A Sensor Network with Embedded Data Processing and Data-to-Cloud Capabilities for Vibration-Based Real-Time SHM

This work describes a network of low power/low-cost microelectromechanical- (MEMS-) based three-axial acceleration sensors with local data processing and data-to-cloud capabilities. In particular, the developed sensor nodes are capable to acquire acceleration time series and extract their frequency spectrum peaks, which are autonomously sent through an ad hoc developed gateway device to an online database using a dedicated transfer protocol. The developed network minimizes the power consumption to monitor remotely and in real time the acceleration spectra peaks at each sensor node. An experimental setup in which a network of 5 sensor nodes is used to monitor a simply supported steel beam in free vibration conditions is considered to test the performance of the implemented circuitry. The total weight and energy consumption of the entire network are, respectively, less than 50 g and 300 mW in continuous monitoring conditions. Results show a very good agreement between the measured natural vibration frequencies of the beam and the theoretical values estimated according to the classical closed formula. As such, the proposed monitoring network can be considered ideal for the SHM of civil structures like long-span bridges

Sviluppo di un software con interfacce dinamiche per il monitoraggio e la configurazione di dispositivi medici programmabili.

Automazione, tecnologia e digitalizzazione sono tematiche sempre più sentite nel contesto della cosiddetta Sanità 4.0. Questo è lo scenario in cui si colloca il software prodotto nel corso del lavoro di tesi svolto presso il Centro Protesi Inail di Vigorso di Budrio e presentato in questo elaborato. Inail ProMoS2 (Programming-Monitoring Shapeshifter Software) è stato disegnato per essere general purpose rispetto alle operazioni di monitoraggio e programmazione di dispositivi medici attivi che, considerato l’alto grado di variabilità in ambito biologico, richiedono una personalizzazione rispetto al paziente che li utilizza. Grazie a questo prodotto il tecnico sanitario dovrà essere in grado di configurare e riconfigurare il dispositivo ad ogni necessità, nel corso di frequenti e ripetute visite ambulatoriali: da qui l’esigenza di creare una interfaccia user-friendly, che mantenesse nascosta la complessità elettronica e informatica del sistema. All’avvio, il software esegue la ricerca autonoma del dispositivo e instaura con esso una comunicazione di tipo wireless; interagisce inoltre con un database, creato per tenere traccia di pazienti, dispositivi e relative configurazioni dell’elettronica. La peculiarità di Inail ProMoS2 è la capacità di generalizzazione: esso è in grado di interfacciarsi con dispositivi aventi natura, protocolli di comunicazione e organizzazione delle memorie differenti in maniera del tutto versatile. La creazione dell’interfaccia è definita dinamica dal momento che chiaramente varia a seconda del dispositivo con cui deve operare e perché costruita runtime, con grafica adattata alle dimensioni dello schermo del pc dal quale viene avviato. Nel corso del lavoro di tesi, l’applicazione è stata progettata, implementata e testata su un prototipo sperimentale. Sviluppata in ambiente Visual Studio 2017, su piattaforma .NET e in linguaggio C#, è disponibile ora all’installazione a fini di ricerca su macchine Windows a 64 bit del Centro Protesi Inail

Programmazione e calibrazione di un nodo sensore accelerometro

L'accelerometro è un sensore che trova attualmente largo e vario utilizzo nel settore biomedico. Obiettivo del lavoro di tesi sperimentale descritto nell'elaborato è stata la programmazione, la calibrazione e l’analisi dei dati prodotti da un nodo sensore in grado di rilevare un vettore accelerazione nelle sue tre componenti spaziali x, y e z. L'accelerometro LIS2DH è stato programmato in ambiente software Atollic TrueSTUDIO, attraverso linguaggio C. Grazie alla scrittura delle apposite funzioni l’utente finale può impostarne a propria discrezione il range di misura tra i possibili ±2g, ±4g, ±8g, ±16g, la frequenza di campionamento da 1 Hz fino a 5.3 kHz e la risoluzione in bit di ciascun campione. Inoltre è stato sviluppato il codice per l'attivazione della memoria FIFO, nelle sue quattro modalità operative, e per la gestione ad interrupt della lettura dei dati da essa collezionati. Per garantire maggiore affidabilità della misura ci si è occupati anche della creazione di una procedura di calibrazione semplice in termini di acquisizioni necessarie, eseguita autonomamente dal nodo sensore ed ottenibile ogni qualvolta l'utente lo ritenga necessario. In ultimo è stata affrontata una parte di elaborazione dati, mirata soprattutto all'analisi vibrazionale. Essendo stato scritto il codice per la trasformazione nel dominio delle frequenze e il calcolo dell'algoritmo di peak detection, è possibile avere direttamente in uscita vettori contenenti le frequenze alle quali il segnale ha mostrato picchi di ampiezza importante. Il nodo così programmato risulta più indirizzabile verso la specifica esigenza di ogni futuro utente, più performante in termini di risparmio di tempo di esecuzione e di potenza ed in grado di dare in uscita vettori x,y,z calibrati. Il lavoro sviluppato in questa attività di tesi può essere considerato rientrare anche nel più ampio tema della sensoristica finalizzata al monitoraggio dell’integrità strutturale

Spinal uptake mimicking metastasis in SPECT/CT bone scan in a patient with superior vena cava obstruction

A 46-year-old female patient with a mediastinal neuroendocrine carcinoma complicated by superior vena cava syndrome was referred for a bone metastatic workup. Bone scan with SPECT/CT showed several vertebral fixations without alterations on the unenhanced CT, but a CT scan with injection of contrast media showed vertebral densities matched to the lesions described on the SPECT/CT. This pattern confirmed presence of collateral paths through vertebral veins due to superior vena cava syndrome. Lack of metastases was confirmed by MRI