Scheda programma d'esame
RADIATION BIOPHYSICS AND BIOENGINEERING
FRANCESCO D'ERRICO
Academic year2020/21
CourseBIOMEDICAL ENGINEERING
Code250II
Credits12
PeriodSemester 1 & 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE E INTERAZIONI BIOLOGICHEING-INF/02LEZIONI60
AGOSTINO MONORCHIO unimap
RADIAZIONI IONIZZANTI E INTERAZIONI BIOLOGICHEING-INF/06LEZIONI60
FRANCESCO D'ERRICO unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Modulo di radiazione elettromagnetica (Prof. Agostino Monorchio)

Dopo aver completato con successo questo modulo, gli studenti saranno in grado di:

  • Dimostrare una conoscenza approfondita della fenomenologia della propagazione delle onde elettromagnetiche nonché dell'interazione delle onde con i tessuti biologici;
  • Utilizzare le tecniche appropriate per calcolare e misurare la potenza assorbita dal tessuto biologico esposto a campi elettromagnetici, in funzione della frequenza e della polarizzazione delle onde;
  • Comprendere il principio di funzionamento dei sistemi di esposizione e le linee guida sui limiti di esposizione alle radiazioni.

Modulo radiazioni ionizzanti (Prof. Francesco d’Errico)

Dopo aver completato con successo questo modulo, gli studenti saranno in grado di:

  • Comprendere gli effetti stocastici e deterministici delle radiazioni ionizzanti sugli esseri umani.
  • Apprendere i principi di progettazione e funzionamento delle apparecchiature di imaging, inclusi i recettori delle immagini e le tecniche di ricostruzione.
  • Comprendere vantaggi e limiti delle varie modalità diagnostiche e terapeutiche.
Knowledge

Electromagnetic radiation module (Prof. Agostino Monorchio)

Upon successful completion of this module, students will be able to:

  • Demonstrate a thorough knowledge of the phenomenology of the electromagnetic wave propagation as well as of the wave interaction with biological tissues;
  • Use the appropriate techniques to calculate and measure the power absorbed by biological tissue exposed to electromagnetic fields, as a function of frequency and wave polarization;
  • Understand the working principle of exposure systems and guidelines on radiation exposure limits.

Ionizing radiation module (Prof. Francesco d’Errico)

Upon successful completion of this module, students will be able to:

  • Understand stochastic and deterministic effects of ionizing radiations on humans.
  • Learn design and operation principles of imaging equipment, including image receptors, and reconstruction techniques.
  • Understand advantages and limitations of the various diagnostic and therapeutic modalities.
Modalità di verifica delle conoscenze

Sarà effettuata una valutazione continua per monitorare i progressi accademici sotto forma di interazioni continue insegnante-studente durante le lezioni. Talvolta, un gruppo di studenti avrà il compito di affrontare un problema o un problema specifico.

Assessment criteria of knowledge

Ongoing assessment to monitor academic progress will be carried out in the form of continuous teacher-student interactions during the classes. Often, a group of students will be tasked with addressing a specific issue or problem.

Capacità

Alla fine del corso:

  • Gli studenti conosceranno la fenomenologia della propagazione delle onde elettromagnetiche e dell'interazione delle onde con i tessuti biologici;
  • Gli studenti sapranno utilizzare le tecniche appropriate per calcolare e misurare la potenza assorbita dai tessuti biologici esposti a campi elettromagnetici, in funzione della frequenza e della polarizzazione delle onde;
  • Gli studenti sapranno selezionare le tecniche più adatte alle diverse applicazioni diagnostiche e terapeutiche delle radiazioni ionizzanti.
  • Gli studenti potranno selezionare i parametri di acquisizione ed effettuare valutazioni della qualità dell'immagine durante sessioni pratiche presso il reparto di radiologia diagnostica dell'ospedale universitario.
  • Gli studenti comprenderanno i principi dei sistemi di esposizione e le linee guida sui limiti di esposizione alle radiazioni.
  • Gli studenti potranno presentare, in una relazione scritta, i risultati dell'attività di laboratorio svolta con rivelatori di radiazioni e controllo delle sorgenti.
Skills

By the end of the course:

  • Students will know the phenomenology of the electromagnetic wave propagation as well as of the wave interaction with biological tissues;
  • Students will know how to use the appropriate techniques to calculate and measure the power absorbed by biological tissue exposed to electromagnetic fields, as a function of frequency and wave polarization;
  • Students will know how to select the most suitable techniques for the various diagnostic and therapeutic applications of ionizing radiations.
  • Students will be able to select acquisition parameters perform image quality evaluations during practical sessions at the diagnostic radiology department of the university hospital.
  • Students will understand the principles of exposure systems and guidelines on radiation exposure limits.
  • Students will be able to present, in a written report the results of their laboratory activity carried out involving radiation detectors and check sources.
Modalità di verifica delle capacità

Durante le sessioni di laboratorio, piccoli gruppi di studenti lavoreranno con i nostri dispositivi di monitoraggio della dose e verificheranno le fonti al fine di valutare e documentare l'esposizione ricevuta dai lavoratori delle radiazioni. Gli studenti dovranno preparare e presentare una relazione scritta che documenta i risultati dell'attività del progetto.

Assessment criteria of skills

During the laboratory sessions, small groups of students will work with our dose monitoring devices and check sources in order to assess and document the exposure received by radiation workers. Students will have to prepare and present a written report that documents the results of the project activity.

Comportamenti

Alla fine del corso:

  • Gli studenti acquisiranno consapevolezza dei parametri operativi che influenzano la risposta e l'affidabilità delle apparecchiature di radiologia diagnostica.
  • Gli studenti saranno in grado di gestire la responsabilità di guidare un piccolo team che esegue l'imaging radiologico diagnostico.
  • Gli studenti acquisiranno accuratezza e precisione durante la raccolta e l'analisi dei dati sperimentali in laboratorio.
Behaviors

By the end of the course:

  • Students will acquire an awareness of the operating parameters affecting the response and reliability of diagnostic radiology equipment.
  • Students will be able to manage the responsibility of leading a small team performing diagnostic radiology imaging.
  • Students will acquire accuracy and precision when collecting and analyzing experimental data in the laboratory.
Modalità di verifica dei comportamenti
  • Durante le sessioni di laboratorio di diagnostica radiologia imaging, verrà valutata l'accuratezza e la precisione delle attività svolte
  • Durante il lavoro di gruppo in laboratorio verranno valutate le modalità di assegnazione di responsabilità, gestione e organizzazione durante gli esperimenti
  • A seguito delle attività di laboratorio, gli studenti saranno invitati a presentare brevi relazioni riguardanti le esperienze svolte e le metodologie di analisi dei dati discusse.
Assessment criteria of behaviors
  • During the diagnostic radiology imaging laboratory sessions, the accuracy and precision of the activities carried out will be evaluated
  • During laboratory group work, the methods of assigning responsibility, management and organization during the experiments will be evaluated
  • Following laboratory activities, students will be requested to submit short reports concerning the experiments carried out and the data analysis methodologies discussed.
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Gli studenti dovrebbero essere competenti nei fondamenti della fisica moderna, dell'elettromagnetismo e dell'analisi matematica.

Prerequisites

Students should be proficient in the fundaments of modern physics, electromagnetism, and calculus.

Indicazioni metodologiche

Il corso si basa su lezioni in aula altamente interattive, con ausili visivi come presentazioni PowerPoint ™ e videoclip che vengono messi a disposizione degli studenti.

Le sessioni di laboratorio si svolgono nelle nostre sedi didattiche e di ricerca dove agli studenti viene chiesto di formare gruppi, utilizzare la strumentazione didattica disponibile, osservare dimostrazioni del funzionamento dei nostri più delicati strumenti di ricerca e utilizzare i loro personal computer per l'analisi dei dati.

Vengono regolarmente inclusi strumenti e attività di supporto, come la ricerca di materiali da siti web consigliati, la partecipazione a seminari di attualità tenuti da altri docenti e docenti di ricerca.

Sebbene il corso non disponga di un sito di e-learning dedicato, è disponibile un sito Web dal quale gli studenti possono scaricare materiali didattici, inclusi libri di testo disponibili gratuitamente, diapositive delle lezioni, documenti da rivedere a casa.

Le comunicazioni tra docente e studenti, avvengono principalmente tramite incontri faccia a faccia, scambi di e-mail e un utilizzo crescente dei social media.

Il corso è attualmente offerto in italiano.

Teaching methods

The course is based on highly-interactive class lectures, with visual aids such as PowerPoint™ presentations and video clips which are made available to the students.

Laboratory session take place in our didactic and research locales where students are asked to form groups, use the available didactic instrumentation, observe demonstrations of the operation of our most delicate research tools, and utilize their personal computers for data analysis.

Supporting tools and activities are regularly included, such as researching materials from recommended websites, attending topical seminars given by other teaching and research faculty members.

While the course does not have a dedicated e-learning site, a website is available from which students can download educational materials, including freely available textbooks, lecture slides, papers to revise at home.

Communications between lecturer and students, mainly occur via face-to-face meetings, email exchanges and an increasing use or social media.

The course is currently offered in Italian.

Programma (contenuti dell'insegnamento)

Modulo di radiazione elettromagnetica (Prof. Agostino Monorchio) Questo modulo copre le onde piane ei parametri caratteristici della propagazione delle onde, sia irradiate che condotte; interazione delle onde con tessuti biologici, tecniche analitiche e numeriche per la stima del SAR, dosimetria sperimentale, sistemi di esposizione, linee guida ICNIRP per l'esposizione umana a radiazioni non ionizzanti.

Modulo Radiazioni ionizzanti (Prof. Francesco d’Errico) Questo modulo illustra le sorgenti e le applicazioni delle radiazioni ionizzanti nelle procedure diagnostiche e terapeutiche. Le tecniche di imaging radiologico descritte nel corso comprendono la radiografia a proiezione, la mammografia, la fluoroscopia e la tomografia computerizzata; le tecniche di emissione nucleare includono imaging planare con gamma camera, tomografia a emissione di fotone singolo e tomografia a emissione di positroni. Le tecniche di radioterapia comprendono la brachiterapia, i trattamenti con fasci esterni con raggi X ed elettroni, la terapia adronica e la terapia per cattura neutronica nel boro.

Syllabus

Electromagnetic radiation module (Prof. Agostino Monorchio) This module covers plane waves and characteristic parameters of wave propagation, both radiated and conducted; wave interaction with biological tissues, analytical and numerical techniques for SAR estimation, experimental dosimetry, exposure systems, ICNIRP guidelines for human exposure to non-ionizing radiations.

Ionizing radiation module (Prof. Francesco d’Errico) This module illustrates the sources and applications of ionizing radiations in diagnostic and therapeutic procedures. Radiological imaging techniques described in the course include projection radiography, mammography, fluoroscopy and computed tomography; nuclear emission techniques include planar imaging with gamma cameras, single photon emission tomography and positron emission tomography. Radiotherapy techniques include brachytherapy, external beam treatments with x-rays and electrons, hadron therapy and boron neutron capture therapy.

Bibliografia e materiale didattico

È raccomandato lo studio dei seguienti tesi di riferimento:

  • G. Manara, A. Monorchio, P. Nepa, Appunti di Campi Elettromagnetici, SEU, Pisa, 2000.
  • Guidelines for Limiting Exposure to Time-varying Electric, Magnetic, and Electromagnetic Fields (up to 300 GHz). International Commission on Non Ionizing Radiation Protection, ICNIRP, Health Physics 74: 494-522 (1998)
  • Bushberg, Jerrold T. Essential physics of medical imaging. Lippincott Williams & Wilkins.

Durante il corso saranno forniti ulteriori riferimenti bibliografici.

Bibliography

Recommended reading includes the following textbooks:

  • G. Manara, A. Monorchio, P. Nepa, Appunti di Campi Elettromagnetici, SEU, Pisa, 2000.
  • Guidelines for Limiting Exposure to Time-varying Electric, Magnetic, and Electromagnetic Fields (up to 300 GHz). International Commission on Non Ionizing Radiation Protection, ICNIRP, Health Physics 74: 494-522 (1998)
  • Bushberg, Jerrold T. Essential physics of medical imaging. Lippincott Williams & Wilkins.

Further bibliography will be indicated.

Indicazioni per non frequentanti

Gli studenti non sono tenuti a frequentare il corso per sostenere l'esame di idoneità. Tutto il materiale è messo a disposizione degli studenti non frequentanti che possono anche richiedere l'incontro con istruttore e assistenti per affrontare temi di interesse e richieste di chiarimenti.

Non-attending students info

Students are not required to attend the course in order to undergo the proficiency examination. All materials are made available to non attending students who can also request meeting with instructor and assistants in order to address topis of interest and requests for clarifications.

Modalità d'esame

L'esame finale di profitto comprende una prova scritta e una prova orale consistente in un colloquio tra il candidato, il docente e i collaboratori del docente. La durata media del colloquio è di un'ora e il numero di professori che conducono il colloquio è solitamente di due. Durante il test, gli studenti vengono valutati sulla loro comprensione e analisi critica dei contenuti del corso utilizzando la terminologia appropriata. Il test è suddiviso in più parti, corrispondenti alle varie sezioni del programma. Per superare l'esame è utile, anche se non obbligatorio, la frequenza alle lezioni e il completamento delle attività di laboratorio didattico. Il test non avrà esito positivo se il candidato dimostra ripetutamente un'incapacità di mettere in relazione e collegare parti del programma con nozioni e idee che devono combinare per rispondere correttamente a una domanda, o se il candidato non risponde sufficientemente alle domande per quanto riguarda la parte più fondamentale del corso.

Assessment methods

The final proficiency exam comprises a written and an oral test consisting of an interview between the candidate, the lecturer, and the lecturer’s collaborators. The average length of the interview is one hour and the number of professors conducting the interview is usually two. During the test, students are assessed on their understanding and critical analysis of the course contents using the appropriate terminology. The test is divided into several parts, corresponding to the various sections of the program. In order to pass the exam, it is useful although not mandatory to attend the classes and to have completed the educational laboratory activities. The test will not have a positive outcome if the candidate repeatedly demonstrates an inability to relate and link parts of the program with notions and ideas that they must combine in order to correctly respond to a question, or if the candidate does not respond sufficiently to questions regarding the most fundamental part of the course.

Updated: 12/03/2021 16:00