Light-sheet microscopy: a tutorial

This paper is intended to give a comprehensive review of light-sheet (LS) microscopy from an optics perspective. As such, emphasis is placed on the advantages that LS microscope configurations present, given the degree of freedom gained by uncoupling the excitation and detection arms. The new imaging properties are first highlighted in terms of optical parameters and how these have enabled several biomedical applications. Then, the basics are presented for understanding how a LS microscope works. This is followed by a presentation of a tutorial for LS microscope designs, each working at different resolutions and for different applications. Then, based on a numerical Fourier analysis and given the multiple possibilities for generating the LS in the microscope (using Gaussian, Bessel, and Airy beams in the linear and nonlinear regimes), a systematic comparison of their optical performance is presented. Finally, based on advances in optics and photonics, the novel optical implementations possible in a LS microscope are highlighted.Peer ReviewedPostprint (published version

Application of wearable sensors in actuation and control of powered ankle exoskeletons: a Comprehensive Review

Powered ankle exoskeletons (PAEs) are robotic devices developed for gait assistance, rehabilitation, and augmentation. To fulfil their purposes, PAEs vastly rely heavily on their sensor systems. Human–machine interface sensors collect the biomechanical signals from the human user to inform the higher level of the control hierarchy about the user’s locomotion intention and requirement, whereas machine–machine interface sensors monitor the output of the actuation unit to ensure precise tracking of the high-level control commands via the low-level control scheme. The current article aims to provide a comprehensive review of how wearable sensor technology has contributed to the actuation and control of the PAEs developed over the past two decades. The control schemes and actuation principles employed in the reviewed PAEs, as well as their interaction with the integrated sensor systems, are investigated in this review. Further, the role of wearable sensors in overcoming the main challenges in developing fully autonomous portable PAEs is discussed. Finally, a brief discussion on how the recent technology advancements in wearable sensors, including environment—machine interface sensors, could promote the future generation of fully autonomous portable PAEs is provided

Performance study of Kalman Filter track reconstruction algorithms in the FOOT experiment

Il progresso tecnologico ha portato all'evoluzione delle tecniche di radiazione oncologica, tra cui spicca il trattamento di adroterapia, che utilizza particelle cariche come protoni e ioni C. Il vantaggio rispetto alla radioterapia convenzionale, è la peculiare curva di rilascio di dose di particelle cariche nei tessuti, che presenta un massimo localizzato (picco di Bragg) alla fine del cammino. L'obiettivo di un trattamento adroterapico è la localizzazione della massima dose nel volume tumorale con minimo rilascio di dose nei tessuti sani circostanti. Oggigiorno, il Treatment Planning System (TPS) non considera appieno gli eventi di frammentazione, sia del bersaglio di materia organica nel caso di fasci di protoni, sia del proiettile in caso di ioni pesanti. Questo può portare alla sottostima della dose rilasciata negli organi a rischio, compromettendo l'efficacia del trattamento. Il nuovo esperimento FOOT (FragmentatiOn Of Target) si incarica di ricavare dati sperimentali sulla sezione d'urto dei frammenti prodotti nell'interazione tra particelle cariche (protoni e ioni pesanti come C, He e O) e tessuti biologici alle energie di 200-400 MeV/u. Questi dati saranno essenziali sia per il miglioramento dei trattamenti di adroterapia, sia per lo studio e l'ottimizzazione di meccanismi di radioprotezione per gli astronauti in orbita. L'apparato di FOOT consiste in un sistema di tracking in campo magnetico ad alta precisione ed utilizzando l'approccio di cinematica inversa, permette il calcolo della sezione d'urto differenziale di frammentazione nucleare con un'incertezza minore del 5%. La ricostruzione delle tracce si basa sul software SHOE (Software for Hadrontherapy Optimization Experiment), che utilizza il toolkit GENFIT ed il suo algoritmo Kalman di ricostruzione. Questa tesi si occupa dello studio di metodi per l'ottimizzazione della ricostruzione delle tracce, focalizzandosi in particolare sul filtro di Kalman e la sua performance nell'esperimento FOOT