87996 - PHYSICS IN NEUROSCIENCE AND MEDICINE

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of the course the student will have the knowledge of important physical principles and experimental procedures applied to medical diagnosis and scientific research in medicine. Particular attention will be devoted to nuclear magnetic resonance (NMR) relaxometry, diffusometry, spectroscopy and imaging and their combination, along with more traditional techniques (CT, PET, EEG, MEG, NIRS). The student will also learn about advanced diagnostic techniques for neuroscience, based on morphological and functional images, which are the instruments for brain function and connectivity research. He/she will be able to use software for planning pulse sequences and simulate the results of NMR experiments and for data inversion in one and two dimensions (T1, T2, self-diffusion coefficient). Moreover magnetic resonance neuroimaging data will be analyzed in a practical tutorial, simulating a post processing session.

Contenuti

La fisica della basi della Risonanza Magnetica Nucleare. L'NMR nel dominio del tempo (TD-NMR), la rilassometria e la diffusometria. La spettroscopia MR: chemical shift and j-coupling. L'imaging MR: k-space and k-space mapping. I diagrammi temporali per gli esperimenti di NMR e di MR Imaging. Esperimenti multi dimensionali. L'NMR per i fluidi confinati. Esperimenti ex-situ utilizzando strumenti portatili. Tempi di rilassamento nei tessuti biologici. Coefficiente di diffusione apparente e tensore di diffusione. Spettroscopia di MR in vivo: post processing, quantificazione relativa e assoluta. Single voxel (SV) e chemical shift imaging (CSI). Spectroscopia eteronucleare. Diffusion weighted e diffusion tensor imaging. Tratotgrafia e whole-brain tractography. Connettività strutturale. Imaging funzionale (fMRI)- block design- resting state fMRI. Connettività funzionale con fMRI e con FNIRS. Imaging multimodale- combinazione di MRI, CT, PET, MEG, EEG. Tutorial pratci sull'inversione dei dati nel dominio del tempo a quello dei tempi di rilassamento attraverso l'algoritmo UPEN e UpenWin in una o due dimensioni. Tutorial pratici che simulano sessioni di post-processing. Esempi di applicazione nella medicina, nelle neuroscienze nel campo dei fluidi nei mezzi porosi.

Testi/Bibliografia

The Human Central Nervous System, Nieuwenhuys, Rudolf, Voogd, Jan, Huijzen, Christiaan van. 2008. Springer

Callaghan, Principles of MRMicroscopy

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

MRI: The Basics – 1 nov 2017, Ray H., M.D., Ph.D. Hashemi, Christopher J., M.D. Lisanti, William G., Jr., M.D., Ph.D. Bradley. Wolters Kluwer

Metodi didattici

Pc e proiettore

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.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudia Testa

Consulta il sito web di Leonardo Brizi