Ingegneria Biomedica

Introduzione e generalita' L'atomo di Bohr. Livelli atomici. Il nucleo. Livelli nucleari. Radiazione α,β,γ . Decadimento radiattivo e vita media. Sezione d'urto e probabilita' di interazione 2 Fotoni Effetto fotoelettrico. Costante di Plack e concetto di fotone . Scattering Thomson: sezione d'urto polarizzata e non polarizzata. Scattering Rayleigh. Effetto Compton. Produzione di coppie e sciami elettromagnetici. Attenuazione e assorbimento di raggi X 3 Particelle cariche Perdita di energia di particelle cariche. Range. Fluttuazione di perdita di energia. Bremsstrahlung. Distribuzione angolare. 4 Neutroni Scattering di neutroni. Moderazione di neutroni 5 Rivelazione di radiazione Ionizzazione in gas. Rivelatori a ionizzazione in gas. Scintillazione. Contatori a scintillazione. Film fotografici. Contatori a Termoluminescenza 6 Dosimetria Unita' e grandezze dosimetriche. Fluenza. Esposizione. Kerma. Dose. Misure di dose e esposizione. Build-up. Schermi per radiazioni. Principi di Radioprotezione e limiti di dose. 7 Effetti biologici delle radiazioni. Effetti biologici. Fonti dei dati di irradiazione. Radiobiologia. Relazione dose- risposta: raggi X, radiazione carica, neutroni. Sovravvivenza cellulare. Efficacia radiobiologica 9 Tecniche diagnostiche e terapeutiche La Single Photon Emission Computed Tomography. La Positron Emission Tomography. Radioterapia. Adroterapia

Conoscenza dell'elettromagnetismo e di Campi elettromagnetici - elementi di probabilita' e statistica

James Turner: "Atoms, radiation and radioprotection"

Frequenza in aula per le lezioni teoriche tre volte a settimana e in una frequenza settimanale in laboratorio per le esperienze

La prova orale riguarda la valutazione delle conoscenze sulle tecniche medicali che usano le radiazioni. In particolari sara' argomento di esame le basi della fisica nucleare applicata alla medicina e i fondamenti della radioprotezione. Si valuteranno lae conoscenze delle tecniche di imaging nucleare con particolare riguardo al design tecnologico di macchine SPECT e PET. Sara' anche argomento di esame la conoscenza dell'applicazione della fisica delle radiazioni alla radioterapia dei tumori solidi.

Le lezioni teoriche si tengono in presenza. L'esperienze di laboratorio (una a settimana) si tengono il presenza

Elementi di calcolo delle probabilità e statistica applicati alle tecniche di conteggio. Caratteristiche (andamento, media, varianza, uso) delle distribuzioni di probabilità binomiale, poissoniana, esponenziale, gaussiana, del chi2 [non è richiesta la conoscenza della derivazione delle distribuzioni]. Test del chi2: studio di distribuzioni poissoniane. Descrizione della catena di misura utilizzata in laboratorio; scintillatori inorganici, in particolare CsI(Tl) e loro caratteristiche: efficienza luminosa, spettro di emissione, caratteristiche temporali. Raccolta di luce. Fotomoltiplicatore: in particolare: caratteristiche del fotocatodo, relazione guadagno-HV, schema semplificato del partitore di tensione utilizzato, tempo di transito. Risoluzione energetica. Discriminazione dei segnali e tempo di formazione. Tempo morto: sua definizione e formula correttiva. Determinazione della frequenza di conteggi in presenza di tempo morto. Interazione con lo scintillatore dei fotoni prodotti nelle catene di decadimento di Na22 Co60 Cs137.Effetti della risoluzione sullo spettro di ampiezza misurato in laboratorio. Angolo solido e andamento 1/r2. Stima dell'attività della sorgente utilizzata. Attenuazione e assorbimento della radiazione gamma in Al, Fe, Cu, Zn e ottone. Relazione con l'efficienza di rivelazione nel CsI(Tl).

Il modulo di laboratorio non ha specifici pre-requisiti, e lo studente verrà introdotto nel corso alle tecnologie necessarie per effettuare le esperienze, e agli elementi di teoria che permettano di processare i dati ed effettuarne una analisi statistica giungendo a delle conclusioni. Facilitano lo studente le nozioni fondamentali di Fisica 1 e Fisica 2, statistica ed uso di fogli di calcolo per l'elaborazione dei dati sperimentali (xcel, matlab)

I testi adottati vengono via via presentati lungo il corso e sono quelli che trattano gli argomenti da programma. L'enfasi viene posta sugli aspetti sperimentali osservati in laboratorio.

Il corso si compone di due parti: la prima parte riguarda le 4-5 esperienze di laboratorio che si svolgono nel Laboratorio Didattico di Fisica (LaDiFi) in via del Castro Laurenziano (Laboratorio B). Ogni studente è tenuto a frequentare le esperienze di laboratorio, effettuare le misure, e tenere un proprio diario di laboratorio e preparare un quaderno di laboratorio per la discussione in sede di esame. In aggiunta a queste 4-5 mattinate (ore 9:00 - 13:00, ogni singola esperienza dura 4 ore), sono previste 8-9 lezioni frontali da 2 ore in cui vengono presentate le esperienze, discussi gli elementi teorici e presentati gli strumenti di misura, l'analisi statistica e ciò che ci si aspetta di misurare dal punto di vista teorico.

La frequenza delle esperienze di laboratorio è obbligatoria, quella delle lezioni no. Tuttavia è caldamente raccomandato agli studenti di frequentare in presenza in modo da facilitare l'apprendimento ed evitare problemi in sede di esame.

La valutazione delle conoscenze avverrà in un esame orale in cui lo studente dovrà illustrare il contenuto e lo svolgimento di una delle esperienze fatte in laboratorio, dimostrare di conoscere i dettagli dell'apparato sperimentale utilizzato e delle modalità di analisi dati che ha implementato e, per concludere, dovrà rispondere ad una domanda relativa al modulo di teoria in cui è stato presentato il dettaglio del decadimento della sorgente radioattiva usata in laboratorio, ed il meccanismo di misura dei prodotti di decadimento.