CdSFISICA
Codice388BB
CFU9
PeriodoAnnuale
LinguaItaliano
| Moduli | Settore/i | Tipo | Ore | Docente/i | |
| IMAGING PER LA FISICA BIO-MEDICA | FIS/07 | LEZIONI | 54 |
|
Il corso fornisce le basi fisiche delle tecniche di acquisizione di immagini in campo biomedico ed illustra alcune applicazioni avanzate in ambito clinico.
Gli argomenti trattati riguardano, fra gli altri: le immagini a raggi X (radiografia analogica e digitale), la tomografia computerizzata (CT), la Risonanza Magnetica Nucleare (con applicazioni di imaging e spettroscopia), la tomografia a emissioni di positrone (PET). Si illustrano inoltre i principi di imaging ottico (fluorescenza e bioluminescenza), di imaging a luce Cherenkov (CLI) e di imaging a ultrasuoni e fotoacustico.
The course will introduce to imaging techniques in the bio-medical field, from the basic concepts to the description of some advanced clinical applications.
The topics will cover, among others: X-ray images (analogic and digital radiography), computed tomography (CT), Nuclear Magnetic Resonance (with imaging and spectroscopy applications), positron emission tomography (PET). The principles of optical imaging (fluorescence and bioluminescence), Cherenkov light imaging (CLI) and ultrasound and photoacoustic imaging will be also discussed.
Le conoscenze verranno verificate durante la prova d'esame.
During the oral the student will be assessed on the competence of the basic physics phenomena that are at the basis of nuclear imaging, of the physical properties of the detectors that are necessary and of the technology as used in medical imaging.
Methods:
- Final oral exam
Al termine del corso gli studenti saranno in grado di riconoscere le basi teoriche dei processi fisici rilevanti per la radiologia e la medicina nucleare, i principi di funzionamento, le prestazioni ed i limiti dei sistemi di rivelazione per la diagnostica medica e per l'imaging molecolare.
Le capacità verranno verificate durante la prova d'esame.
Gli studenti saranno in grado di applicare sperimentalmente le conoscenze acquisite e di condurre gli esperimenti con sistemi di imaging.
I comportamenti verranno verificati in forma teorica durante la prova d'esame.
Conoscenza di base delle interazioni radiazione-materia e dei principi di funzionamento dei rivelatori di radiazione.
Learning activities:
- attending lectures
- participation in seminar
Attendance: Advised
Teaching methods:
- Lectures
- Seminar
Radioattività e decadimenti radioattivi: Decadimenti beta, alfa e gamma. Equazioni di Bateman e Equilibrio secolare.
Interazioni delle radiazioni ionizzanti con la materia. Interazioni delle particelle cariche: collisioni inelastiche di particelle cariche pesanti, elettroni e positroni; Bremsstrahlung; scattering elastico. Range e potere frenante. Interazioni dei Fotoni: assorbimento fotoelettrico, scattering coerente e incoerente, produzione di coppie. Attenuazione massica e coefficienti di assorbimento.
Introduzione alle immagini biomediche.
Radiografia: Principi fisici; tubi a raggi X; fattori che influenzano la formazione di una immagine radiografica. Radiografia analogica, radiografia digitale e relativa strumentazione. Caratterizzazione delle immagini radiografiche.
Tomografia computerizzata (CT): Principi dell'imaging tomografico, integrali di linea, unità Hounsfield, generazioni di tomografi CT, CT spirale e CT spirale multistrato. Strumentazione: tubi a raggi X, rivelatori, elettronica, parametri e sistemi di acquisizione e metodi di ricostruzione.
Risonanza Magnetica Nucleare: principi fisici, imaging, spettroscopia.
Ecografia e Augmented Reality Ultrasound.
Introduzione alla medicina nucleare, SPECT. Tomografia a Emissione di Positroni (PET): limiti fisici e tecnologici della risoluzione spaziale, sorgenti di rumore nell’immagine PET, rivelatori avanzati per PET. Applicazioni PET dedicate. Interpretazione delle immagini PET: parametri quantitativi e semiquantitativi.
Introduzione all’imaging molecolare: principi, applicazioni e tecniche.
Principi di imaging ottico: principi fisici dell’imaging a fluorescenza e bioluminescenza. Rivelatori e geometrie per imaging ottico.
Imaging a luce Cerenkov (CLI): principi fisici, applicazioni e specificità tecnologiche.
Cenni di imaging fotoacustico: principi fisici e strumentazione.
Radioactivity. Decay by beta, alfa and gamma emissions. Decay of radioactivity. Bateman equations; secular equilibrium.
Ionizing radiation interactions with matter. Charged Particle Interactions: inelastic collisions of heavy charged particles, electrons and positrons; bremsstrahlung, elastic scattering. Ranges and stopping power. Photon interactions: photoelectric absorption, coherent and incoherent scattering, pair production. Mass Attenuation and absorption coefficients.
Introduction to biomedical imaging.
Radiography: Physical principles; X-ray tubes; factors affecting the formation of a radiographic image. Analog radiography, screen-film systems. Characterization of radiographic images. Computed radiography. Digital radiography and related instrumentation.
Computed Tomography (CT): Principles of tomographic imaging, line integrals, Hounsfield units, generations of CT tomographs. Acquisition and reconstruction parameters. Spiral CT and multislice spiral CT. Instrumentation: X-ray tubes, detectors, electronics, acquisition systems and reconstruction methods.
Nuclear Magnetic Resonance: Physical principles, imaging, spectroscopy.
Ultrasound and Augmented Reality Ultrasound.
Introduction to Nuclear Medicine. SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography). PET (Positron Emission Tomography): physical and technological limits of spatial resolution, sources of noise in the PET image, advanced PET detectors. Dedicated PET applications. Interpretation of PET images: quantitative and semi-quantitative parameters.
PET/CT and PET/MR hybrid imaging.
Introduction to molecular imaging: principles, applications and techniques.
Principles of optical imaging: physical principles of fluorescence and bioluminescence imaging. Detectors and geometries for optical imaging.
Cerenkov luminescence imaging (CLI): physical principles, applications and technological specificities.
Introduction on photoacoustic imaging: physical principles and instrumentation.
Slides delle lezioni, dispense e lavori scientifici distribuiti durante il corso.
E. Fermi, Nuclear Physics, The University of Chicago Press
G.F. Knoll, Radiation detetion and measurement, Wiley & Sons.
A. Brahme, Comprehensive Biomedical Physics, Elsevier.
S. Webb, The physics of medical imaging, CRC Press.
S. Webb, The physics of three-dimentional radiation theraphy, CRC Press.
Slides and papers distributed during the lectures.
E. Fermi, Nuclear Physics, The University of Chicago Press
G.F. Knoll, Radiation detetion and measurement, Wiley & Sons.
A. Brahme, Comprehensive Biomedical Physics, Elsevier.
S. Webb, The physics of medical imaging, CRC Press.
S. Webb, The physics of three-dimentional radiation theraphy, CRC Press.
L'esame consisterà in una prova orale sugli argomenti trattati nel corso.