ECTS - University of Pisa
Scheda programma d'esame
PHYSICS AND COMPUTER SCIENCE APPLIED TO RADIOLOGY
NICOLA BELCARI
Academic year2023/24
CourseIMAGING AND RADIOTHERAPY TECHNIQUES
Code003BA
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
FISICA APPLICATA ALLA STRUMENTAZIONE RADIOLOGICAFIS/07LEZIONI24
NICOLA BELCARI unimap
INFORMATICA RIS/PACSINF/01LEZIONI24
MARCO PATERNI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Le basi fisiche dei sistemi di imaging radiologico e di medicina nucleare, informatica,  sistemi informativi sanitari
Knowledge

The physical bases of radiological imaging and nuclear medicine systems, Computer science, Information systems
Modalità di verifica delle conoscenze

Esame orale
Assessment criteria of knowledge

Oral Exam
Capacità

Al termine del corso lo studente avrà una conoscenza dei principi fisici, dei materiali e del funzionamento deisistemi di imaging radiologico e di medicina nucleare oltre alla conoscenza dell'informatica di base, degli standard informatici in sanità,  dei sistemi RIS e PACS, con capacità di estrazione ed elaborazione dei dati.
Skills

At the end of the course the student will have a knowledge of the physical principles, materials and functioning of the radiological imaging and nuclear medicine systems as well as the knowledge of basic computer science and of the RIS and PACS systems, with data extraction and processing capacity .
Modalità di verifica delle capacità

Descrizione dei sistemi di imaging; esercizi di estrazione ed elaborazione dei dati, soluzione di problemi su progettazione reti.
Assessment criteria of skills

Description of imaging systems; data extraction and processing exercises, problem solving on network design.
Comportamenti

Attenzione alla sicurezza del paziente
Behaviors

Attention to patient safety
Modalità di verifica dei comportamenti

Domande specifiche all'esame orale
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Fisica della radiazione, fisica di base, matematica scolastica, elementi di infoirmatica.
Prerequisites

Radiation physics, basic physics, basic mathematics
Indicazioni metodologiche

Frequenza a lezione, appunti, approfondimento personale
Programma (contenuti dell'insegnamento)

FISICA:

  1. Introduzione all'imaging biomedico. 
  2. Concetti base della qualità dell'immagine: contrasto e risoluzione spaziale. Il tubo radiogeno: Principi fisici di funzionamento e le sue componenti. 
  3. Fattori che influenzano la produzione di raggi X. I concetti di quantità, qualità e esposizione di un fascio di raggi X. Dimensione efficace della macchia focale e sua variazione del piano dell'immagine. Effetto anodico (Heel). Il filtraggio. Peculiarità del tubo mammografico: il filtraggio con anodo in Molibdeno e Rodio.
  4.  I principi geometrici della radiologia proiettiva. Gli schermi di rinforzo, materiali e peculiarità costruttive. Il film radiografico ed il concetto di densità ottica, curva di H&D 
  5. Il compromesso tra dose e contrasto in radiologia. Il ruolo della radiazione diffusa in radiologia proiettiva e la relativa riduzione di contrasto. Le griglie antidiffusione: i principi fisici e caratteristiche, il rapporto di griglia e il fattore di Bucky. La radiologia digitale. Caratteristiche fisiche dei sistemi CR e relative tecnologie construttive (fosfori fotostimolabili e sistemi di lettura laser). Le CCD. 
  6.  Sistemi TFT-flat panel a conversione indiretta. Sistemi radiologici digitali a conversione diretta. I principi fisici degli intensificatori di immagine, Le componenti degli intensificatori di immagine, La fluoroscopia.
  7. La tomografia assiale computerizzata: principi fisici e tecnologia. Il sinogramma e cenni sulla retroproiezione filtrata. Strumentazione di imaging in medicina nucleare: Rivelatori a scintillazione, il fotomoltiplicatore 
  8.  La gamma camera e i collimatori a fori paralleli e a pinhole. Principi di funzionamento della SPECT. 

 

INFORMATICA RIS/PACS

  1. Sistemi informativi sanitari. Concetti generali, documentazione sanitaria elettronica, RIS e PACS (funzionalità ed architettura)
  2. HL7 . Il bisogno di standardizzazione e la nascita di HL7. Caratteristiche dello standard e la sua evoluzione.
  3. Protocollo DICOM . Filosofia generale, caratteristiche dello standard e vari esempi operativi.
  4. IHE. La necessità di coordinare gli standard, l’iniziativa IHE e la sua operatività.
  5. Big data e intelligenza artificiale. Caratteristiche dei big data, potenzialità legate all’intelligenza artificiale e nuovi scenari operativi.
  6. Comunicazione a distanza (elearning, smart working) . Aspetti tecnici e pratici della formazione a distanza e del lavoro a distanza. L’esperienza dell’Università di Pisa.
  7. Elaborazione di immagini. Le immagini digitali, Visualizzazione immagini, Elaborazione di immagini diagnostiche.
  8. Monitoraggio informatico della dose radiante. principio di giustificazione e principio di ottimizzazione, la direttiva euratom 59/2013, i descrittori di dose (CTDI, DLP, integrazione dei sistemi di monitoraggio della dose con i sistemi di archiviazione aziendali, come si raccolgono i dati dosimetrici (Secondary capture, header DICOM, MPPS, RDSR)
  9. I software di monitoraggio della dose. Il monitoraggio della dose radiante: Principali funzionalità di un sw di monitoraggio della dose. Esempi pratici: Syncrodose, Dosewatch, Certegra.
  10. La sicurezza informatica. Ambiti operativi, sicurezza passiva, sicurezza logica, Identificazione, autenticazione, regole per la scelta delle password, autorizzazione, gestione degli accessi, la crittografia (simmetrica e asimmetrica). I certificati digitali, SSL/TLS,
  11. GDPR e cybersecurity . Introduzione al GDPR, aspetti relativi alla sicurezza e alla privacy
Syllabus

PHYSICS:

Introduction to biomedical imaging.
Basic concepts of image quality: contrast and spatial resolution. The X-ray tube: Physical principles of operation and its components.
Factors that influence the production of X-rays. The concepts of quantity, quality and exposure of an X-ray beam. Effective size of the focal spot and its variation in the plane of the image. Anodic effect (Heel). Filtering. Peculiarities of the mammography tube: filtering with anode in Molybdenum and Rhodium.
 The geometric principles of projective radiology. The reinforcement screens, materials and construction features. The radiographic film and the concept of optical density, H&D curve
The compromise between dose and contrast in radiology. The role of diffuse radiation in projective radiology and the relative contrast reduction. The anti-diffusion grids: the physical principles and characteristics, the grid ratio and the Bucky factor. Digital radiology. Physical characteristics of CR systems and related construction technologies (photostimulable phosphors and laser reading systems). The CCDs.
 Indirect conversion TFT-flat panel systems. Direct conversion digital radiological systems. The physical principles of image intensifiers, The components of image intensifiers, Fluoroscopy.
Computerized axial tomography: physical principles and technology. The synogram and notes on the filtered rear projection. Nuclear medicine imaging equipment: Scintillation detectors, the photomultiplier
 The camera range and the collimators with parallel and pinhole holes. Principles of operation of the SPECT.
 

COMPUTER RIS / PACS

Health information systems. General concepts, electronic health records, RIS and PACS (functionality and architecture)
HL7 . The need for standardization and the birth of HL7. Characteristics of the standard and its evolution.
DICOM protocol. General philosophy, characteristics of the standard and various operational examples.
IHE extension. The need to coordinate standards and  IHE initiative.
Big data and artificial intelligence. Characteristics of big data, potential related to artificial intelligence and new operational scenarios.
Remote communication (elearning, smart working) . Technical and practical aspects of distance learning and remote working. The experience of the University of Pisa.
Image processing. Digital images, Image viewing, Diagnostic image processing.
Computerized monitoring of radiation dose. principle of justification and principle of optimization, the Euratom directive 59/2013, dose descriptors (CTDI, DLP, integration of dose monitoring systems with company archiving systems, how dosimetric data is collected (Secondary capture, DICOM header , MPPS, RDSR)
Dose monitoring software. Radiation dose monitoring: Main functions of a dose monitoring software. Practical examples: Syncrodose, Dosewatch, Certegra.
IT security. Operational areas, passive security, logical security, identification, authentication, rules for choosing passwords, authorization, access management, cryptography (symmetric and asymmetric). Digital certificates, SSL/TLS,
GDPR and cybersecurity. Introduction to the GDPR, security and privacy aspects
Bibliografia e materiale didattico

Disponibile nel portale e-learning

BUSHBERG, The essential physics of Medical Imaging 2nd edition.
Bibliography

Available in the e-learning portal

BUSHBERG, The essential physics of Medical Imaging 2nd edition.
Indicazioni per non frequentanti

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Modalità d'esame

Colloquio orale
Assessment methods

Oral exam
Altri riferimenti web

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Updated: 10/01/2024 09:07