69711 - FISICA APPLICATA ALLA MEDICINA

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiederà una conoscenza critica dei principi fisici e delle procedure sperimentali alla base di importanti applicazioni mediche. In particolare, lo studente conoscerà tecniche avanzate di diagnostica mediante immagini, sia morfologiche, sia funzionali e di radioterapia e sarà in grado di utilizzare programmi di calcolo per la simulazione di esperimenti e per l’inversione di dati multi-esponenziali di risonanza magnetica nucleare.

Programma/Contenuti

Basi fisiche della Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) - NMR nel dominio dei tempi (TD). Rilassometria. Origine del rilassamento longitudinale, origine del rilassamento trasversale. Eco di Spin. Equazioni di Bloch. Tempi di rilassamento e moti molecolari, teoria Blembergen, Purcell, Pound. Effetti di superficie. Tempi di rilassamento nei tessuti biologici. Inversione dal dominio dei tempi a quello dei tempi di rilassamento mediante ILT, il software UPEN. Indagini ex situ. Principio di imaging (MRI) bobine di gradiente, impulsi selettivi. Metodo di proiezione-ricostruzione, metodo di spin-warp. Teoria generalizzata dell'imaging, k-space e sua mappatura. Filtri PERFIDI ed immagini pesate.

La spettroscopia di risonanza magnetica (MRS) in vivo. Il chemical shift. L'accoppiamento scalare j. SV (single voxel): PRESS e STEAM. CSI chemical shift imaging. Post processing. Quantificazione: relativa e assoluta. Artefatti. 1H-MRS del tessuto cerebrale. Nulcei diversi da 1H: 31P e 13C.

Diffusion Weighted/Diffusion Tesor Imaging. Trattografia. Trattografia whole brain. Connettività strutturale.

Functional MRI. Block design. Resting state. Post processing. Connettività funzionale.

Tomografia RX.

Dispositivi ad emissione di fotoni γ – Scintigrafia ad emissione di singolo fotone. Dispositivi SPECT – Evoluzione tecnologica. Gamma Camera. Proprietà dei radionuclidi impiegati. Generazione di radionuclidi. Leggi del decadimento radioattivo. Radiofarmaci. Applicazioni. Dispositivi PET- principi fisici, principali radionuclidi per PET, produzione di radionuclidi mediante ciclotrone - Applicazioni.

Radioterapia – LINAC. Testata radiante, produzione di un fascio di raggi X, produzione di un fascio di elettroni. Schermi. - Adroterapia. Picco di Bragg - Applicazioni.

Ultrasuoni in medicina – Produzione di ultrasuoni, risoluzione. Ecografia, Sistemi mono e bidimensionali. Velocimetria Doppler, codifica in colore. Effetti biologici ed interazione con i tessuti.

Due CFU saranno dedicati ad esercitazioni. Sulla base di dati acquisibili con la strumentazione NMR presente nei laboratori DIFA, verranno effettuate analisi su sistemi modello. Allo scopo si utilizzeranno algoritmi e software dedicati.

 

Testi/Bibliografia

Callaghan, Principles of MRMicroscopy e sito online di Hornak;

In Vivo NMR Spectroscopy: Principles and Techniques, 2nd Edition Robin A. de Graaf

Functional Magnetic Resonance Imaging. An Introduction to Methods Edited by Peter Jezzard, Paul M Matthews, and Stephen M Smith

R. Zannoli e C. Orsi, Elementi di Strumentazione Medica, Società Editoriale Esculapio (1999)

M. Marengo, La Fisica in Medicina Nucleare, Patron Editore, Bologna, (2006)

Metodi didattici

Lezioni in aula

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso un esame finale in forma orale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e abilità attese. L'esame parte dalla discussione delle relazioni svolte dallo studente su alcuni temi affrontati durante le lezioni, che prevedono l'apprendimento e l'applicazione di algoritmi e software dedicati per analisi dati. Dopo tale discussione l'esame procede con la verifica della conoscenza degli argomenti oggetto delle lezioni frontali. La durata della prova è mediamente di 45 minuti. Il raggiungimento da parte dello studente di una conoscenza critica dei temi affrontati e la dimostrazione del raggiungimento di pradonanza espressiva e del linguaggio scientifico saranno valutati con voti di eccellenza.

Strumenti a supporto della didattica

Utilizzo di software per particolari applicazioni (2 CFU)

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudia Testa

Consulta il sito web di Leonardo Brizi