Ingegneria Biomedica

FABIANO BINI
NICOLA GALEA

Il corso di studio si pone l’obiettivo di formare Allievi Magistrali in Ingegneria Biomedica in accordo con le esigenze della Medicina di utilizzare modelli anatomici 3D utilizzati per il planning pre-operatorio di casi clinici a supporto delle immagini radiologiche e poterli stampare con tecnologia 3D quale strumento di training e discussione in team del caso clinico.
Gli obiettivi del corso sono fondati sull’apprendimento delle conoscenze, competenze e metodologie imprescindibili allo svolgimento dell’attività professionale di assistenza tecnica al personale medico nell’elaborazione e ricostruzione 3D dell’immagine diagnostica.
Al termine del percorso didattico l’Allievo deve essere grado di acquisire un’autonomia professionale, decisionale ed operativa rivolta ad affrontare, individuare e gestire le relazioni con il personale Medico proponendo soluzioni, ove possibile immediate, oppure alternative a breve e medio termine.

- Conoscenza e capacità di comprensione:
dimostrare conoscenze e capacità di comprensione che estendono e consolidano quelle tipicamente associate alla Laurea e consentono di elaborare ed applicare idee originali in un contesto di ricerca.

- Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
risolvere problemi in ambiti nuovi o non familiari, inseriti in contesti interdisciplinari, connessi ai rispettivi criteri di ricostruzione delle immagini DICOM in 3D.

- Autonomia di giudizio:
integrare le conoscenze e gestire la complessità; formulare valutazioni anche in presenza di informazioni limitate o incomplete; riflettere sulle responsabilità sociali ed etiche congiunte all’applicazione di determinate conoscenze e giudizi.

- Abilità comunicative:
comunicare conoscenze essendo in grado di illustrare i processi che hanno condotto alla loro acquisizione ad interlocutori specialisti e non specialisti del settore.

- Capacità di apprendimento:
studiare in un modo autonomo, essendo in grado di prevedere sviluppi nuovi ed imprevisti delle immagini mediche. Essere in grado di ideare e sviluppare un progetto, portandolo a compimento con successo, entro i limiti temporali prefissati.

Sono conoscenze pregresse indispensabili gli argomenti attinenti all'esame di Strumentazione Biomedica II per poter comprendere i contenuti e conseguire gli obiettivi di apprendimento dell'insegnamento.

DIDATTICA FRONTALE

Standard industrial file DICOM
• Definizione di immagine digitale. Tipologia formato immagini digitali. File DICOM (Digital Imaging and COmmunications in Medicine) come formato di acquisizione dei dispositivi medici di diagnostica per immagini. Archiviazione, classificazione e gestione delle immagini DICOM acquisite dalle indagini cliniche radiologiche (Rx, CT, MRI). Aspetti tecnologici dei sistemi di informatizzazione RIS-PACS nelle strutture sanitarie. Grayscale Standard Display Function (GSDF) dei monitor di refertazione.

Tomografia assiale computerizzata (TAC)
• Aspetti tecnologici inerenti alla tomografia con modalità di acquisizione a spirale a singola slice e multi-slice. Cenni relativi alle tecniche di ricostruzione a mezzo di algoritmi algebrici lineari (algoritmi ART). Esempi di artefatti. Artefatto da Beam Hardening e metodi di correzione.

Tecniche di segmentazione
• Tecniche di post processing per discontinuità e similarità d’immagini tomografiche Binarizzazione con sogliatura locale e globale. Applicazioni di tecniche di segmentazione di edge detection, threshold, region growing, grow from seeds, region merging, region splitting, watershed.

ESERCITAZIONI
• Guest Lectures tenuti da Professionisti rappresentativi del settore Aziendale e dell’Ente Pubblico relativamente ad esempi di analisi radiomica, elaborazione e tecnologia di ultima generazione dei dispositivi medici di diagnostica.
• Impostazione per la ricostruzione del modello 3D di distretti anatomici e/o organi. Tecniche di ricostruzione, quali volume rendering e surface rendering. Attività di editing dei modelli 3D anatomici. Cenni del protocollo per la stampa virtuale 3D in formato file STL (STereo Lithography interface format).

TESTO e PUBBLICAZIONI SCIENTIFICHE di CONSULTAZIONE

• Dispense didattiche a cura del Docente.
• F.J. Rybicki, G. T. Grant. 3D Printing in Medicine. Springer International Publishing AG 2017.

• A. Marro, T. Bandukwala, W. Mak. Three Dimensional printing and Medical Imaging: A Review of the Methods and Applications. Current Problems in Diagnostic Radiology. 45:2-9, 2016.
• T.M. Bucking, E. R. Hill, J. L. Robertson, E. Maneas, A. A. Plumb, D. I. Nikitichev. From medical imaging data to 3D printed anatomical models. PLoS ONE 12(5): e0178540, 2017.

Le attività sono organizzate in lezioni frontali, esercitazioni in aula a mezzo di attività di gruppo supportate anche da seminari tenuti da medici relativi ad argomenti specifici della procedura di modellazione delle immagini DICOM e stampa 3D. La modalità di svolgimento dell’esame è orale e prevede la presentazione di un modello 3D elaborato con relativo prototipo virtuale per la stampa 3D.

La frequenza al corso è facoltativa, ma fortemente consigliabile.

Nella formulazione del progetto formativo la priorità è rappresentata dalla presentazione in aula di report in itinere di ricostruzione di modelli 3D di organi e/o sezioni anatomiche specifiche per paziente finalizzate al planning chirurgico pre-operatorio.La modalità di svolgimento dell’esame è orale

Discussione del progetto svolto in team;
Aspetti tecnologici helical CT;
Architettura file DICOM