69711 - FISICA APPLICATA ALLA MEDICINA

Anno Accademico 2017/2018

  • Docente: Claudia Testa
  • Crediti formativi: 6
  • SSD: FIS/07
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Moduli: Claudia Testa (Modulo 1) Leonardo Brizi (Modulo 2)
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea Magistrale in Fisica (cod. 8025)

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.

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 e valutazione 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