MARCO TANNINO

Marco Tannino nel 2015 ha conseguito il dottorato di ricerca in Elettromagnetismo e Modelli Matematici per l'Ingegneria e nel 2010 la laurea magistrale in Fisica, entrambi presso 'Sapienza' Università di Roma. Ha un particolare interesse per l'analisi elettromagnetica, la progettazione di applicazioni MRI, Magnetic Resonance Imaging, e il Biolettromagnetismo. L’attività di ricerca del dott. Tannino ha come scopo la messa a punto di una tecnica automatica non invasiva, per ottenere la mappatura, con risoluzione millimetrica, della permettività elettrica complessa di tessuti umani, in vivo, a frequenze nell’intervallo delle microonde e, in particolare a 2,45 GHz, con misure di Risonanza Magnetica Nucleare, Magnetic Resonance Imaging (MRI), per usi clinici, con campo d’induzione magnetica di 1,5 tesla.

L’attività svolta sino a oggi nel Gruppo di Ricerca coordinato dal Prof. Fabrizio Frezza e la Prof.ssa Marta Cavagnaro può essere divisa in due fasi.

Prima fase

Nella prima fase ha collaborato nella messa a punto di un protocollo MRI capace di stimare il contenuto d’acqua nel campione, a partire dal tempo di rilassamento T1, operando prima su fantocci e poi su volontario. Dal contenuto d’acqua stimato si è calcolata la permettività dei tessuti. A tale scopo si sono confrontati alcuni modelli matematici che mettono in relazione tra loro il contenuto d’acqua e la permettività complessa del tessuto in esame. Per arrivare a questo risultato si sono prima ricavati i parametri dielettrici di formule empiriche o di modelli di Debye, a uno o più termini, interpolando i dati reperibili in letteratura. Questo è, in linea di massima, l’approccio descritto nei lavori dei ricercatori K.R. Foster, J.L. Schepps e H.P. Schwan, nomi di punta negli anni ‘80-’90, in quest’ambito di studi. I risultati ottenuti in questa fase della ricerca si sono rivelati accettabili solo per i tessuti con un contenuto d’acqua, pari o superiore al 70%.

Seconda fase

In questa fase ha cercato di proporre un diverso approccio che permettesse di stimare la permettività complessa dei tessuti umani, da misure MRI, con una maggiore accuratezza e indipendentemente dal loro contenuto d’acqua. A tale scopo si è occupato dello studio di lavori che hanno riguardato misure della dispersione dielettrica e della dispersione dei tempi di rilassamento di Risonanza Magnetica Nucleare, T1 e T2, di soluzioni acquose della proteina di lisozima, al variare del grado d’idratazione. Dall’analisi dei risultati riportati in questi lavori, è arrivato a ipotizzare un modello a quattro fasi per l’acqua d’idratazione nei tessuti biologici: super legata, legata, strutturata e libera. L’acqua, in ognuna di queste fasi partecipa a uno specifico intervallo d’idratazione e manifesta una diversa polarizzabilità elettrica. Questa ipotesi è stata confermata dall’analisi dei risultati ottenuti con un modello previsionale a tre termini di Debye,nell’intervallo di frequenze da 30 Hz a 20 GHz, con il quale si è ricavata la dispersione nell’intorno di 2,45 GHz per un campione di tessuti umani, quantificando il contributo di ciascuno dei tre termini, caratterizzato da un proprio tempo di rilassamento dielettrico. Operativamente, il nuovo approccio utilizza la formula di Debye per calcolare la permettività complessa a 2,45 GHz per l’acqua nelle diverse fasi e delle proteine e dei lipidi con essa idratata. Infine, utilizzando le formule delle misture di Maxwell-Garnett, con la frazione in volume di queste inclusioni e dal valore della loro permettività, si è calcolata la permettività complessa del tessuto analizzato. Il protocollo MRI che si propone di utilizzare per la quantificazione della frazione d’acqua legata nel tessuto analizzato, prevede l’impiego di sequenze ad hoc che si sono apprese al Centro di Ricerche Max Planck Institute di Tubingen, dove si è dato inizio a una collaborazione con la ricercatrice Gisela Hagberg, esperta di sequenze MRI. Con questo nuovo approccio si sono riprodotti con successo i risultati ottenuti su misure dielettriche di soluzioni di lisozima. Anche i risultati che riguardano i tessuti umani, utilizzando i dati in letteratura sulla loro composizione e permettività a 2,45 GHz, sono incoraggianti. In particolare, per il tessuto adiposo, la materia bianca cerebrale e l’osso, lo scostamento dai valori in letteratura è assai minore di quanto si è ricavato con l’approccio precedente.

Contatti per consigli e collaborazioni

L’ing. Fabio Mangini, l’ing. Marco Muzi e l’ing. Roberto Laurita del Gruppo di Ricerca del Prof. Fabrizio Frezza. Il Prof. Bruno Maraviglia e il dott. Federico Giove del dipartimento di Fisica di “Sapienza” Università di Roma, la dott.sa Antonella De Ninno di ENEA Frascati, la dott.ssa Gisela Hagberg e la dott.ssa Irena Zivkovic del Max PIanck Institute a Tubingen, il dott. Umberto Sabatini di Fondazione Santa Lucia Roma e il dott. Fabio Bruni del dipartimento di Fisica presso l’Università Roma Tre.

Partecipazione a congressi

Nanoforum – ottava edizione. Roma, 24 – 26 settembre 2012.

EMC Europe 2012. Roma, 17 – 21 settembre 2012.

RiNem 2012 -XIX Riunione Nazionale di Elettromagnetismo. Roma, 10-14 settembre 2012.

RiNem 2014 -XX Riunione Nazionale di Elettromagnetismo. Padova, 15-18 settembre 2014.

Partecipazione a scuole

“Campi Elettromagnetici II (prima parte)” - Corso del Prof. F. Frezza. Dipartimento DIET presso “La Sapienza” Università di Roma. 28 settembre – 16 dicembre 2011.

Seminari ARPA Lazio: “Software di predizione del campo elettromagnetico ambientale”. “Uso dell’analizzatore di spettro per misure di campo elettromagnetico”. “Valutazione, misura e calcolo dei livelli di esposizione a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici, per la salvaguardia della salute umana”. Tenuti presso l’Università Roma Tre, ottobre-dicembre 2011.

“Advanced Mathematics for Antenna Analysis”. Dubrovnik, 14-19 maggio 2012. Crediti: 3 ECTS.

“Leaderships Skills of Young Researchers as Drivers for Innovation in Higher Education”. Balkan Summer School, Cluj-Napoca, Romania, 27 agosto - 1 settembre 2012. Per il curriculum e la lettera motivazionale ha ricevuto un travel grant.

“Gestione, valorizzazione e trasferimento dei risultati della ricerca”. Corso per studenti di dottorato organizzato dalla Scuola Superiore di Studi Avanzati de "La Sapienza" Università di Roma, 4 aprile-13 giugno 2013.

"Diagnostic and therapeutic applications of electromagnetics". European School of Antennas - ESoA. Torino, 23 – 27 settembre 2013.

Pubblicazioni su rivista

[R.1] M. Cavagnaro, F. Frezza, R. Laurita, M. Tannino, L. Manganaro, M. Marini, P. Sollazzo, A. Stagnitti, V. Lopresto e R. Pinto, “From magnetic resonance imaging to water content evaluation of a human tissue”, Atti della Fondazione Giorgio Ronchi, vol. LXVIII, n. 4, p. 23, luglio-agosto 2013.

[R.2] A.M. Cassarà, B. Maraviglia, e M. Tannino, “NMR measurement and gradient coils design and optimization for compact LF-MRI devices:comparisons of performances”. To be submitted.

[R.3] M. Tannino, F. Mangini, “Analytical optimization methods to design coils for magnetic field gradients”. To be submitted.

[R.4] M. Tannino, M. Cavagnaro, F. Frezza, R. Laurita e F. Mangini, “A Four Water Pool Model to estimate the permittivity of hydrated lysozyme and Human Tissue at 2.45 GHz”. To be submitted.

Pubblicazioni su atti di convegni

[C.1] M. Cavagnaro F. Frezza R. Laurita, Marco Tannino, L. Manganaro, M. Marini, P. Sollazzo, A. Stagnitti, V. Lopresto e R. Pinto, “Water Content Evaluation of a human tissue using Magnetic Resonance Imaging: a quantitative benchmarking approach”, Proc. EMC 2012, Rome, settembre 2012.

[C.2] M. Cavagnaro, F. Frezza, R. Laurita and Marco Tannino, L. Manganaro, M. Marini, P. Sollazzo, A. Stagnitti V. Lopresto and R. Pinto. “From magnetic resonance imaging to water content evaluation of a human tissue”, RiNEm 2012, Italian Conference on Electromagnetics. Rome, settembre2012.

[C.3] M. Cavagnaro, F. Frezza, R. Laurita e M. Tannino, "Evaluation of tissue Dielectric Properties from MR Images", UCMMT 2013 - 6th UK, Europe, China Millimeter Waves and THz Technology Workshop. Rome, settembre 2013.

[C.4] M. Cavagnaro, F. Frezza, R. Laurita e M. Tannino, “A model to evaluate dielectric properties of human tissues based on water content”, ISMICT. Florence, aprile 2014.

[C.5] M. Tannino e F. Mangini, “Analytical optimization methods to design coils for magnetic field gradients”, RiNEm 2014. Italian Conference on Electromagnetics. Padova, settembre 2014.

[C.6] M. Cavagnaro, F. Frezza, R. Laurita e M. Tannino, “A comparison of simple models to evaluate dielectric properties of human tissues at 2.45 GHz from water content”, RiNEm 2014. Italian Conference on Electromagnetics. Padova, settembre 2014.

[C.7] M. Cavagnaro, F. Frezza, R. Laurita e M. Tannino, “A comparison of simple models to evaluate dielectric properties of human tissues at 2.45 GHz from water content”, Ninth Annual Conference on the Physics, Chemistry and Biology of Water. Bulgaria, ottobre 2014.