Scheda programma d'esame
NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE
MICHELA TOSETTI
Academic year2022/23
CoursePHYSICS
Code124BB
Credits6
PeriodSemester 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
RISONANZA MAGNETICA NUCLEAREFIS/07LEZIONI36
LAURA ANDREOZZI unimap
MATTEO CENCINI unimap
MICHELA TOSETTI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Lo studente che completa con successo il corso avrà la capacità di comprendere i principi della Risonanza Magnetica Nucleare e la sua applicazione nell'uomo; sarà in grado di dimostrare la conoscenza dell'interazione radiazione elettromagnetica con i sistemi biologici e le tecniche di acquisizione delle immagini e di valutare gli effetti del rilassamento T1 e T2; sarà in grado di dimostrare la conoscenza dei rivelatori RF, sarà a conoscenza delle tecniche avanzate per le misurazioni quantitative non solo in esperimenti di laboratorio ma anche in vivo nell'uomo.

Knowledge

The student who successfully completes the course will have the ability to understand the principles of Nuclear Magnetic Resonance and its application in living systems; will be able to demonstrate the knowledge of electromagnetic radiation interaction with living systems and the techniques for acquiring images and to evaluate T1 and T2 relaxation effects; will be able to demonstrate knowledge of basic coils for signal detection; will be aware of the power and pitfalls of the advanced techniques for quantitative measurements.

Modalità di verifica delle conoscenze

 Durante la prova orale lo studente dovrà dimostrare di conoscere il materiale del corso e di essere in grado di discuterne i principi e i metodi con terminologia appropriata. Lo studente sarà valutato sulla capacità di mettere in pratica ed eseguire, con consapevolezza critica, le attività illustrate o svolte durante il laboratorio.

 

 

Assessment criteria of knowledge

During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the course material and be able to discuss the principles and methods with appropriate terminology. The student will be assessed on his/her demonstrated ability to put into practice and to execute, with critical awareness, the activities illustrated or carried out during the laboratory.

Methods:

  • Final oral exam
  • Laboratory report for the experiences at the Prof Andreozzi Lab

 

Capacità

alla fine del corso lo studente sara' in grado di comprendere  e misurare le features contenute in una immagine MRI e la diffreenza fra immaging di contasto e imaging quantitativo

Skills

at the end of the course the student will be able to understand which features are contained in an MRI image and the difference between  contrast image and quantitative image

 

Modalità di verifica delle capacità

iterattiva durante le lezioni e le esercitazioni in laboratorio

Assessment criteria of skills

iterative during lessons and laboratory

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

-elementi di interazione radiazione-materia

-elementi di elettromagnetismo (eq. di Maxwell, Legge di Faraday, Dipoli in campi em)

-metodi matemici per la fisica (i.e. Trasformata di Fourier)

 

Prerequisites

-elements of radiation-matter

- interaction-elements of electromagnetism (Maxwell's equation, Faraday's law, dipoles in em fields)

- mathematical methods for physics (i.e. Fourier transform)

Indicazioni metodologiche

Lezione frontali in presenza

Attività didattiche:

  • frequentare le lezioni
  • partecipazione ai seminari

  • esperienze di laboratorio


Frequenza obbligatoria

Metodi di insegnamento: Lezioni Seminari Laboratori

Teaching methods

Delivery: face to face

Learning activities:

  • attending lectures
  • participation in seminar
  • laboratory exscperience

Attendance: Mandatory

Teaching methods:

  • Lectures
  • Seminar
  • Laboratory
Programma (contenuti dell'insegnamento)
  • Il fenomeno della Risonanza Magnetica Nucleare : Cenni Storici. Proprietà magnetiche dei nuclei. Risposta classica di un singolo nucleo a campi magnetici e precessione di Larmor. Modello quantistico e effetto Zeeman.
  • Dinamica della magnetizzazione: Il vettore Magnetizzazione. Equazioni di Bloch. Sistemi di riferimento equivalenti. Meccanismi di Rilassamento: parametri e scala dei tempi di interazione, tempi di rilassamento spin-spin e spin-reticolo.
  • Rivelazione del Segnale:Induzione di Faraday. Principio di reciprocità.
  • Metodi di acquisizione del Segnale: Segnale e Magnetizzazione, Free Induction Decay, Spin Echo, Inversion Recovery.
  • Introduzione all’imaging: gradienti di campo e codifica spaziale. Concetto di K-spazio. Trasformata di Fourier e ricostruzione dell’immagine. Contrasto di una immagine nelle sequenze di base: gradient echo, spin echo, inversion recovery.
  • Real-world MR imaging - parte 1: Fast spin echo e fast gradient echo. Steady-state imaging.
  • Real-world MR imaging - parte 2: Parallel imaging e compressed sensing
  • Estensioni delle Equazioni di Bloch: Diffusione e magnetization transfer.
  • Parameter Encoding and Decoding

Ed Esperienza 1 -c/o Stella Maris – IMAGO7 4 ore 

 Imaging quantitativo: Rilassometria (gold standard e implementazioni in-vivo). Concetto di model-based imaging. Artifact game show

Ed Esperienza 2 c/o Stella Maris – IMAGO7 4 ore

T2*-based techniques: T2* mapping, Quantitative Susceptibility Mapping and fMRI

Ed Esperienza 3 c/o Stella Maris – IMAGO7 4 ore

Caratterizzazione della degli scanner MR

 

Seminari:

-Structural and functional connectivity in the brain

-Measuring normality and pathology with big data: AI in medical imaging

Syllabus

Classical Bloch equations and basic quantum mechanical description Magnetization Interaction with RF; rotating frame Receiving and acquiring data Simple sequences to measure relaxation times; Gradient echo, spin echo and stimulated echo, inversion recovery Reconstruction imaging: slice selection, Phase and Frequency encoding (k space) Basic spectroscopy, and advanced imaging techniques Components of an MR scanner Interactions of MR fields with biological tissues.

 

Lab Experience 1 -c/o Stella Maris – IMAGO7 4 ore 

 quantitaive imaging: relaxation (gold standard and in-vivo experiment). Model-based imaging. Artifact game show

Lab Experiencec/o Stella Maris – IMAGO7 4 ore

T2*-based techniques: T2* mapping, Quantitative Susceptibility Mapping and fMRI

Lab Experience c/o Stella Maris – IMAGO7 4 ore

Characterization of a MR scanner

Lectures:

-Structural and functional connectivity in the brain

-Measuring normality and pathology with big data: AI in medical imaging

-Structural and functional connectivity in the brain

-Measuring normality and pathology with big data: AI in medical imaging

Bibliografia e materiale didattico

[1] Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design. E.M Haacke, R W. Brown, M.R. Thompson, R. Venkatesan. Ed Wiley-Liss, 1999. Further bibliography [2] In Vivo NMR Spectroscopy: Principles and Techniques. Robin A. de Graaf. Ed. John Wiley & Sons, 2013. [3]Quantitative MRI of the Brain: Measuring Changes Caused by Disease. Paul Tofts. Ed. John Wiley and Sons, 2003. [4] Ultra High Field Magnetic Resonance Imaging. Pierre-Marie Robitaille, Lawrence Berliner. Ed. Springer, 2007.

Bibliography

Recommended reading: [1] Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design. E.M Haacke, R W. Brown, M.R. Thompson, R. Venkatesan. Ed Wiley-Liss, 1999. Further bibliography [2] In Vivo NMR Spectroscopy: Principles and Techniques. Robin A. de Graaf. Ed. John Wiley & Sons, 2013. [3]Quantitative MRI of the Brain: Measuring Changes Caused by Disease. Paul Tofts. Ed. John Wiley and Sons, 2003. [4] Ultra High Field Magnetic Resonance Imaging. Pierre-Marie Robitaille, Lawrence Berliner. Ed. Springer, 2007.

Modalità d'esame

Metodi: Esame finale orale

Rapporto di laboratorio per la Parte del corso della Prof Andreozzi

Assessment methods

Final oral exam
Laboratory report for Prof. Andreozzi part of the course

Updated: 17/05/2023 15:16