69711 - FISICA APPLICATA ALLA MEDICINA

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. Chemical Shift Imaging. Molecular Diffusion Imaging. Fiber Tractography. Functional MRI.

Dispositivi TAC - Raggi X -  Tubi a raggi X. Tubo ad anodo rotante, spettro energetico fotoni emessi, radiazione di frenamento,  radiazione caratteristica e sua nomenclatura, anodi di tungsteno e molibdeno. Interazioni fotoni-materia. Coefficiente di attenuazione lineare, atomico, massico ed elettronico. Evoluzione degli scanner per TAC, Energia dei fotoni per TAC. Attenuazione del fascio per fotoni non monocromatici, beam hardening. Unità Hounsfielf. Radiografia digitale a doppia energia, tecniche a sottrazione energetica.  I sinogrammi. Algoritmo FBP. Artefatti caratteristici dell'FBP. Esempi di applicazione.

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.

Testi/Bibliografia

Callaghan, Principles of MRMicroscopy e sito online di Hornak;

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 (1 CFU)

 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Paola Fantazzini