- Docente: Assimo Maris
- Crediti formativi: 6
- SSD: CHIM/02
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea Magistrale in Chimica (cod. 9072)
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dal 25/09/2023 al 09/01/2024
Conoscenze e abilità da conseguire
Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze basilari relative ad alcune delle più moderne metodologie chimiche utilizzate in ambito bio-medico per la determinazione della struttura di macromolecole biologiche, per la formazione di immagini ad uso diagnostico in ambito terapeutico ai fini della radioprotezione. In particolare, lo studente ha competenze scientifiche avanzate di carattere interdisciplinare che gli permettono di collaborare con i colleghi di area biologica e medica.
Contenuti
Radiazioni
- Spettro elettromagnetico
- Dualismo onda particella
- Radiazione corpuscolata e non corpuscolata
- Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti
Radiazione ionizzante
- Modello standard per la descrizione delle particelle elementari
- Nuclei atomici e radionuclidi
- Processi di decadimento radioattivo
- Fonti naturali e artificiali di radioattività
- Sorgenti e rivelatori di radiazione
- Propagazione delle radiazioni ionizzanti nel mezzo
- Interazione della radiazione ionizzante con substrati biologici
- Rischi associati alle emissioni nucleari
- Legge del decadimento radioattivo e attività naturale
- Radioprotezione: grandezze e normativa
- Utilizzo di radioisotopi in ambito chimico e biochimico
- Principi di radioterapia
- Principi di radiologia convenzionale
- Mezzi di contrasto
- Tomografia e scintigrafia
- Tecniche tomografiche computerizzate
- Ricostruzione di immagini tramite retroproiezione
Metodi di elaborazione digitale del segnale
- Segnali analogici e digitali
- Acquisizione del segnale: campionamento e quantizzazione
- ADC/DAC
- Analisi e sintesi dei segnali tramite serie di Fourier
- Trasformata di Fourier
- Prodotto di convoluzione e teorema di convoluzione
- formulazione matriciale della trasformata di Fourier
- Fast Fourier transform
- Teorema di Nyquist
- Aliasing
- Apodizzazione
- Dispersione spettrale
- Tecniche di finestramento
- Filtraggio digitale
- Zero-filling
- Trasformata di Fourier polidimensionale
- Trasformata di Fourier in coordinate polari
- Algoritmo delle retroproiezioni filtrate
- Tecniche per la gestione della sensibilità e della risoluzione per segnali mono e bidimensionali
- Tecniche di manipolazione della scala dei grigi nelle immagini.
Tecniche di risonanza magnetica
- Proprietà magnetiche dei nuclei atomici
- Risonanza magnetica a onda continua
- Accoppiamento scalare e dipolare
- Processi di rilassamento trasversale e longitudinale.
- Nuclear Overhaser effect
- Magnetizzazione macroscopica
- Risonanza magnetica a trasformata di Fourier
- Componenti di uno spettrometro FT-NMR
- Down-conversion
- Rivelazione in quadratura
- Sequenza di impulsi
- NMR bidimensionale
- Determinazione della struttura di macromolecole biologiche
- Formazione di immagini ad uso diagnostico
- Composizione atomica del corpo umano
- Valori di densità e tempi di rilassamento protonici nei tessuti
- Mezzi di contrasto
Laser
- Principi di funzionamento dei laser
- Modi di risonzanza TEM
- Tipologie di laser
- Principi di ottica non lineare
- Interazioni foto-termica, fotochimica ed elettromeccanica
- Norme per la protezione nell'ambito dell'utilizzo di laser
- Applicazioni dei laser in medicina
Indagine statistica anonima
Una volta raggiunto il limite dei 2/3 delle lezioni svolte verrà effettuata una rilevazione statistica per conoscere le opinioni degli studenti in merito al corso allo scopo di poterlo rendere più efficace. Link di riferimento:
- https://opinionistudenti.unibo.it
- https://val.unibo.it/ (studente)
- https://val.unibo.it/demo.php (questionario)
- https://gestioneval.unibo.it (docente)
Calendario delle lezioni
- 25/09/2023 TH
Radiazione elettromagnetica: descrizione e principali interazioni con la materia. - 26/09/2023 TH
Radiazione corpuscolata. Azione diretta e indiretta delle radiazioni ionizzanti. Modello standard della materia.
- 02/10/2023 TH
Nuclei: composizione, energia di legame, banda di stabilità, numeri magici, modello a shell.
- 03/10/2023 TH
- Nuclei: nuclei stabili, instabili ed eccitati, processi di decadimento radioattivo: alfa, beta, gamma, transizione isomerica, IC, EC, emissione di protoni e neutroni.
- 09/10/2023 TH
Fissione nucleare. Fusione nucleare. Reazioni nucleari e proiettili. Radioattività: legge, costante e tempi di decadimento. Radionuclidi primordiali e cosmogenici.
- 10/10/2023 TH
Sorgenti di esposizioni naturali e artificiali. K40, Rn222, Co60, Cs137, I131, Sr90. Limiti di radioattività ammissibili. Interazione fotoni-materia: effetto fotoelettrico, effetto Compton, formazione di coppie.
- 16/10/2023 TH
- Interazione radiazione corpuscolata-materia, range, potere frenante, curva di Bragg, capacità di penetrazione. Tempo di dimezzamento biologico ed effettivo. Danni deterministici e stocastici da radiazione ionizzante. Grandezze radioprotezionistiche.
- 17/10/2023 TH
Rivelatori di radiazione ionizzante.
- 23/10/2023 TH
- Applicazioni delle radiazioni ionizzanti.
- 24/10/2023 TH
- Tecniche radiologiche e tomografia convenzionali e computerizzate.
- 30/10/2023 TH
- Sinogramma. Momenti angolare, momento magnetico, rapporto giromagnetico (classici e quantistici).
- 31/10/2023 TH
Frequenza di Larmor. NMR convenzionale. Chemical shift. Accoppiamento scalare e accoppiamento dipolare. Effetto nucleare Overhouser. Magnetizzazione macroscopica longitudinale e trasversale.
- 06/11/2023 TH
- Free induced decay. Serie di Fourier in forma trigonometrica.
- 07/11/2023 TH
Seriedi Fourier in forma esponenziale. Calcolo analitico della serie di Fourier di una onda quadra.
- 08/11/2023 LAB-INF
- Trasformata di Fourier. Calcolo numerico della trasformata di Fourier con foglio di calcolo. Aliasing e dispersione spettrale.
- 09/11/2023 LAB-INF
Calcolo numerico della trasformata di Fourier con foglio di calcolo. Effetto del campionamento finito, finestramento e zero-filling. - 13/11/2023 TH
Trasformata di Fourier della funzione esponenziale negativo. Convoluzione e teorema di convoluzione.
- 14/11/2023 TH
Apodizzazione. Modellizzazione degli impulsi di eccitazione. Teorema del campionamento. Trasformata di Fourier numerica. Formulazione matriciale. Fast Fourier transform.
- 20/11/2023 TH
FT-NMR: down-conversion, rivelazione in quadratura, sequenza di impulsi (base, inversion recovery, spin-echo, peak removal).
- 21/11/2023 TH
Immagini da risonanza magnetica nucleare
- 21/11/2023 LAB
Applicazione di spettroscopie ottiche a campioni biologici.
- 27/11/2023 TH
Magnetic resonance imaging. Equalizzazione dell'istogramma.
- 28/11/2023 TH
Trasformata di Fourier in coordinate polari. Filtro a rampa per il metodo delle retroproiezioni filtrate in tomografia computerizzata.
Testi/Bibliografia
IAEA Live Chart of Nuclides
IAEA Data Platform
IAEA Students Corner
Diagnostic Radiology Physics: A Handbook for Teachers and Students
- https://humanhealth.iaea.org/HHW/MedicalPhysics/TheMedicalPhysicist/Studentscorner/HandbookforTeachersandStudents/ (book+slides)
- https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1564webNew-74666420.pdf
Nuclear Medicine Physics: A Handbook for Teachers and Students
Image Analysis
Medical Imaging Systems - An Introductory Guide
Metodi didattici
L’insegnamento si compone di 6 CFU.
5 CFU prevedono lezioni frontali con il supporto della lavagna classica o della videoproiezione.
1 CFU prevede la pratica dei concetti introdotti a lezione in laboratorio informatico.
In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei Moduli 1 e 2 in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio] e la partecipazione, in presenza, al Modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio, oppure, su Microsoft Teams, se questa è la modalità scelta dal Formatore. Indicazioni su date e modalità di frequenza del Modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio.
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
La verifica dell'apprendimento avviene attraverso il solo esame finale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova orale.
La durata della prova orale è 30-45 minuti e prevede la trattazione di tre argomenti svolti nell'intero corso.
Il voto finale esprime una valutazione sui contenuti espressi durante la prova finale.
Strumenti a supporto della didattica
Lavagna, videoproiettore, connessione internet.
Laboratorio informatico/chimico-fisico.
Il materiale didattico presentato a lezione verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico sul sito istituzionale del corso:
Coloro che necessitino di strumenti compensativi per ragioni dipendenti da disabilità, patologie o disturbi psicologici, o disturbi specifici dell’apprendimento (DSA) possono rivolgersi a:
in modo da concordare l’adozione delle misure più opportune.
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Assimo Maris
SDGs
L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.