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1 Bioimmagini

2 Organizzazione del corso Orari delle lezioni Lezione il martedì ore , aula 1B ed il venerdì , aula 1D Esercitazioni al posto delle lezioni al LADISPE di via Boggio quando indicato dal docente Docenti ing. Filippo Molinari, tel. 4135, ing. Silvia Delsanto, tel. 4136, Materiale didattico copia delle slide del corso (insufficienti!) elenco dei testi disponibile sul portale 2

3 Un po di storia In medicina da sempre si fa uso di simulacri per trasmettere il sapere medico. Leonardo da Vinci ( ) Vesalius De Humani corporis fabrica (1543) Manuali di anatomia (nella foto: Testut) Tavole di anatomia di Netter Visible Human (1986) 4

4 Evoluzione tecnologica Raggi X (anodo rotante) Risoluzione spaziale Gamma camera Ultrasuoni TC SPECT PET Risoluzione in ampiezza RM DSA Spiral CT Risoluzione temporale RX digitale MEG - fmri 6

5 Cos è una bioimmagine? (1) 7

6 Cos è una bioimmagine? (2) Si indica col termine bioimmagine una figura relativa all anatomia o alla fisiologia di parti interne del corpo. Funzione Invasività Ma questa definizione è esauriente? Scala (macro o microscopica) Tecnica Morfologia o funzione 8

7 Classificazione delle bioimmagini (1) Il medico e` solito classificare le bioimmagini in base alla loro funzione: un cardiologo classifica le immagini cardiologiche in base alla loro valenza diagnostica, terapeutica o riabilitativa. La tecnica che sta alla base delle immagini ha importanza minore. L ingegnere e` solito classificare le bioimmagini sulla base della loro natura, cioe` in base alla tecnica con la quale sono state ottenute. Si parla quindi di radiografie, immagini TAC, ecografie, immagini di risonanza magnetica 9

8 Classificazione delle bioimmagini (2) In base alla funzione bioimmagini MORFOLOGICHE bioimmagini FUNZIONALI analisi di strutture anatomiche In base all uso clinico diagnostica analisi di patologie (cause) monitoraggio terapia, follow up radiazioni ionizzanti o non ionizzanti In base alle caratteristiche invasivita` della tecnica somministrazione o meno di mezzo di contrasto 10

9 Come si genera una bioimmagine? Le bioimmagini si generano sfruttando opportunamente l interazione di un qualche tipo di energia con il corpo umano. I principali meccanismi sfruttati sono: assorbimento radiologia, TAC riflessione ultrasonografia diffusione SPECT, PET 11

10 Parametri fisici descrittivi di un immagine (1) Le prestazioni di un sistema di generazione di immagini a scopo diagnostico possono essere valutate a partire da un numero limitato di parametri. CONTRASTO A Rappresenta la variazione relativa del valore assunto dai pixel appartenenti ad una zona dell immagine rispetto allo sfondo. S i a valor medio dell immagine valutato sull areola i s valor medio dell immagine valutato sullo sfondo 12

11 Parametri fisici descrittivi di un immagine (2) RISOLUZIONE Risoluzione spaziale: capacita` di vedere come distinti oggetti piccoli e ravvicinati h h Risoluzione temporale: numero di immagini acquisibili nell unita` di tempo Risoluzione in ampiezza: minimo valore di i rilevabile sull immagine (strettamente legata al contrasto) Legge di Weber (per il sistema occhio umano) 13

12 Parametri fisici descrittivi di un immagine (3) RAPPORTO SEGNALE RUMORE A causa del rumore presente, il valore dell immagine in un punto non e` una costante, ma piuttosto una variabile casuale (si supponga una v.c. gaussiana con deviazione standard pari a i ) Detto i avg il valor medio dell immagine in un punto, il rapporto segnale rumore (SNR) vale: Tuttavia il valore assoluto del SNR non e` sempre molto significativo, spesso interessa maggiormente una misura di SNR differenziale, relativa ad esempio ad un dettaglio a su uno sfondo s. In questo caso il valore del SNR differenziale vale: 14

13 Caratteristiche comuni delle bioimmagini Le bioimmagini vengono praticamente sempre ricavate in vivo, cioe` direttamente sul tessuto umano. Le bioimmagini rappresentano spesso una visione parziale della realta`, adattata ad uno specifico problema. Lo studio in vivo delle strutture del corpo umano avviene sempre secondo queste modalita`: emissione spontanea del corpo umano interazione con energia inviata sul corpo umano interazione mirata a specifiche strutture del corpo umano 15

14 Emissione spontanea del corpo umano E` stato dimostrato che il corpo umano emette spontaneamente diversi tipi di energia: energia magnetica energia elettrica energia meccanica energia elettromagnetica Nel corso degli anni sono stati messi a punto sofisticati sistemi per il monitoraggio e l acquisizione dei dati forniti da questo tipo di emissioni spontanee; esempi classici in questo campo sono le apparecchiature per elettroencefalografia, elettrocardiografia, elettromiografia e termografia. 16

15 Termografia (1) La termografia consente di ottenere una mappatura della distribuzione di temperatura sulla superficie dell epidermide. Importanza diagnostica notevoli simmetrie bilaterali nel corpo umano e specifici pattern associati a soggetti sani Pregi e difetti Capacita` di rivelare alterazioni metaboliche o circolatorie Possibilita` di condurre un esame senza contatto tra paziente e strumento di misura Metodica utilizzata prevalentemente per lo screening (analisi preliminari su vasti gruppi) Es: tumore al seno in donne di una certa fascia d eta`. Risposta in tempo reale Elevato numero di falsi allarmi 17

16 Termografia(2) Sensibilità dei sensori all infrarosso Risoluzione termica di mk Ottica intercambiabile da 50mm Frame - rate massimo di 200 Hz Temperatura di esercizio dei sensori di circa K Matrice d uscita di 512x512 px codificati su 16 bit 18

17 Magnetoencefalografia (1) Organi del corpo umano (cervello, occhi, cuore, stomaco, muscoli scheletrici ) emettono radiazione magnetica si vuole tradurre in mappe 2D o 3D la distribuzione di campo magnetico in un organo L applicazione principale e` nello studio del cervello in risposta a determinati pattern di stimolazione esterni (campo della ricerca) Caratteristiche del segnale magnetoencefalografico: ampiezza di pochi pt, ma spesso solo qualche decina di ft banda compresa tra 0.1 Hz e 600 Hz problema del rumore ambientale, di circa 8 ordini di grandezza maggiore del segnale utilizzo di sensori Superconducting Quantum Interference Devices (SQUID) con temperatura di lavoro a circa 200 C (bagno di elio o azoto) 19

18 Magnetoencefalografia (2) 20

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