Codice insegnamento

4S009836

Docenti

Pasquina Marzola, Alessandro Daducci

Coordinatore

Pasquina Marzola

Crediti

6

Offerto anche nei corsi:

• Bioimaging in translational research - PRINCIPLES OF (BIO)IMAGING del corso Laurea magistrale in Biology for Translational Research and Precision Medicine [LM-6]

Lingua di erogazione

Inglese

Settore Scientifico Disciplinare (SSD)

FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)

Periodo

II semestre dal 4 mar 2024 al 14 giu 2024.

Corsi Singoli

Autorizzato

Orario Lezioni Moodle Seminari 0

Obiettivi di apprendimento

Il corso si propone di fornire agli studenti le basi per la comprensione della costruzione delle immagini biomediche nelle moderne tecniche di imaging medico. Conoscenza e capacità di comprensione. Al termine del corso, lo studente dovrà dimostrare di poter descrivere i principi fisici alla base delle moderne tecniche diagnostiche (ultrasuoni, raggi-X, medicina nucleare, tomografia a risonanza magnetica e imaging ottico). Conoscenze applicate e capacità di comprensione. In particolare, alla fine del corso lo studente dovrà dimostrare di aver compreso i principi alla base della qualità delle immagini e del contrasto, della risoluzione spaziale e temporale e di avere una buona conoscenza delle applicazioni cliniche e biologiche dei diversi metodi. Autonomia di giudizio. Lo studente dovrà inoltre dimostrare di essere in grado di progettare ed eseguire un semplice progetto volto ad acquisire dati con un vero sistema di acquisizione, ad esempio un tomografo a risonanza magnetica, di ricostruire le immagini a partire dai dati grezzi ottenuti e di visualizzare correttamente le immagini risultanti. Abilità comunicative. Lo studente dovrà mostrare di essere in grado di presentare in maniera appropriata le conoscenze apprese durante il corso in modo tale che persone qualificate nel campo possano comprendere. Capacità di apprendere. Lo studente avrà le basi sufficienti per essere in grado in maniera autonoma di leggere e comprendere lavori scientifici nel campo, ed esporre i principali risultati.

Prerequisiti e nozioni di base

Conoscenze acquisite nella laurea triennale.

Programma

Teoria
- Imaging ad ultrasuoni
Onde meccaniche ed elettromagnetiche. Onde meccaniche: onde sonore, intensità, impedenza, effetto Doppler. Ultrasuoni (US. Produzione e rilevamento di US: materiali piezoelettrici, trasduttori. Velocità di propagazione. Interazione dell'US con la materia: riflessione, rifrazione, dispersione. Attenuazione degli ultrasuoni. Il dB. Schema a blocchi di un sistema ecografico. Proprietà del fascio di ultrasuoni. Risoluzione spaziale. Funzionamento in modalità A e modalità B. Uso diagnostico dell'effetto Doppler. Agenti di contrasto per gli US. Applicazioni avanzate.
- Imaging a raggi X
Onde elettromagnetiche, spettro em. Produzione di raggi X. Spettro dei raggi X, effetto Bremsstrahlung, spettro continuo e spettro caratteristico. Interazione radiazione-materia: scattering Rayleigh, scattering Compton, effetto fotoelettrico, produzione di coppie. Attenuazione dei raggi X. Coefficiente di attenuazione lineare dei tessuti biologici. Formazione dell'immagine radiologica. Contrasto. Ricostruzione tomografica (ricostruzione in retroproiezione). Macchine per tomografia computerizzata (TC) di 1a, 2a, 3a generazione. Macchine di 4a generazione e tomografia computerizzata spirale (TC spirale). Schema a blocchi di apparecchiature CT. Il rivelatore di raggi X: lastre fotografiche, camere di ionizzazione, scintillatori, fotomoltiplicatori. Agenti di contrasto per l'imaging a raggi X. Applicazioni avanzate.
- Medicina nucleare
Introduzione alla fisica del nucleo. Proprietà del nucleo. Atomi stabili e radioattivi. Decadimento radioattivo. Decadimento alfa. Beta-decadimento. Radiofarmaci. G-Camera, collimatori. SPECT e PET. Schema a blocchi dell'apparato sperimentale. Applicazioni.
-Risonanza magnetica
Spin e magnetismo nucleare. Risonanza magnetica nucleare. Livelli energetici di un sistema di spin in un campo magnetico e transizioni. La popolazione dei livelli di energia. Vettore di magnetizzazione ed equazioni di Bloch. Moto di precessione della magnetizzazione. Sistema di riferimento rotante. Rilassamento T1 e T2. L'effetto di un impulso a radiofrequenza sulla magnetizzazione: rotazione della magnetizzazione. Impulsi hard e soft. Decadimento a induzione libera. Spin-eco. L'introduzione del gradiente per ottenere informazioni spaziali. Le sequenze di imaging. Schema a blocchi di un tomografo a risonanza magnetica. Tecniche di diffusione pesata: la sequenza di Stejskal e Tanner. Imaging del tensore di diffusione. Agenti di contrasto nella risonanza magnetica. Perfusion Imaging con contrasto intrinseco ed esogeno. Applicazioni.
-Imaging ottico
Propagazione della luce nei tessuti biologici: assorbimento e scattering. Legge di Lambert-Beer. Coefficiente di assorbimento. Caratteristiche ottiche dei tessuti biologici. La finestra della trasparenza dei tessuti. Scattering elastico nell'approssimazione di Rayleigh e Mie. Emissione di fluorescenza e bioluminescenza.
Laboratorio
Saranno previste sessioni di laboratorio guidate per mettere in pratica in prima persona alcune delle tecniche introdotte nella teoria.

Modalità didattiche

Il corso e suddiviso in due parti: una parte teorica ed una parte di laboratorio. La parte teorica viene svolta sottoforma di lezioni frontali, con l'ausilio di diapositive preparate dal docente. La parte di laboratorio consiste in esercitazioni pratiche svolte utilizzando strumentazioni di imaging presenti presso l'universita'.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Agli studenti sara' chiesto di leggere, comprendere ed esporre oralmente un articolo scientifico e le tecniche di imaging in esso utilizzate.

Criteri di valutazione

La valutazione sará basata su una presentazione/discussione orale sull'articolo scientifico assegnato, in cui verranno valutati sia l’esposizione che l’interpretazione delle metodologie impiegate e dei risultati ottenuti nell'articolo. Tale discussione può prevedere anche domande sugli argomenti visti nella parte di teoria.

Criteri di composizione del voto finale

La commissione assegnerà un voto in 30simi.

Lingua dell'esame

Inglese