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 fotoluminescenzaCourse 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