Obiettivi Formativi

- fornire conoscenze delle metodologie fisiche volte alla descrizione e alla comprensione della materia vivente nel contesto medico-biologico; - fornire un’approfondita conoscenza della strumentazione necessaria alla rivelazione di fenomeni fisici nell’ambito della prevenzione, diagnosi e cura; - fornire conoscenze specifiche sulla biofisica delle radiazioni, sulle tecniche fisiche relative alla diagnostica biomedica, sull'analisi delle immagini biomediche nonché sulla natura delle radiazioni ionizzanti in ambito fisico sanitario ed ambientale.

Learning Goals

- to provide knowledge of physical methodologies aimed at the description and understanding of living matter in the medical-biological context; - to provide an in-depth knowledge of the instrumentation necessary for the detection of physical phenomena in the field of prevention, diagnosis and treatment; - to provide specific knowledge on the biophysics of radiation, on physical techniques related to biomedical diagnostics, on the analysis of biomedical images as well as on the nature of ionizing radiation in the physical environment health and environmental.

Metodi didattici

Lezioni frontali

Teaching Methods

Frontal lessons

Prerequisiti

Calcolo integrale. Elettromagnetismo. Teoria dello scattering. Conoscenze di struttura della materia.

Prerequisites

Integral calculation. Electromagnetism. Scattering theory. Knowledge of the structure of matter.

Verifiche dell'apprendimento

Esame orale

Assessment

Oral exam

Programma del Corso

La meccanica applicata alla biomedicina: equilibrio delle articolazioni; esempio: equilibrio dell’articolazione dell’anca; le leve nel corpo umano; la legge di Hooke applicata a fratture ossee; la fluidodinamica applicata alla biomedicina: circolazione del sangue negli esseri viventi; variazione di pressione nel sistema circolatorio; resistenza dei vasi; applicazioni del teorema di Bernoulli; lavoro e potenza cardiaca; il ciclo cardiaco; la diffusione attraverso le membrane cellulari e fenomeni elettrici dell’organismo; le membrane nei sistemi biologici; il fenomeno della diffusione; la filtrazione; membrane semipermeabili ed equilibri osmotici; lavoro osmotico e potenziale chimico; osmolarità, tonicità, equilibri osmotici nel sangue; la meccanica della respirazione; equilibrio elettrochimico; la membrana cellulare: potenziale a riposo e meccanismi di trasporto passivo; attività bioelettriche nei sistemi biologici; potenziale d'azione e sua propagazione; sezione d'urto; sezione d'urto di Rutherford; probabilità; densità di probabilità; valor medio; varianza; deflessione da sfera dura; penetrazione di ioni nella materia; stopping elettronico; stopping power; parametro d'urto massimo e minimo; specific stopping power; range di una particella nella materia; radiazioni non ionizzanti; onde e.m. nei mezzi materiali; considerazioni sui mezzi biologici; ultrasuoni; ecografia; Risonanza Magnetica Nucleare (NMR); Free Induction Decay – FID; Spin Echo (SE); introduzione al Medical Imaging; la radiazione nel Medical Imaging; modalità di Medical Imaging; tipologie di Medical Imaging; imaging statico e dinamico; imaging di proiezione e tomografico; contrasto; risoluzione; rumore; artefatti e distorsione; immagini a raggi X; fluoroscopia a raggi X; imaging ad ultrasuoni (US); tomografia computerizzata (CT); Magnetic Resonance Imaging (MRI); Nuclear Medicine Imaging (NMI); la radiazione elettromagnetica in medicina; raggi UV; tubo a raggi X; parametri di una sorgente di raggi X; meccanismi di emissione dei raggi X; interazione di fotoni con i tessuti; rivelatori di raggi X: rivelatori screen-film, intensificatori di immagine; rivelatori per radiografia computerizzata (RC); immagini radiografiche; immagini fluoroscopiche; Interazione raggi X-materia; scattering Rayleigh; scattering Compton; effetto fotoelettrico; produzione di coppie; assorbimento; attenuazione omogenea; attenuazione non omogenea; coefficiente di attenuazione di massa; radioattività; legge di decadimento dei materiali radioattivi; dosimetria e grandezze dosimetriche; dose assorbita; dose equivalente; dose efficace; fonti naturali e artificiali di radiazioni ionizzanti; fonti di irradiazione esterna; fonti di irradiazione interna; famiglie radioattive; il radon; rischi per la salute; normativa italiana; danni biologici da radiazioni ionizzanti; Trasferimento Lineare di Energia (LET); Efficacia Biologica Relativa (RBE); Effetto ossigeno (OE); azione diretta e indiretta; i radicali liberi; danno al DNA; processi di riparazione; radiosensibilità; cellule somatiche e cellule germinali; danni somatici deterministici; danni somatici stocastici; limiti di legge; radioprotezione; i principali rivelatori utilizzati nei dosimetri per radioprotezione: rivelatori a gas, rivelatori a scintillazione, rivelatori a termoluminescenza, rivelatori a semiconduttore, rivelatori a fotoluminescenza

Course Syllabus

Mechanics applied to biomedicine: balance of joints; example: hip joint balance; the levers in the human body; Hooke's law applied to bone fractures; fluid dynamics applied to biomedicine: blood circulation in living beings; pressure variation in the circulatory system; applications of Bernoulli's theorem; work and cardiac power; the cardiac cycle; diffusion through cell membranes and electrical phenomena of the organism; membranes in biological systems; the phenomenon of diffusion; filtration; semipermeable membranes and osmotic equilibria; osmotic work and chemical potential; osmolarity, tonicity, osmotic balance in the blood; the mechanics of breathing; electrochemical balance; the cell membrane: resting potential and passive transport mechanisms; bioelectrical activities in biological systems; action potential and its propagation; cross section; Rutherford's cross section; probability; probability density; average value; variance; deflection from a hard sphere; penetration of ions into the matter; electronic stopping; stopping power; maximum and minimum impact parameter; specific stopping power; range of a particle in the matter; non-ionizing radiation; e.m. waves in matter; considerations on biological means; ultrasound; ultrasound; Nuclear Magnetic Resonance (NMR); Free Induction Decay - FID; Spin Echo (SE); introduction to Medical Imaging; radiation in medical imaging; Medical Imaging mode; types of Medical Imaging; static and dynamic imaging; projection and tomographic imaging; contrast; resolution; noise; artifacts and distortion; X-ray images; X-ray fluoroscopy; ultrasound imaging (US); computed tomography (CT); Magnetic Resonance Imaging (MRI); Nuclear Medicine Imaging (NMI); electromagnetic radiation in medicine; UV rays; X-ray tube; parameters of an X-ray source; X-ray emission mechanisms; interaction of photons with tissues; X-ray detectors: screen-film detectors, image intensifiers; detectors for computerized radiography (RC); radiographic images; fluoroscopic images; X-ray material interaction; scattering Rayleigh; Compton scattering; photoelectric effect; pair production; absorption; homogeneous attenuation; non-homogeneous attenuation; mass attenuation coefficient; radioactivity; law of decay of radioactive materials; dosimetry and dosimetric quantities; absorbed dose; equivalent dose; effective dose; natural and artificial sources of ionizing radiation; external radiation sources; sources of internal radiation; radioactive families; radon; health risks; Italian legislation; biological damage from ionizing radiation; Linear Energy Transfer (LET); Relative Biological Effectiveness (RBE); Oxygen effect (OE); direct and indirect action; free radicals; DNA damage; repair processes; radiosensitivity; somatic cells and germ cells; deterministic somatic damage; stochastic somatic damage; legal limits; radiation protection; the main detectors used in radiation protection dosimeters: gas detectors, scintillation detectors, thermoluminescence detectors, semiconductor detectors, photoluminescence detectors