Mario Cesarelli

a) Analisi del segnale elettromiografico
Il lavoro svolto in questo settore consiste in paricolare: (i) nello studio della fatica muscolare utilizzando l' analisi spettrale del segnale Elettromiografico. Tale analisi permette di osservare le modificazioni che subisce lo spettro di potenza del segnale durante una contrazione sostenuta (contrazione isometrica). Nell' ambito di questa ricerca sono stati sviluppati strumenti software ed hardware successivamente utilizzati in ambiente clinico per lo studio della fatica muscolare in soggetti sani ed in pazienti neurologici. (ii) Studio del segnale elettromiografico dinamico (registrato durante un esercizio isocinetico) con modelli autoregressivi (AR) ed autoregressivi a media mobile (ARMA). Sono stati individuati per gli elettromiogrammi prelevati dai muscoli del ginocchio il modello più parsimonioso con il relativo ordine. Utilizzando questi risultati si è poi sviluppato un algoritmo ricorsivo per un analisi tempovariante. (iii) Decomposizione dell'inviluppo del segnale elettromiografico dinamico (registrato durante un esercizio isocinetico). La decomposizione dell' inviluppo nelle sue componenti gaussiane è stato ottenuto con un' algoritmo innovativo sviluppato a partire dalla tecnica messa a punto da Chen. Tale decomposizione ha permesso lo studio dei "patterns" di attivazione muscolari durante un esercizio muscolare dinamico. Su quest'ultimo argomento è attiva una collaborazione con l'istituto IRV di Hoensbroek (Olanda).

b) Analisi dei movimenti oculari.
Il lavoro svolto in questo settore consiste in paricolare: (i) nello studio dei movimenti oculari saccadici, (ii) movimenti oculari lenti e (iii) del nistagmo (i movimenti oculari forniscono importanti informazioni sulla dinamica oculare). Su questi argomenti è attiva una collaborazione con la Clinica Oculistica della Facoltà di Medicina e Chirurgia di questa Università dove è stato realizzato un laboratorio per lo studio dei movimenti oculari. Sono stati sviluppate algoritmi innovativi per lo studio del nistagmo (oscillazione intorno al punto di fissazione), che ne permettono la classificazione automatica secondo la più recente bibliografia esistente nel campo. Nell'ambito di tale ricerca si è realizzato un sistema automatico di analisi dei movimenti oculari attualmente in fase di sperimentazione clinica.

c) Analisi della variabilità della frequenza cardiaca.
Il lavoro che si sta svolgendo in questo settore consiste in particolare nella messa a punto di algoritmi per l'analisi spettrale tempo variante con modelli autoregressivi della serie temporale R-R (periodo del battito cardiaco calcolato come intertempo tra due complessi QRS consecutivi). Tali algoritmi dovrebbero permettere lo studio delle variazioni della potenza nelle bande di frequenza LF e VLF che possono essere usate come indicatori dell'attività del "renin-angiotensin-system" e sono precursori della morte cardiaca in pazienti infartuati. Su questi argomenti è attiva una collaborazione con il Dipartimento di Medicina Interna di questa Università.

d) Nuovi metodi di analisi per il segnale di variabilità cardiaca fetale
L'osservazione dello stato del feto prima e durante il parto con la classica tecnica della cardiotocografia (registrazione simultanea dei segnali di ritmo cardiaco fetale - FHR - e di contrazioni uterine - UC -) è un metodo non invasivo, di semplice impiego e a basso costo, largamente utilizzato in ambiente clinico. Il suo utilizzo ha ridotto i casi di mortalità fetale migliorando la diagnostica. Gli attuali metodi di analisi del tracciato cardiotocografico sono estremamente soggettivi essendo affidati semplicemente all'ispezione visiva e quindi all'esperienza del personale medico. Essi permettono di estrarre solo alcune delle informazioni sullo stato del feto in esso contenute.
Il lavoro che si sta svolgendo in questo campo riguardo lo sviluppo di algoritmi innovativi per estrarre queste ulteriori informazioni e nello stesso tempo rendere più oggettiva l'interpretazione del segnale.
Per lo sviluppo di metodiche di analisi innovatime si procede sia nel dominio del tempo sia nel dominio della frequenza.

e) Bioimmagini.
Il lavoro svolto è consistito in paricolare: (i) nello studio della tessitura in immagini MRI utilizzando il metodo della matrice di Cooccorrenza per il riconoscimento di aree tumorali presenti nel cervello. (ii) Segmentazione regionale con algoritmi di crescita in 3D per l' estrazione delle strutture cerebrali per la ricostruzione tridimensionale. (iii) Tecniche CAD per la manipolazione di modelli tridimensionali di strutture anatomiche per il planning preoperatorio. Su questi argomenti è attiva una collaborazione con la Radiologia della Facoltà di Medicina e Chirurgia di questa Università.

f) Studio della dinamica intervertebrale con la fluoroscopia.
Il lavoro che si sta svolgendo in questo settore consiste in particolare nella messa a punto di algoritmi per l'estrazione automatica dei parametri cinematici del movimento del rachide a partire da sequenze di immagini fluoroscopiche. E' stata attivata una collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Università di Southampton (Gran Bretagna). L'attività sperimentale è condotta anche con la Clinica Villaba e Azienda Ospedaliera Cardarelli. La ricerca si propone di sviluppare delle tecniche di analisi cinematica intervertebrale in vivo (in particolare della regione cervicale della colonna vertebrale). La cinematica intervertebrale, infatti, riflette intimamente lo stato delle vertebre stesse e del tessuto connettivo (legamenti, dischi) e può essere usata, per una migliore comprensione, individuazione e quantificazione delle varie patologie, legate ai problemi meccanici della spina dorsale.

g) Studio della Cinematica 3D di Segmenti Ossei.
Il lavoro che si sta svolgendo in questo settore consiste in particolare nello sviluppo di metodi ed algoritmi di analisi per lo studio 3D della cinematica dei segmenti ossei a partire da una sequenza di proiezioni 2D (fluoroscopia, radiografia) combinata con la conoscenza di un volume 3d statico (CT, MRI, ...).
I dati sperimentali sono stati acquisiti mediante CT spirale e fluoroscopia digitale presso la clinica Villalba di Napoli.

h) Imaging Spettroscopico con Risonanza Magnetica Nucleare.
La spettroscopia da risonanza magnetica nucleare (MRS) dell'atomo d'idrogeno (1H) consente di individuare le concentrazioni di particolari metaboliti presenti nei tessuti biologici. Tale metodo di indagine può essere di aiuto nella diagnosi e nel monitoraggio di varie patologie tra cui tumori cerebrali, epilessia, schizofrenia, demenza da aids etc...
Il lavoro che si sta svolgendo in questo settore consiste in particolare si concentra nello sviluppo sia di metodiche innovative di analisi spettrale che dei metodi di ricostruzione delle immagini.

i) Attività nel campo della Telemedicina
L'attività si concentra sulla Telemedicina, sul telesupporto o telemonitoraggio, che consentono di sottoporre il paziente a controlli a distanza. Nell'ambito di questa attività partecipa allo sviluppo di nuovi sistemi e nuovi protocolli per i servizi di telemedicina. In particolare è coinvolto nel Progetto Isole, nel cui ambito è stato realizzato un sistema per il video-teleconsulto cardiologico, radiologico e di medicina generale tra le isole di Ischia e Procida con i più grandi e attrezzati ospedali di Pozzuoli e Giugliano (ASL Napoli2)

l) Attività nel campo dell'Ingegneria Clinica e del Technology Assessment
Il lavoro che si sta svolgendo in questo campo consiste in particolare nell'organizzazione e valutazione di attività di gestione e manutenzione delle apparecchiature elettromedicali all'interno delle Aziende Sanitarie. In questo campo ricade, anche, il "Medical Technology Assessment", insieme di metodi per la valutazione dei costi e dell'impatto delle nuove tecnologie applicate alla sanità. Questi metodi, classicamente utilizzati nella valutazione di nuovi farmaci e terapie, possono essere proficuamente utilizzati per valutare l'impatto delle applicazioni telematiche in medicina.

m) Analisi e comparazione della stimolazione vibratoria con metodiche di stimolazione elettrica muscolare e di training a carico variabile.

La sensibilità alle vibrazioni dell'organismo umano è una forma di sensibilità meccanica, che coinvolge strutture recettoriali in grado di rispondere a stimoli di tipo meccanico (meccanorecettori). Tali terminazioni nervose sono presenti in molti tessuti come il muscolo, il periostio, le capsule ed i legamenti articolari, la cute, etc. E' facilmente riscontrabile che il sistema neuromuscolare reagisce in risposta a tali stimoli vibratori tendendo a contrastare attivamente le oscillazioni muscolari. Ad esempio durante la corsa, o anche la deambulazione, si producono oscillazioni dei gruppi muscolari degli arti inferiori a cui l'organismo si oppone con una reazione di contrazione muscolare. La contrazione elicitata (e non prodotta da stimolazione elettrica) attraverso questo particolare tipo di stimolazione meccanica può essere sfruttata per scopi di medicina sportiva e riabilitativa. La ricerca in atto è volta ad una analisi approfondita del fenomeno che chiarisca i meccanismi che ne sono alla base e conduca ad una valutazione dei benefici di una stimolazione di questo tipo. La ricerca comprende: lo studio dei meccanismi neuromuscolari coinvolti, l'approfondimento delle problematiche connesse alle Whole Body Vibrations, l'analisi dei tracciati elettromiografici congiuntamente con tracciati accelerometrici di specifici gruppi muscolari (ad es. quadricipite e bicipite femorale) per la valutazione delle variazioni della risposta muscolare e dell'oscillazione meccanica prima, durante e dopo stimoli vibratori di diverse ampiezze e frequenze. Le attività di ricerca sono svolte nell'ambito della convenzione tra la TSEM s.p.a. e l'Università c/o il laboratorio di Elaborazione di immagini e Segnali biomedici per cui la TSEM fornirà la strumentazione necessaria al progetto di ricerca. I risultati prodotti saranno utilizzati in una fase successiva per la comparazione con gli effetti prodotti da stimolazioni di tipo elettrico e training con carichi variabili.