IMAGE ANALYSIS AND FUNDAMENTALS OF DOSIMETRY

Conoscere i principi fisici della formazione e dell'analisi delle immagini nelle principali tecniche diagnostiche e in dosimetria con particolare riferimento alle grandezze di interesse radioprotezionistico.

Conoscenza e capacità di comprensione

Comprensione critica degli sviluppi più avanzati della Fisica Moderna sia negli aspetti teorici che di laboratorio e delle loro interconnessioni, anche in campi interdisciplinari.

Adeguata conoscenza degli strumenti matematici e informatici avanzati di uso corrente nei settori della ricerca di base e applicata.

Notevole padronanza del metodo scientifico, e comprensione della natura e dei procedimenti della ricerca in Fisica.

Capacità di applicare conoscenza

Capacità di identificare gli elementi essenziali di un fenomeno, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste.

Capacità di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute a problemi nuovi (problem solving).

Capacità di progettare e di mettere in atto procedure sperimentali e teoriche per risolvere problemi della ricerca accademica e industriale o per il miglioramento dei risultati esistenti.

Capacità di utilizzo di strumenti di calcolo matematico analitico e numerico e delle tecnologie informatiche, incluso lo sviluppo di programmi software.

Capacità di sviluppare approcci e metodi nuovi e originali.

Autonomia di giudizio

Capacità di lavorare con crescenti gradi di autonomia, anche assumendo responsabilità nella programmazione e nella gestione di progetti.

Consapevolezza dei problemi di sicurezza nell'attività di laboratorio.

Capacità di argomentare personali interpretazioni di fenomeni fisici, confrontandosi nell’ambito di gruppi di lavoro.

Sviluppo del senso di responsabilità attraverso la scelta dei corsi opzionali e dell'argomento della tesi di laurea.

Abilità communicative

Capacità di comunicare in lingua italiana e in lingua inglese nei settori avanzati della Fisica.

Capacità di presentare una propria attività di ricerca o di rassegna a un pubblico di specialisti o di profani.

Capacità di lavorare in un gruppo interdisciplinare, adeguando le modalità di espressione a interlocutori di diversa cultura.

Capacità di apprendimento

Capacità di acquisire adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze.

Capacità di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo prescelto che in campi scientificamente vicini.

Capacità di utilizzare banche dati e risorse bibliografiche e scientifiche per estrarne informazioni e spunti atti a meglio inquadrare e sviluppare il proprio lavoro di studio e di ricerca.

Lezioni frontali.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Onde elettromagnetiche. Spettro elettromagnetico. Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti. Interazione radiazione e. m. - materia.

Struttura atomica e nucleare. Decadimenti radioattivi. Interazione particelle - materia.

Fisica dei rivelatori e grandezze caratteristiche dei rivelatori di radiazione.

Obbligatoria.

Parte generale: Formazione delle immagini. Immagini analogiche ed immagini digitali. Parametri caratteristici di un'immagine. Risoluzione di contrasto e risoluzione spaziale.

Tecniche di imaging clinico: Radiografia X. Tomografia Computerizzata. Imaging da Risonanza Magnetica. Tecniche ecografiche.

Elementi di dosimetria: Grandezze dosimetriche di base. Grandezze dosimetriche radioprotezionistiche. Riferimenti normativi.

Rivelatori per dosimetria: TLD e OSLD. Film radiocromici. Rivelatori a matrice. Gel dosimetrici.

Attix F.H., "Introduction to Radiological Physics and Radiation Dosimetry", Wiley, 2007, 598 pp.

Bushberg J.T, Seibert J.A., Leidholdt E.M. Jr., Boone J.M., "The Essential Physics of Medical Imaging", Lippincott Williams & Wilkins, 2012, 1030

Dowsett D.J., Kenny P.A. and Johnston R. E., "The Physics of Diagnostic Imaging", CRC Press, 2006, 725 pp.

Gonzales R.C. and Woods R. E., "Elaborazione delle immagini digitali", Pearson Pertice Hall, 2008, 820 pp.

Greening J.R., "Fundamentals of Radiation Dosimetry", CRC Press, 1985, 190 pp.

Hendee W. R. and Ritenour E.R., "Medical Imaging Physics", Wiley-Liss, 2002, 512 pp.

La valutazione delle conoscenze acquisite viene realizzata in due fasi: una prova scritta seguita da un colloquio.

La prova scritta consiste di domande a scelta multipla, domande aperte e problemi sugli argomenti trattati a lezione con particolare attenzione a quelli riguardanti i principi fisici di base delle applicazioni delle tecniche di imaging in diagnostica e in terapia. Le risposte alle domande e le soluzioni devono essere opportunamente commentate e giustificate.

La prova orale consiste nella discussione dello svolgimento della prova scritta e, a discrezione dello studente, sulla presentazione di un elaborato riguardante l'approfondimento di uno degli argomenti del programma.

Esempio di Prova Scritta

1. Quale fra i seguenti apparati utilizzati in diagnostica utilizza radiazioni non ionizzanti?

A. TAC

B. RMN

C. PET

D. gammacamera

E. mammografo

2. Riordinare in ordine crescente di lunghezza d’onda le seguenti onde elettromagnetiche: (a) infrarossi; (b) microonde; (c) raggi X; (d) ultravioletti; (e) radiofrequenze

A. d e a b c

B. e a d b c

C. c d a b e

D. d a e b c

E. d b c e a

3. Una lastra protettiva lascia passare solo il 50% di raggi X incidenti. Quale frazione di raggi X passeranno da una lastra analoga di spessore doppio rispetto alla precedente:

A. 0

B. 10 %

C. 75 %

D. 25 %

E. 50 %

4. Qual è l’unità di misura del coefficiente di attenuazione lineare?

A. cm

B. cm^-1

C. g/cm

D. g∙cm

E. g/cm²

5. Il coefficiente di attenuazione lineare di un fascio di fotoni in un mezzo materiale:

A. ha le dimensioni dell’inverso di una lunghezza

B. dipende dall’energia dei fotoni ma non dal numero atomico Z del mezzo

C. dipende dal numero atomico Z del mezzo ma non dall’energia dei fotoni

D. rappresenta la frazione di fotoni che interagiscono per unità di spessore attraversato

E. ha le dimensioni di una lunghezza

6. In un tubo per la produzione di raggi X la frequenza massima dei fotoni dipende da:

A. numero di massa del materiale di cui è costituita la placca di arresto

B. differenza di potenziale da cui è accelerato il fascio di elettroni

C. intensità di corrente trasportata dal fascio di elettroni

D. numero atomico del materiale di cui è costituita la placca di arresto

E. densità della placca di arresto

7. La gamma-camera è:

A. un generatore di raggi X

B. un generatore di raggi gamma ed alfa

C. un rivelatore di raggi gamma

D. un rivelatore di raggi alfa e beta

E. un rivelatore di ultrasuoni

8. L’attenuazione dei raggi X segue una legge:

A. che dipende dalla pressione

B. che può essere modificata ad alte temperature

C. di tipo esponenziale decrescente

D. di tipo esponenziale crescente

E. che non dipende dallo spessore attraversato

9. Il tempo di dimezzamento fisico:

A. è una caratteristica biologica del radionuclide

B. dipende dal metabolismo

C. è sempre uguale a sei ore

D. è una caratteristica fisica del radionuclide

E. dipende dalla temperatura

10. Con riferimento alla radiazione X, quale tra le seguenti affermazioni è corretta?

A. un fascio di radiazione X, quando attraversa la materia e non interagisce, aumenta la sua velocità di propagazione

B. un fascio di radiazione X, quando attraversa la materia e non interagisce, diminuisce la sua velocità di propagazione

C. un'onda elettromagnetica di lunghezza d'onda uguale a 104 angstrom può essere una radiazione X

D. un'onda elettromagnetica di lunghezza d'onda uguale a 0.1 angstrom può essere una radiazione X

E. la velocità di propagazione della radiazione X nel vuoto è tanto maggiore quanto minore è la sua energia

11. La scintigrafia è:

A. una misurazione del numero di isotopi di un elemento

B. la misura dello spettro energetico di una sostanza radioattiva

C. la misura delle emissioni luminose di una sostanza radioattiva

D. una tecnica diagnostica che fa uso di traccianti radioattivi

E. una misurazione del numero atomico di un elemento

12. Cosa si intende per materiale tessuto equivalente?

A. un materiale che ha Z/A e densità simili al tessuto

B. un materiale che ha la stessa densità del tessuto umano

C. un materiale che ha la stessa composizione chimica del tessuto umano

D. un materiale che ha lo stesso Z/A del tessuto umano

E. un materiale che ha Z/A simile all’acqua

QUESITO 1. Dopo aver schematizzato le componenti essenziali di un’apparecchiatura per Risonanza Magnetica Nucleare, descrivere i principi fisici alla base della formazione delle immagini in diagnostica.

QUESITO 2. Trattare brevemente i principi fisici di base della radiografia X con particolare riferimento al ruolo delle grandezze operative per la qualità dell’immagine radiologica e per la dose al paziente.

QUESITO 3. Descrivere i principi fisici di base della dosimetria mediante film radiocromici con particolare riferimento alla realizzazione di profili e mappature di dose e alla risoluzione spaziale a questi associata.