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Obiettivi

OBIETTIVI GENERALI:
Il corso si pone l'obiettivo di fornire le conoscenze necessarie dei principi di funzionamento della strumentazione impiegata nella ricerca e la diagnostica in biomedica. In particolare, gli studenti studiano le interazioni delle radiazioni ionizzanti e non ionizzanti con la materia e imparano a sfruttarle nelle tecniche di imaging. Verranno approfonditi i temi della radiografia e tomografia con i raggi X e gamma, con la risonanza magnetica e con gli ultrasuoni.


OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere fondamenti delle interazioni radiazione-mataria in biomedicina.
OF 2) Conoscere dei metodi fisici per le immagini e degli effetti biologici delle radiazioni in medicina.
OF 3) Comprendere metodi di ricostruzione delle immagini nella diagnostica e ricerca.
OF 4) Conoscere l’attrezzatura impiegato per le immagini in biomedicina.
OF 5) Comprendere rivelatori delle radiazioni in medicina.
….
B – Capacità applicative
OF 6) Saper dedurre risposta dei rivelatori impiegati in biomedicina.
OF 7) Risolvere problemi relativi interazione della radiazione ionizzanti e materia.

C - Autonomia di giudizio
OF 8) Essere in grado di integrare le conoscenze acquisite al fine di applicarle per la diagnostica e ricerca nell’ambito sanitario.

D – Abilità nella comunicazione

E - Capacità di apprendere
OF 9) Avere la capacità di consultare articoli scientifici al fine di approfondire in modo autonomo gi argomenti nell’ambito sanitario.
OF 10) Essere in grado di ideare e sviluppare un progetto relativo diagnostica per le immagini in biomedicina.

Canali

NAURANG LAL SAINI NAURANG LAL SAINI   Scheda docente

Programma

Il corso  finalizzato ad acquisire le basi concettuali e la conoscenza dei principi di funzionamento della strumentazione impiegata nella ricerca e la diagnostica biomedica. L'obiettivo  di acquisire conoscenze di base sui principi fisici e sulle tecnologie in radiografia, tomografia computerizzata, medicina nucleare, risonanza magnetica,  ecografia con ultrasuoni, e acquisire conoscenze di base sui metodi di ricostruzione di immagini topografiche e discutere le varie modalità di imaging.
 
Interazione della radiazione ionizzante con la materia:
Proprietà delle radiazioni ionizzanti, corpuscolari e radiazioni elettromagnetiche; - radioattività: elementi radioattivi e serie radioattive; sorgenti radioattive naturali ed artificiali.

Interazione delle radiazione con la matteria: assorbimento delle radiazioni ionizzanti. Effetto delle radiazioni a livello molecolare e a livello cellulare; dosimetria delle radiazioni (cenni)
 
Tecniche per immagini con radiazioni ionizzanti:
Metodi dell'immagini con raggi X:
sorgenti, interazione con la materia, rivelazione, strumentazione ed applicazioni.
Tomografia computerizzata : tomografia assiale computerizzata a raggi X (TAC), strumentazione  e metodi di ricostruzione delle immagini, tomografia computerizzata ad emissione.

Metodi dell'immagini con radioisotopi (cenni):

sorgenti, interazione con la materia, rivelazione, strumentazione ed applicazioni, gamma camera, tomografia a emissione di positroni (PET), tomografia ad emissione di fotone singolo (SPECT). Elaborazione e ricostruzione di immagini.


Metodi dell'immagine con risonanza magnetica: 
risonanza magnetica nucleare e immagini in biomedicina
 
Immagini con ultrasuoni:
Metodi dell'immagini con ultrasuoni: sorgenti, interazione con la materia, rivelazione, strumentazione ed applicazioni

Testi adottati

1) The Essential Physics of Medical Imaging
JERROLD T. BUSHBERG, J. ANTHONY SEIBERT,
EDWIN M. LEIDHOLDT JR, JOHN M. BOONE, PhD

2) Medical Imaging Physics
William R. Hendee, E. Russell Ritenour

Bibliografia di riferimento

Oltre i libri di testo consigliati, vengono distribuite le dispense del corso.

Prerequisiti

E’ importante avere conoscenza delle proprietà generali delle radiazioni.

Modalità di svolgimento

Lo svolgimento del corso prevede lezioni in aula e seminari sugli argomenti specifici.

Modalità di valutazione

L'esame finale prevede una prova orale in cui vengono fatte domande per approfondire tutti gli argomenti trattati durante il corso. Inoltre, durante il corso vengono svolte prove itinere (presentazioni dei seminari) con la valutazione fino 1/3 della quella complessiva.

I criteri di valutazione dell'esame tengono in conto:
- la chiarezza ed il rigore espositivo nella presentazione.
- la correttezza dei concetti esposti.
- la capacità di sviluppo analitico della teoria.
- attitudine nel problem solving (metodo e risultati)

Data inizio prenotazione Data fine prenotazione Data appello
10/01/2022 19/01/2022 20/01/2022
20/01/2022 14/02/2022 15/02/2022
20/05/2022 14/06/2022 15/06/2022
20/06/2022 09/07/2022 10/07/2022
25/08/2022 12/09/2022 13/09/2022

ROBERTO PANI ROBERTO PANI  

Programma

Programma dell’insegnamento

La prima parte del corso sarà dedicata a: (12 ore)

Sistemi di rivelazione per imaging funzionale (Medicina Nucleare).
La spettrometria X-gamma con rivelatori a semiconduttore e a scintillazione.
I fotorivelatori:PMT,SDD,SPD,APD,SiPM. Spettro ideale e reale di un rivelatore , funzione di risposta di un rivelatore e trasporto della radiazione X-gamma. Efficienza di rivelazione, rateo di conteggio,risoluzione in energia, linearità di risposta in energia, metodi di calibrazione di un rivelatore spettrometrico. misura della radioattività e relazione spettro dose. Controlli di qualità dei sistemi di misura delle radiazioni. Esempi applicativi di spettrometria gamma in medicina nucleare.
Principi di funzionamento dell’Anger camera. Sistemi di rivelazione e modalità di produzione delle immagini, i sistemi di collimazione passiva . Collimatori paralleli, slant, divergenti,convergenti, pinhole, risoluzione spaziale e sensibilità di risposta dei collimatori, uniformità e linearità di risposta in posizione. La tomografia ad emissione di singolo fotone : SPET

La seconda parte del corso sarà dedicata a : (12 ore)

Imaging radioisotopico e principi di formazione delle immagini in SPET. Cristalli di scintillazione per imaging SPET. Teoria della formazione dell’immagine con il metodo del centroide della distribuzione di luce di scintillazione. Fotorivelatori, cristalli di scintillazione continui e pixellati. Formazione dell’immagine a lettura diretta di singolo pixel con matrici di rivelazione a semiconduttore e a scintillazione.
La tomografia ad emissione di positone PET
Principi di formazione delle immagini in PET. I cristalli di scintillazione per la PET. Sistemi di rivelazione basati sul metodo del centroide della luce di scintillazione e sistemi basati sulla lettura diretta del pixel cristallo. Il concetto di “block detector”. PET basata su sistemi continui di rivelazione (Anger camera) . La risoluzione spaziale e fisica del positone.
La risoluzione spaziale di rivelazione e fattori che la influenzano: parallasse, profondità d’interazione nel cristallo e non co-linearità dei fotoni di annichilazione. La sensibilità di rivelazione della PET ,coincidenze vere,false e randomiche. Lo sviluppo di sistemi basati su ToF (Time of Flight). Acquisizione bidimensionale tridimensionale degli eventi. Caratteristiche dei sistemi PET commerciali e di ricerca.


Testi adottati

Physics in Nuclear Medicine - by Drs. Simon R. Cherry, James A. Sorenson, and Michael E. Phelps 2012 Sounders Elsevier

The Physics of Medical X-Ray Imaging Bruce Hasegawa 1990; Medical Physics Pub. Co; Madison, WI (United States);

THE PHYSICS OF. MEDICAL IMAGING. Edited by. Steve Webb. Taylor &Francis Group. New York London

Radiation Detection and Measurement. Third Edition. Glenn F. Knoll John Wiley & Sons, Inc. New York/Chichester/Weinheim/Brisbane/Toronto/Singapore .

Prerequisiti

Sono importanti le conoscenze di base su nuclei atomici e radioattività , energie di legame dei nuclei e forze nucleari. I decadimenti radioattivi, alfa , beta e gamma. Legge di decadimento radioattivo e tempo di dimezzamento

Modalità di svolgimento

•Lezioni frontali ed esercitazioni in aula e due dimostrazioni sperimentali in laboratorio. •Durante le lezioni frontali saranno sviluppati esempi applicati alla medicina o alla biologia. •Durante il corso verranno svolte un numero di ore di esercitazioni formali guidate alla impostazione ed alla soluzione di un numero di problemi con discussione interattiva con gli studenti •Verranno analizzati due situazioni sperimentali dove verranno forniti agli studenti dei dati sperimentali da elaborare per consentire di caratterizzare un fascio di radiazione /un rivelatore di radiazione.

Modalità di valutazione

La prova orale verificherà :
1) La conoscenza dei principi di base di funzionamento dei rivelatori di radiazione e di imaging 50%
2) L'analisi dei dati sperimentali forniti allo studente durante le dimostrazioni in laboratorio 50%

Scheda insegnamento
  • Anno accademico: 2021/2022
  • Curriculum: Particle and Astroparticle Physics - in lingua inglese
  • Anno: Secondo anno
  • Semestre: Primo semestre
  • SSD: FIS/01
  • CFU: 6
Caratteristiche
  • Attività formative caratterizzanti
  • Ambito disciplinare: Sperimentale applicativo
  • Ore esercitazioni: 36
  • Ore Aula: 24
  • CFU: 6.00
  • SSD: FIS/01