di farmaci anti-tumorali, sia con esperimenti pre-clinici che clinici in vitro ed in vivo.

I tumori sono inducibili nel topo mediante iniezione (intraperitoneale, intramuscolare, sottocutanea) di cellule tumorali. In questi modelli il principale parametro di valutazione dell’efficacia è il volume tumorale dei topi trattati rispetto ai controlli. Una volta che le cellule tumorali vengono inoculate, i ricercatori effettuano i trattamenti con i farmaci antitumorali da soli e in combinazione e seguono le fasi della crescita e  proliferazione tumorale nei topolini trattati, misurando giornalmente le variazioni della forma e delle dimensioni del tumore. Questa misura viene fatta generalmente utilizzando un calibro a scorsoio con il quale vengono misurati la lunghezza e la larghezza del tumore e dalle quali con la semplice formula matematica V=0.5xLxWxW con L lunghezza e W larghezza del tumore viene derivato il volume V della massa tumorale.

Questo tipo di  misura del volume, presenta numerosi errori che dipendono sia dall'approssimazione nel calcolo del volume, dallo strumento di misura utilizzato ma anche  dall'operatore stesso che la effettua. Si tratta infatti di misurare dei volumi molto piccoli, dell'ordine massimo di qualche centinaio di mm3  in cui la forma viene molto grossolanamente approssimata da un ellissoide di rivoluzione. Per calcolare questo volume vengono misurate solamente due dimensioni (L e W), approssimando l'altezza a quella della larghezza. I tumori hanno generalmente delle forme abbastanza irregolari per cui l'approssimazione di considerarli degli ellissoidi introduce errori nella misura del volume che possono essere dell'ordine del 20% e più. Il calibro a scorsoio ha una lettura millimetrica, con un nonio nel quale si può apprezzare visivamente il decimo di millimetro. Durante la misura con il calibro, le lunghezze da misurare vengono modificate dalla misura stessa, poiché si tratta di tessuti molli che possono venire deformati a seconda dalla pressione con cui si chiude il calibro stesso, introducendo errori dell'ordine del 5%. Inoltre l'operatore che effettua la misura  sceglie a priori la lunghezza e la larghezza del volume da misurare, per cui i valori registrati possono variare di diversi punti percentuali, non per un effettivo aumento o diminuzione del volume ma semplicemente per un diverso modo di considerare le dimensioni. .

 Descrizione dello scanner

Il sistema di misura mostrato nella figura seguente, è formato essenzialmente da tre parti:

  1. un sistema di illuminazione e proiezione di un pattern predefinito;
  2. un sistema ottico di lettura e acquisizione delle immagini;
  3. un sistema di elaborazione e produzione dei risultati della misura;

Il sistema di illuminazione e proiezione è costituito da un illuminatore a LED, da un pattern di linee e da un obiettivo di proiezione mentre il sistema ottico di lettura e acquisizione delle immagini è costituito da una camera digitale e da un obiettivo macro come mostrato nella foto sottostante che mostra il CRAWLER aperto.

Il sistema di elaborazione e produzione dei risultati della misura ha il compito di fare la ricostruzione 3D e la misura del volume dell’oggetto fotografato. Nell'immagine sottostante mostriamo la schermata del software di controllo ed elaborazione del CRAWLER

Naturalmente lo strumento può avere svariate tipologie di applicazioni, visto che sarà in grado di misurare i volumi esterni di qualunque tipologia di forma e massa, come ad esempio quella dei nei, dei porri o delle rughe della cute umana.

 

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