Fisica e tecniche delle immagini biomediche (2011/2012)

Corso a esaurimento (attivi gli anni successivi al primo)

Codice insegnamento
4S000644
Crediti
6
Coordinatore
Francesca Monti
Settore disciplinare
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE
Lingua di erogazione
Italiano
L'insegnamento è organizzato come segue:
Attività Crediti Periodo Docenti Orario
Elementi di ottica e fisica atomica e nucleare 3 I semestre Francesca Monti
Tecniche di imaging 3 I semestre Pasquina Marzola

Orario lezioni

I semestre
Attività Giorno Ora Tipo Luogo Note
Elementi di ottica e fisica atomica e nucleare mercoledì 13.30 - 15.30 lezione Aula G  
Elementi di ottica e fisica atomica e nucleare venerdì 8.30 - 10.30 lezione Aula H  

Obiettivi formativi

Scopo del corso è fornire allo studente i fondamenti di Fisica necessari alla comprensione dei meccanismi di formazione delle immagini in riferimento ai diversi intervalli dello spettro delle onde elettromagnetiche ed acustiche. Particolare attenzione viene dedicata alle tecniche di Imaging Medico: MICROSCOPIA OTTICA ED ELETTRONICA;
IMAGING AD ULTRASUONI; IMAGING A RAGGI X: tecniche radiografiche convenzionali, tomografia assiale computerizzata;
IMAGING A RAGGI GAMMA: gamma-imaging planare, SPECT, PET; IMAGING OTTICO; IMAGING DI RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE (MRI); IMAGING MULTIMODALE

Programma

ELEMENTI DI ELETTROMAGNETISMO E OTTICA

CAMPI ELETTRICI E CAMPI MAGNETICI: carica elettrica, legge di Coulomb, campo elettrico, potenziale elettrico; campo magnetico generato da correnti e da cariche in moto; forza esercitata su correnti e su cariche in moto.
ONDE: equazione delle onde, onde armoniche, principio di sovrapposizione, dispersione, intensità di un'onda armonica piana, onde meccaniche, onde acustiche
ONDE ELETTROMAGNETICHE: equazioni di Maxwell, esistenza delle onde elettromagnetiche, equazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto e in un mezzo, relazione tra E e B, intensità delle onde elettromagnetiche, proprietà delle onde elettromagnetiche, polarizzazione, sorgenti puntiformi, lo spettro delle onde elettromagnetiche
RIFLESSIONE E RIFRAZIONE DELLE ONDE: proprietà cinematiche e proprietà dinamiche, onde acustiche ed elettromagnetiche
INTERFERENZA DELLE ONDE: interferenza tra due sorgenti: esperimento di Young
DIFFRAZIONE: diffrazione da una fenditura come interferenza tra infinite sorgenti, minimi di diffrazione, larghezza del massimo centrale, diffrazione da un'apertura circolare, disco di Airy, criterio di Rayleigh sul limite di risoluzione per una apertura circolare, potere risolutivo delle lenti

ELEMENTI DI FISICA ATOMICA E NUCLEARE

INTRODUZIONE ALLA FISICA MODERNA:
la scoperta dell'elettrone, dei raggi X e della radioattività;
la radiazione di corpo nero, l'effetto fotoelettrico e il fotone, l'effetto Compton; gli spettri atomici, l'esperimento di Rutherford, il nucleo atomico, il protone, l'atomo di Bohr;
comportamento ondulatorio della materia, le onde di De Broglie, l'equazione di Schroedinger, onde di probabilità, diffrazione dei raggi X e dei raggi elettronici; momento magnetico di una spira quadrata percorsa da corrente, momento torcente ed energia di una spira in un campo magnetico, moto di precessione per una spira circolare; forza in presenza di un gradiente di campo magnetico; momento magnetico orbitale e intrinseco degli elettroni, esperimento di Stern-Gerlach, spin degli elettroni; struttura atomica e tavola periodica degli elementi; momento magnetico di spin del protone; l'equazione di Dirac, la scoperta del positrone e l'antimateria

IL NUCLEO ATOMICO: Chadwick e la scoperta del neutrone, proprietà del nucleo atomico, equivalenza massa-energia, difetto di massa ed energia nucleare, energia di legame dei nuclei atomici, energia di legame per nucleone, proprietà di saturazione delle forze nucleari, cenni di Modello a Shell nucleare, spin del nucleo, momento magnetico nucleare e risonanza magnetica nucleare

RADIOATTIVITA': processi di decadimento radioattivo, radionuclidi naturali e artificiali, legge dei decadimenti radioattivi, tempo di dimezzamento e vita media, esempi di radionuclidi di impiego nell'imaging medico

INTERAZIONE DEI FOTONI CON GLI ELETTRONI ATOMICI: assorbimento fotoelettrico, diffusione Rayleigh, diffusione Compton, creazione di coppie, attenuazione di un fascio collimato, relazione tra coefficiente di attenuazione lineare e sezioni d'urto atomiche

ELEMENTI DI RADIOPROTEZIONE: interazione di particelle cariche con la materia, concetti di dosimetria: il Gray e il Sievert, effetti stocastici e non stocastici

TECNICHE DI IMAGING

MICROSCOPIA OTTICA ED ELETTRONICA

IMAGING AD ULTRASUONI

IMAGING A RAGGI X: tecniche radiografiche convenzionali, tomografia assiale computerizzata

IMAGING OTTICO

IIMAGING A RAGGI GAMMA: gamma-imaging planare, SPECT, PET

IMAGING DI RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE (MRI)

IMAGING MULTIMODALE

Modalità d'esame

L'esame consiste in una prova scritta che inizia che prevede la stesura di un elaborato su una delle tecniche di imaging trattate nel corso e alcune domande su argomenti di Fisica di base oggetto del corso

Statistiche per i requisiti di trasparenza (Attuazione Art. 2 del D.M. 31/10/2007, n. 544)

Statistiche esiti
Esiti Esami Esiti Percentuali Media voti Deviazione Standard
Positivi 53.33% 27 1
Respinti --
Assenti 6.66%
Ritirati 20.0%
Annullati 20.0%
Distribuzione degli esiti positivi
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 30 e Lode
0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 12.5% 25.0% 25.0% 0.0% 12.5% 12.5% 12.5% 0.0%

Valori relativi all'AA 2011/2012 calcolati su un totale di 15 iscritti. I valori in percentuale sono arrotondati al numero intero più vicino.