In questa serie di articoli racconterò, come un diario, la mia esperienza all’estero per sviluppare la mia tesi magistrale. Racconterò l’intero periodo divendendolo in diversi articoli, partiamo da settembre.
Ho avuto l’opportunità di andare fuori Italia per preparare il mio progetto di tesi. Tutto è partito da un profondo interesse nel comportamento chimico-meccanico-biologico dei tessuti umani. Mostrano una vastità di comportamenti diversi con molte non linearità, dipendenza dal tempo e variabilità. Inoltre, sono un’entità vivente e sono capaci di cambiare proprietà a secondo dell’ambiente chimico e meccanico a cui sono esposti. Tutto questo li rende estremamente interessanti dal punto di vista computazionale. Per questo progetto, ho avuto l’opportunità di lavorare insieme al Prof. Christian Gasser al KTH, nel dipartimento di Solid Mechanics, analizzando il tessuto vascolare.
Cercherò di descrivere la mia esperienza sia dal punto di vista tecnico che parlando della vita all’estero. Quanto segue vuole raccontare sia le difficoltà sia le gioie di questo viaggio, raccontando anche Stoccolma e la realtà lavorativa all’interno di una delle più importanti istituzioni accademiche europee.
Settimana 0
È l’ora di preparare le valigie!
Già pronto per il volo il 1° settembre e giusto in tempo per la chiusura degli ultimi bagagli quando Airbnb ha deciso di stupirmi. Solamente poche ore dopo la classica mail, quella inviata 48h prima della partenza con un riassunto della prenotazione, mi è arrivata un seconda mail abbastanza sorprendente. La mia prenotazione era stata cancellata! Se già questo potrebbe sembrare preoccupante le ore successive sono state ben peggiori, era diventato impossibile prenotare una stanza a Stoccolma. Qualunque prenotazione veniva cancellata o rifiutata in poche ore, ho provato oltre 10 prenotazioni differenti nelle successive 12 ore.
Senza buttarmi giù sono riuscito a trovate un posto tramite Booking.com. Chiaramente risultava molto più costoso, visto anche il poco preavviso, ma non potevo spostare la partenza. La settimana seguente avrei avuto un’importante conferenza e soprattutto il politecnico più avanzato in Europa mi stava aspettando. Il KTH Royal Institute of Technology, situato a Stoccolma, è uno dei migliori politecnici in Europa e classificato nelle prime 100 università del mondo. Al KTH viene svolta molta ricerca e accademica in ingegneria ed è la più grande università tecnica svedese.
Tutto pronto! Manca solo salutare l’Italia.
Stoccolma
1° settembre, 10 di mattina, sono in Svezia, a Stoccolma. Con poco più di tre ore di volo sono passato dai 35°C gradi soleggiati di Roma a 15°C con pioggia. Nonostante il piccolo shock, so cosa devo fare, abbastanza semplice: aprire l’app SL, per il trasporto pubblico di Stoccolma, e prendere un biglietto. Devo dirigermi al KTH per sistemare gli ultimi documenti e dopo pranzo potrò fare il check-in all’appartamento.
In meno di un’ora sono all’ufficio accoglienza del KTH e, dopo avere firmato gli ultimi documenti, sono ufficialmente parte del loro staff! Adesso posso andare al dipartimento di Solid Mechanics e conoscere Christian. Prima potrebbe essere meglio andare a fare il check-in e lasciare le valigie, sto viaggiando con due valigie ed uno zaino e sono tutt’altro che leggeri, inoltre sta anche piovendo.
Kista Gallery
Il primo giorno è stato piuttosto denso di impegni ma adesso, nel weekend, posso visitare sia il centro di Stoccolma che il quartiere dove resterò questo mese. L’appartamento si trova a Kista, nella parte nord ovest di Stoccolma. Solamente dopo alcune settimane ho poi scoperto che secondo gli Svedesi non è la miglior zona. Online molte persone (vedi community su Quora o Reddit) suggeriscono sia collegata a rapine e spaccio. In ogni caso Stoccolma è una delle citta più sicure al mondo (la 19esima). Sicuramente le cose sono ben diverse da Roma. Inoltre, Kista è il più grande centro di aggregazione per l’alta tecnologia in Europa, nel mondo è secondo solo alla Silicon Valley.
Forse non sarà la migliore zona di Stoccolma ma camminando meno di 10 minuti dal mio appartamento sono alla Kista Gallery. È un centro commerciale di medie dimensioni al cui interno c’è anche una stazione per la metropolitana, linea 11. Tuttavia, per raggiungere il mio ufficio al KTH ci metto più di 1 ora, cambiando due differenti linee della metropolitana. Fortuntamente, queste metro sono tra le più efficienti mai viste.
I trasporti pubblici a Stoccolma sono veramente ben organizzati. Le linee sono molte e, considerando anche gli autobus, le cose diventano piuttosto complesse, tuttavia è facile utilizzare sia l’applicazione SL che Google Maps per pianificare i percorsi. Funzionano molto bene per pianificare il tragitto tenendo conto anche degli orari e di eventuali lavori o rallentamenti.
Settimana 1
È lunedì, 5 settemebre, e oggi inizia la Biomechanics Summer School, cinque giorni di conferenze e prove sperimentali completamente focalizzate sulla biomeccanica tissutale.
In questa settimana ho potuto approfondire molti aspetti della biomeccanica computazionale con diversi esperti del settore. Ci sono state sia lezioni generali che più specifiche sullo stato dell’arte della modellazione di tessuti vascolari e cerebrali, osso, cartilagine e tendini, pelle. Inoltre, ho conosciuto diversi PhD e professori da tutta l’Europa, ognuno di loro lavora in diversi aspetti della modellazione biomeccanica.
È arrivato il weekend ed è bel tempo, direi che posso andare a fare una corsetta e scoprire cosa c’è intorno all’appartamento. È pieno di palazzi, la maggior parte dedicati ad aziende e qualcuno pieno di appartamenti. Tuttavia, giusto dietro l’autostrada, attraversabile da un sottopassaggio, ci sono molte villette caratteristiche con un paesaggio del tutto differente.
Supermercato
I supermercati sono molto simili a quelli italiani. Tuttavia, ci sono molte imitazioni, alcune delle quali piuttosto divertenti, del cibo italiano ma con una qualità piuttosto dubbia. Sicuramente non andrò a provare una carbonara confezionata.
Nel mentre ho ricominciato i miei allenamenti nella palestra del complesso. È una piccola palestra ma ci sono diverse attrezzature tra cui una lat machine multifunzione. Sfortunatamente niente bilanciere anche se ci sono diversi manubri. Sembra abbastanza buono per riprendere gli allenamenti.
Settimana 2
Lunedì 12 settembre, è arrivato il momento di iniziare a fare sul serio. Finalmente possono concentrarmi completamente sulla tesi. Il mio progetto è stato ben definito con il supervisore, riguarda lo studio delle placche aterosclerotiche nelle carotidi, chiaramente dal punto di vista computazionale.
Aterosclerosi
L’aterosclerosi è legata allo sviluppo di anomalie nelle pareti delle arterie. Queste formazioni portano ad un restringimento del lume del vaso e alla generazione di una placca ateromatosa. Quando diventano critiche si possono avere disturbi alle coronarie, ictus, danni alle arterie perificeriche o problemi ai reni.
L’ateroma è un accumulo di materiale nello strato interno della parete delle arterie. È costituto da macrofagi, contiene lipidi, calcio e tessuto connettivo fibroso. Questa differente distribuzione di tessuti restituisce differenti proprietà meccaniche e quindi differenti comportamenti che si traducono in una descrizione meccanica piuttosto complessa, soprattutto se si vogliono valutare correttamente gli stress e le deformazioni.
Analisi biomeccanica
In questa branca della meccanica computazionale ci focalizziamo sullo studio delle placche aterosclerotiche cercando di stimare un qualche indice biomeccanico che possa aiutare il chirurgo a decidere se operare o meno. Chiaramente l’obiettivo principale è quello di evitare la rottura della placca che potrebbe portare ad ictus e morte. La rottura è a sua volta legata alla struttura della placca e al rapporto tra geometria, biologia e proprietà meccaniche del tessuto che la compone. Studi computazionali possono sicuramente aiutare a comprendere alcuni di questi meccanismi.
Inoltre, le linee guida attuali si basano sulla percentuale di stenosi e alcune informazioni sullo stato di salute e sull’anamnesi del paziente. Tali line guida si sono dimostrate essere un problema sia per pazienti asintomatici che per pazienti con una stenosi moderata, mostrando come ci sia bisogno di qualcosa in più.
Attualmente devo studiare molta letteratura del settore, sia sugli aspetti computazionali che sulla fisiopatologia della placca all’interno delle carotidi.
Nel mentre ho anche ricevuto alcuni aggiornamenti dal mio supervisore e posso iniziare a scoprire, usare e migliorare un algoritmo per la conversione di immagini medicali in mesh.
Mesh
Attualmente ricevo le immagini del personale medico ottenute tramite CTA. Nota come angio-CT, la tomografia computerizzata con angiografia prevede l’iniezione di un liquido di contrasto nella circolazione sanguigna così da rendere ben visibili tutti i vasi. Si ottiene quindi un’immagine volumetrica costitutita da diverse slices. Ogni fetta è un’immagine monocromatica dove la scala di grigio è collegata alla densità dei tessuti tramite la scala Hounfield:
\operatorname {HU}=1000{\mu-\mu_{\text{water} }\over \mu_{\text{water} }- \mu_{\text{air} }}Il primo step, alquanto straordinario, è reso possibile dal software Elucid che permette di segmentare tessuti differenti all’interno della placca. Attualmente io dovrò ricevere l’immagine volumetrica e trasformarla in una mesh tetraedrica, portando in conto le diverse proprietà di diversi tessuti.
L’algoritmo di conversione lavora in due step. Inizialmente estrae superfici triangolari con una densità specifica a partire dall’immagine volumetrica per poi riempire con elementi tetraedrici i diversi sottovolumi. Si avvale quindi di una tetraedrizzazione di Delaunay vincolata per generare la mesh. Il toolbox è relativamente semplice da usare ma richiede attenzione per ottimizzare i diversi parametri così da generare una mesh di alta qualità.
flowchart TB id1(Read medical images with `nrrd_test.m`) id2(Volumetric image) id2.1(Volume2Mesh) id2.2(Mesh repair) id2.3(Mesh figure) subgraph Mesh direction LR id2-->id2.1-->id2.2-->id2.3 end id3(Metrics section) id3.1(Save .png) id3.1.1(Show mesh limited) id3.1.2(Delete axis) subgraph Image id3-->id3.1-->id3.1.1 id3.1-->id3.1.2 id3.2(Reading image) id3.2.1(Binarization and filling) id3.2-->id3.2.1 id3-->id3.2 end id4(Numerical indexes) id1-->Mesh-->Image-->id4
Inoltre, questo lavoro con le immagini mi ha fatto ripassare diversi algoritmi di image processing come filtri 3D, smussamento e algoritmi di chiusura. Tramite l’elaborazione della singola immagine, oltre a migliorare la qualità della mesh, posso estrarre diverse informazioni come diametro, area e circolarità del vaso.
Strutture all’avanguardia
Oggi, 14 settembre, ci sarà il primo “Research work follow-up”. È un meeting dove ognuno del gruppo di ricerca di Christian può mostrare i propri progressi. Ho quindi conosciuto l’intero gruppo. Ci sono due dottorandi, Christopher e Marta, due postodoc, Willy e Shaima, e un altro tirocinante, Joey.
Io e Joey lavoriamo insieme nella stanza dedicata alle tesi magistrali dove abbiamo una scrivania e un computer di tutto rispetto. Attualmente nessun altro studente sta preparando la tesi quindi la stanza è tutta per noi. Il loro computer è abbastanza buono ma un solo monitor no, meglio cercare al più presto un cavo HDMI così da collegare il mio laptop al monitor, schermo più grande, lavoro più veloce.
Questa settimana non è acora finita e la parte migliore deve ancora arrivare.
Turisti a settembre
È il 16 settembre e la mia ragazza sta venedo da Roma. Vedremo di sfruttare il weekend per visitare meglio Stoccolma.
Abbiamo passato diversi giorni da turisti. Abbiamo visitato la parte centrale della città e mangiato polpette e renna a Gamla Stan, la parte vecchia della città, è bevuto birra artigianale. Abbiamo provato anche a passare dal classico aperitivo italiano alla Fika svedese ma nessun dolcetto svedese potrà mai battere le pizzette dei nostri forni. Ahahahah e no! Non abbiamo visitiato il museo degli Abba.
Non voglio inserire le foto di ogno posto visitato, sicuramente su Google potete trovare immagini migliori. Tuttavia, ho inserito una mappa interattiva dove cliccando sui diversi luoghi selezionati si possono vedere informazioni e alcune foto scattate da me.
Settimana 3
La mia ragazza ha lasciato Stoccolma ma non è il momento di sentirsi soli, piuttosto meglio concentrarsi sulla tesi. Dopo gli ultimi aggiornamenti dal mio supervisore, posso iniziare ad usare l’algoritmo ed ottenere una mesh per l’analisi FEM. Tuttavia, devo aspettare i dati dal personale medico.
Riesco ad allenarmi in palestra ogni due giorni ed ho anche scoperto la sauna. Fa parte del complesso ed è proprio vicino la palestra, perchè non usarla? Passo molto tempo seduto alla scrivania e questo non è assolutamente buono per tutta la catena cinetica posteriore, i muscoli non dovrebbero essere contratti per così tanto tempo. Inclundere allenamento e lunghe camminate nella mia routine giornaliera non può che farmi bene, magari potrei anche andare a correre ogni tanto.
Nel mentre, in Italia, uno dei due gatti, quello nero chiamato “Puppolo” sta andando a completare l’ultima dosa di vaccino. Assurdo quanto sono cresciuti in meno di un mese.
Analisi agli elementi finiti non lineare
Sto ancora aspettando le immagini CTA dai medici ma nel mentre ho rimediato un’immagine volumetrica. Anche se di un vaso differente, posso iniziare a testarla sia con l’algoritmo di conversione che con alcune analisi CFD o meccaniche. Posso iniziare a testare la qualità della mesh e capire meglio alcuni modelli iperelastici, come il modello di Yeoh o di Fung per descrivere diversi tessuti con diversi comportamenti. Già queste prime simulazioni sembrano buone e non vedo l’ora di discutere con il supervisore dei prossimi step.
Siamo al weekend, fine di Settembre, inizia a fare freddo ma nelle giornate soleggiate si sta ancora bene. Nulla mi impedisce di visitare il Museo della Tecnologia e fare una bella passeggiata al parco di Ladugårdsgärdet.
Il viaggio non è ancora finito ma perleremo delle settimane seguenti in un altro articolo.
