Elementi di informatica in diagnostica per immagini

Transcript

1 Elementi di informatica in diagnostica per immagini

2 Roberto Grassi Giuseppe Guglielmi Alfredo Siani (a cura di) Elementi di informatica in diagnostica per immagini Aspetti clinico-assistenziali e organizzativi

3 a cura di Roberto Grassi Dipartimento di Internistica Clinica e Sperimentale F. Magrassi e A. Lanzara Seconda Università degli Studi di Servizio Informatico Aziendale A.O. S. G. Moscati Avellino Giuseppe Guglielmi Dipartimento di Radiologia Università degli Studi di Foggia Foggia Radiologia IRCCS Ospedale Casa Sollievo della Sofferenza San Giovanni Rotondo Alfredo Siani U.O.C. Radiodiagnostica Istituto Nazionale per lo Studio e la Cura dei Tumori Fondazione Giovanni Pascale ISBN e-isbn DOI / Springer-Verlag Italia 2010 Quest opera è protetta dalla legge sul diritto d autore, e la sua riproduzione è ammessa solo ed esclusivamente nei limiti stabiliti dalla stessa. Le fotocopie per uso personale possono essere effettuate nei limi ti del 15% di ciascun volume dietro pagamento alla SIAE del compenso previsto dall art. 68, commi 4 e 5, della legge 22 aprile 1941 n Le riproduzioni per uso non personale e/o oltre il limite del 15% potranno avvenire solo a seguito di specifica autorizzazione rilasciata da AIDRO, Corso di Porta Romana n. 108, Milano 20122, segreteria@aidro.org e sito web Tutti i diritti, in particolare quelli relativi alla traduzione, alla ristampa, all utilizzo di illustrazioni e tabelle, alla citazione orale, alla trasmissione radiofonica o televisiva, alla registrazione su microfilm o in database, o alla riproduzione in qualsiasi altra forma (stampata o elettronica) rimangono riservati anche nel caso di utilizzo parziale. La violazione delle norme comporta le sanzioni previste dalla legge. L utilizzo in questa pubblicazione di denominazioni generiche, nomi commerciali, marchi registrati, ecc. anche se non specificatamente identificati, non implica che tali denominazioni o marchi non siano protetti dalle relative leggi e regolamenti. Responsabilità legale per i prodotti: l editore non può garantire l esattezza delle indicazioni sui dosaggi e l impiego dei prodotti menzionati nella presente opera. Il lettore dovrà di volta in volta verificarne l esattezza consultando la bibliografia di pertinenza Immagine di copertina realizzata da Geraldine D Alessandris su disegno di Daniele Pinto Layout copertina: Ikona S.r.l., Milano Impaginazione: C & G di Cerri e Galassi, Cremona Stampa: Printer Trento S.r.l., Trento Stampato in Italia Springer-Verlag Italia S.r.l., Via Decembrio 28, I Milano Springer fa parte di Springer Science+Business Media (

4 Prefazione Guida alla lettura Con l istituzione della laurea triennale in Tecniche Radiologiche per Immagini e Radioterapia, è nata l esigenza di fornire agli studenti le conoscenze di base nel settore dell informatica medicale, settore che ha avuto sviluppo a partire dal primo prototipo di tomografia computerizzata negli anni 70, fino ad arrivare a generazioni di macchine in grado di acquisire ed elaborare immagini del corpo umano con modelli tridimensionali virtuali. Questo volume si propone di esporre gli elementi fondamentali di Informatica per i futuri tecnici di radiologia, come prima fase di un percorso formativo che proseguirà in una seconda fase con l insegnamento delle tecniche specifiche di elaborazione delle immagini radiologiche. Gli autori hanno cercato di esprimere i concetti evitando un linguaggio per specialisti, ma ponendo attenzione alle nozioni pratiche necessarie ai tecnici di radiologia come utenti di sistemi informatici. Il testo è stato organizzato in quattro sezioni corrispondenti a tappe didattiche fondamentali. Nella Parte I - Il sistema e l hardware - sono delineati i momenti principali della evoluzione dei sistemi di calcolo e automazione, a partire dalla nascita dei primi calcolatori sino ad arrivare ai computer attuali. Sono anche rappresentate le strutture interne del computer per avere una visione chiara di come funzioni in pratica. Dopo una parte puramente costruttiva, segue un inquadramento degli aspetti logici del trattamento delle informazioni, per dare allo studente la possibilità di capire il modello di elaborazione di un computer e passare dallo smanettare ad un uso più consapevole dell informatica. Sono stati introdotti, anche se in maniera succinta, gli elementi di algebra lineare, matrici e vettori, che trovano applicazione nei programmi utilizzati sugli apparecchi TC ed RM per l acquisizione delle immagini. Conclude la prima parte un elenco delle unità di misura informatiche perché, molto spesso, nel linguaggio comune si parla di mega, giga, dpi, hertz, senza rendersi veramente conto del reale significato di tali parole. Nella Parte II - Il software - viene introdotto il concetto di sistema operativo, in particolare Windows, per capire le sue funzioni e le evoluzioni, che hanno permesso al computer di divenire alla portata di tutti. Sono anche presentati sistemi operativi alternativi che rientrano nel concetto di software libero, di grande attualità. A questa tappa didattica appartengono l analisi del concetto di algoritmo, la presentazione dei diagrammi a blocchi, come rappresentazione grafica degli algoritmi, e i vari linguaggi di programmazione attraverso l analisi dei rapporti di analogia e differenza tra linguaggi naturali e i linguaggi artificiali, che costituiscono la fase di codificazione necessaria per il rapporto uomo-macchina. v

5 vi Prefazione Nella Parte III - Macchine evolute - si affronta un argomento di grande interesse per la realizzazione di sistemi in grado di apprendere autonomamente. Da anni ormai si sente parlare di intelligenza artificiale o, per meglio dire, di reti neurali artificiali, ma spesso non se ne comprendono appieno né il significato, né i campi d applicazione. Lo scopo di questi complessi metodi matematici è il tentativo di interpretare le leggi della natura meglio delle tecniche di calcolo tradizionali. Si basano sul concetto che, in determinate situazioni, è possibile far apprendere a un apparato meccanico-fisico leggi che non si conoscono a priori, semplicemente facendogli analizzare un elevato numero di casi reali. I loro campi di applicazione sono tutti quelli in cui la risoluzione del problema risulti difficoltosa o dispendiosa in termini di calcolo tradizionale e, soprattutto, dove non sia chiaro a priori quali relazioni deterministiche esistano tra le diverse variabili che lo caratterizzano. La medicina è stato uno dei primi settori ad utilizzare questi sistemi innovativi per migliorare la qualità delle diagnosi, proprio perché l'attività diagnostica in medicina molte volte non può essere ricondotta a un problema lineare di causa-effetto. Nella Parte IV - Pratica e applicazioni - sono esposti gli elementi necessari all uso di un computer, con riferimento ai programmi maggiormente diffusi. Si è voluto partire dal sistema operativo MS-DOS, utile non solo come curiosità ma anche per scoprire, e poi approfondire su testi specifici consigliati, i fondamenti gestionali del sistema operativo; si prosegue con un illustrazione di MS Windows soffermandosi sulle operazioni principali, con l obiettivo di fornire con terminologia corretta alcune nozioni introduttive, senza peraltro voler sostituire un manuale completo. Con il medesimo spirito vengono poi descritti i componenti di Microsoft Office, la piattaforma di produttività individuale ad oggi più diffusa. La sezione si conclude con un accenno a Microsoft Access per avviare lo studente a interagire correttamente con database già esistenti, che potrà trovare nella sua attività professionale e, nel contempo, guidarlo verso le nozioni necessarie per creare nuovi database semplici, ma funzionalmente completi. Allo scopo di dare spazio ad alcuni argomenti di interesse selettivo, è stata realizzata una parte di Appendici, in cui sono fornite informazioni aggiuntive o consigli utili allo studente. Anche se oramai in disuso, si parla di floppy disk, perché rappresenta l icona del salvataggio dei dati. Si passa poi ai consigli su come utilizzare al meglio una stampante ad aghi, uno strumento ancora oggi valido ed economico, ai consigli sull acquisto di un computer, una domanda rivolta spesso a un esperto informatico. Inoltre si accenna al sistema operativo Windows Vista e al nuovo pacchetto MS Office, confrontandoli con i precedenti, cercando di evidenziare gli aspetti più innovativi. La sicurezza informatica viene trattata come un area di attenzione, rinviando a una successiva pubblicazione l approfondimento di tale materia, che rappresenta spesso causa di timori e disorientamento per gli utenti individuali, ma anche per amministratori di sistema di organizzazioni pubbliche o private. Alla fine del percorso formativo è inserito un Test di autoverifica che consente allo studente di valutare la reale conoscenza acquisita sui vari argomenti. Il vantaggio del test è di poter fare una propria radiografia didattica valutando il grado di apprendimento e scoprire carenze da approfondire, ove necessario, prima di sostenere l esame. Per facilitare la lettura di alcuni argomenti, lo studente troverà nel testo numerose note classificate in curiosità, informazioni e approfondimenti e alla fine del volume un ampio e utile glossario di oltre 350 termini., marzo 2010 Roberto Grassi Giuseppe Guglielmi Alfredo Siani

6 Indice Parte I Il sistema e l hardware Sintesi storica: dai primi calcolatori alla nascita del personal computer Francesco Martino, Carlo Sansotta, Emanuele Scribano 1.1 Dagli albori alla scheda perforata I computer della prima generazione Il transistor Il circuito integrato Nascita del personal computer L evoluzione I supercomputer Cosa rappresenta il computer Le parti che costituiscono un computer Fabrizio Calliada, Franco Farfarini, Alessandro Vercelli, Daniele Travaini 2.1 Significato di hardware e software Il processore Dettagli su modelli e montaggio dei microprocessori I 40 anni della Legge di Moore La scheda madre Novità sul futuro delle memorie RAM Alcuni dispositivi di memorizzazione rimovibili Gli hard disk Formattazione Evoluzione degli hard disk La scheda grafica e i monitor Tecnologie dei monitor attuali e sviluppi futuri Sintesi dei vantaggi e svantaggi delle tre tecnologie La tastiera e il mouse Le porte Il contenitore vii

7 viii Indice 2.17 Le stampanti Lo scanner Il modem Lettore di CD-ROM e DVD I masterizzatori Note sui portatili ed evoluzioni Gianni Pellicanò, Natale Villari 3.1 I laptop Le batterie dei portatili L evoluzione dei portatili: il subnotebook L evoluzione continua: PDA e smartphone Sistemi di numerazione binaria, ottale, esadecimale Carmelo Lombardi, Rinaldo Selvetella 4.1 Introduzione Numerazione binaria Numerazione ottale Numerazione esadecimale Conversione tra ottale, esadecimale e binario La rappresentazione delle informazioni Salvatore Cappabianca, Antonio Lo Casto, Massimo Midiri 5.1 Introduzione Codice ASCII L algebra di Boole Salvatore Cappabianca, Luca Brunese 6.1 Introduzione: cenni storici Variabili, operazioni, funzioni Alcune proprietà dell algebra di Boole Algebra di Boole e algebra ordinaria Le porte logiche Antonio Rotondo, Massimo Vallefuoco 7.1 Introduzione Funzione logica AND Funzione logica OR Funzione logica NOT Concetto di circuito logico Funzioni logiche NAND e NOR Come sono fatte le vere porte: le logiche a transistor

8 Indice ix 8 Algebra lineare: matrici e vettori Luigi Mansi, Francesco Romano 8.1 Definizione di matrice e vettore Alcune definizioni Operazioni tra matrici Il calcolo dei determinanti Matrice inversa Lettura consigliata Considerazioni sulle unità di misura utilizzate nel sistema informatico Eugenio Fontanella, Andrea Giovagnoni, Gian Marco Giuseppetti 9.1 La differenza tra bit e byte Codifica dei dati Multipli del byte Come si misura la velocità dei processori Come si misura la capacità e le prestazioni dei dischi fissi Come si misura la capacità dei modem Come si misura la velocità di CD e DVD Come si misura la velocità di stampa Risoluzione di stampa e immagini Uno sguardo al futuro: il qubit o bit quantistico Parte II Il software I sistemi operativi e il software applicativo Sergio Deseri, Giacomo Garlaschi 10.1 Cenni sui sistemi operativi Il file system e le estensioni Il software applicativo Installazione del software Il copyright Le origini dei maggiori sistemi operativi e le alternative disponibili Sergio Deseri, Giacomo Garlaschi 11.1 Commenti sulle origini e l evoluzione di Windows Le origini di Linux Da Linux a Ubuntu L evoluzione dei sistemi operativi

9 x Indice 13 Il software libero e l open source Giuseppe Rubini, Nicola Sasanelli 13.1 Cenni storici Il software libero Il software open source Esempi di programmi freeware e open source Lettura consigliata La programmazione: storia e concetti base Graziano De Petris, Maria Assunta Cova 14.1 Cenni storici Il linguaggio di Backus-Naur Impariamo a indentare Introduzione alla logica e ai diagrammi di flusso Graziano De Petris, Maria Assunta Cova 15.1 Introduzione alla progettazione: diagrammi a blocchi e criteri Parole chiave, operatori, variabili, dati La programmazione condizionale La programmazione iterativa Le funzioni Conclusioni Lettura consigliata Parte III Macchine evolute L intelligenza artificiale Giovanni Carlo Ettorre 16.1 Introduzione: l opera di Alan Turing La macchina di Turing L idea del test di Turing e altri studi Introduzione al concetto di intelligenza artificiale Cenni storici I contributi dell intelligenza artificiale Cosa non può fare l intelligenza artificiale La coscienza nell intelligenza artificiale Bibliografia Letture consigliate L elaborazione di von Neumann Giovanni Carlo Ettorre 17.1 Lo schema della architettura Limiti dell architettura di von Neumann

10 Indice xi 17.3 L elaboratore di von Neumann e la mente umana Lettura consigliata Introduzione alle reti neurali Giuseppe Lucio Cascini, Vincenzo Donato, Oscar Tamburrini 18.1 Cenni sul sistema nervoso Differenze tra computer e sistema nervoso centrale Le reti neurali: generalità Modello di rete neurale Caratteristiche delle reti neurali Storia delle reti neurali Esempi di applicazione Struttura e architettura di una rete neurale artificiale Modalità di apprendimento Apprendimento hebbiano (la regola di Hebb) Modello di Hopfield La macchina di Boltzmann Una riflessione Letture consigliate Parte IV Pratica e applicazioni Cenni sul sistema MS-DOS Giovanni Saguatti, Pietro Torricelli 19.1 Introduzione La struttura del DOS Inizia la fase pratica: l avvio del DOS Comandi di struttura dei file Comandi per lavorare con i file e la memoria Le operazioni automatiche alla accensione La programmazione batch Lettura consigliata Guida pratica al sistema operativo Windows Sergio Deseri, Giacomo Garlaschi 20.1 Usare il sistema operativo Versione di Windows e compatibilità dei programmi Scaricare un programma da internet Installare un programma Rimuovere un programma Mantenere in ordine il desktop Trovare un documento o un generico file La manutenzione del disco fisso pulitura e scandisk

11 xii Indice 20.9 Cosa vuol dire deframmentare Lettura consigliata Cenni sul programma di video-scrittura Word Vincenzo David 21.1 Introduzione L interfaccia di Word I rientri Le tabulazioni Tipo di carattere Grassetto Corsivo Centra Allinea a destra Allinea a sinistra Annulla Elenco numerato Elenco puntato Giustifica Stile Tabelle Taglia e Incolla Copia e Incolla Mostra/Nascondi Intestazione e pie di pagina Controllo ortografia e grammatica Modalità di esecuzione di un curriculum vitae Cenni sul programma PowerPoint e tecniche di presentazione Significato di PowerPoint Funzioni di PowerPoint Le regole per realizzare un efficace presentazione video Letture consigliate Introduzione ad Excel e ai fogli di calcolo Giuseppe Guglielmi, Franco Ascolese, Roberto Grassi 23.1 Generalità e avvio di Excel Finestra di Excel L uso del mouse L aiuto di Excel Modalità di preparazione di un foglio di lavoro Come eseguire la stampa di un foglio di lavoro Conclusioni Progredire nell uso di Excel Elisabetta De Luzio, Alfredo Siani 24.1 Excel per la gestione dei dati: opportunità e limiti Campi e record Posizioni e nomi dei campi Interventi sui record Autocomposizione Funzione La grafica in Excel

12 Indice xiii 24.7 La stampa dei grafici Letture consigliate Creare un nuovo database con Microsoft Access Introduzione Modalità per creare un database Modalità per creare una tabella Modalità per creare una maschera Modalità per creare una query Access e la pagina stampata (report) Come costruire pagine web con Access Lettura consigliata Appendici A Floppy disk e altri dispositivi di memorizzazione A.1 I floppy disk A.2 I floppy drive A.3 Altri dispositivi del passato: Zip Drive - LS A.4 Il floppy disk: simbolo di salvataggio dei dati Lettura consigliata B Considerazioni sull utilizzo di stampanti ad aghi B.1 Stampa su modulo continuo C Consigli per l uso e l acquisto di laptop e desktop C.1 Introduzione C.2 L uso del laptop C.3 L acquisto D Il sistema operativo Windows Vista Giuseppe Rubini, Nicola Sasanelli D.1 La nuova grafica D.2 Un nuovo standard di file per creare documenti concorrente del PDF: XPS D.3 La sicurezza e la configurazione automatica nel nuovo sistema Windows D.4 La velocità di Windows Vista D.5 Requisiti di configurazione dell hardware D.6 Modalità grafiche

13 xiv Indice D.7 Le diverse versioni di Windows Vista Lettura consigliata E Cenni su MS Office E.1 Introduzione E.2 Elenco delle nuove funzionalità di Word E.3 Elenco delle nuove funzionalità di Excel E.4 I vantaggi dei nuovi formati e delle estensioni E.5 La condivisione di uno stesso file in versioni differenti di Office Lettura consigliata F Cenni sulla sicurezza informatica Roberto Grassi F.1 Introduzione F.2 Alcune definizioni di sicurezza informatica F.3 Principali tipologie di incidenti informatici F.4 Le protezioni Lettura consigliata Siti di interesse Test di autoverifica T1 Domande T2 Risposte Glossario

14 Elenco degli Autori Franco Ascolese ASL 1 Centro Luca Brunese Dipartimento Scienze per la Salute Sezione Diagnostica per Immagini Università degli Studi del Molise Campobasso Fabrizio Calliada Istituto di Radiologia I.R.C.C.S. Fondazione Policlinico S. Matteo Pavia Salvatore Cappabianca Dipartimento di Internistica Clinica e Sperimentale F. Magrassi e A. Lanzara Seconda Università degli Studi di Giuseppe Lucio Cascini Scienze Radiologiche Università degli Studi Magna Grecia Catanzaro Maria Assunta Cova U.C.O. di Radiologia Università di Trieste Ospedale di Cattinara Trieste Vincenzo David U.O.C. Radiologia A.O. Sant Andrea Roma Elisabetta De Luzio I.N.T. Fondazione G. Pascale Dipartimento di Radiodiagnostica Graziano De Petris A.O.U. di Trieste Ospedali Riuniti Trieste Sergio Deseri Dipartimento di Scienze Chirurgiche Università degli Studi di Genova Genova Vincenzo Donato Scienze Radiologiche Università degli Studi Magna Grecia Catanzaro Giovanni Carlo Ettorre U.O. di Radiologia e Radioterapia A.O.U. Policlinico-Vittorio Emanuele Catania Franco Farfarini Scuola di Specializzazione in Radiologia Diagnostica Università degli Studi di Pavia Pavia Eugenio Fontanella Dipartimento di Internistica Clinica e Sperimentale F. Magrassi e A. Lanzara Seconda Università degli Studi di xv

15 xvi Elenco degli Autori Giacomo Garlaschi Dipartimento di Medicina Interna Università degli Studi di Genova Genova Andrea Giovagnoni Istituto di Radiologia Università Politecnica delle Marche Ancona Gian Marco Giuseppetti Istituto di Radiologia Università Politecnica delle Marche Ancona Roberto Grassi Dipartimento di Internistica Clinica e Sperimentale F. Magrassi e A. Lanzara Seconda Università degli Studi di Giuseppe Guglielmi Dipartimento di Radiologia Università degli Studi di Foggia Foggia Radiologia IRCCS Ospedale Casa Sollievo della Sofferenza San Giovanni Rotondo Antonio Lo Casto Sezione di Scienze radiologiche, DIBIMEF Università degli Studi di Palermo Palermo Carmelo Lombardi U.O.C. Radiologia I A.O. S. G. Moscati Avellino Luigi Mansi Dipartimento di Internistica Clinica e Sperimentale F. Magrassi e A. Lanzara Seconda Università degli Studi di Francesco Martino U.O. di Medicina nucleare A.O.U. Policlinico G. Martino Messina Massimo Midiri Dipartimento di Diagnostica per Immagini Università di Palermo Palermo Gianni Pellicanò Dipartimento di Diagnostica per Immagini A.O.U.C. Firenze Servizio Informatico Aziendale A.O. S. G. Moscati Avellino Francesco Romano Dipartimento di Internistica Clinica e Sperimentale F. Magrassi e A. Lanzara Seconda Università degli Studi di Antonio Rotondo Dipartimento di Internistica Clinica e Sperimentale F. Magrassi e A. Lanzara Seconda Università degli Studi di Giuseppe Rubini U.O.C. di Medicina Nucleare Diagnostica PET/CT A.O.U. Policlinico di Bari Università degli Studi di Bari Bari Giovanni Saguatti A.O.U. Policlinico di Modena Modena Carlo Sansotta Dipartimento universitario di Protezionistica Ambientale, Sanità Sociale e Industriale A.O.U. Policlinico G. Martino Messina Nicola Sasanelli Dipartimento MCTMC Sezione di Ingegneria Biomedica Università degli Studi di Bari A.O.U. Policlinico di Bari Bari

16 Elenco degli Autori xvii Emanuele Scribano Dipartimento di Diagnostica per Immagini A.O.U. Policlinico G. Martino Messina Rinaldo Selvetella U.O.C. Radiologia I A.O. S. G. Moscati Avellino Alfredo Siani U.O.C. Radiodiagnostica Istituto Nazionale per lo Studio e la Cura dei Tumori Fondazione Giovanni Pascale Oscar Tamburrini Scienze Radiologiche Università degli Studi Magna Grecia Catanzaro Daniele Travaini Istituto di Radiologia I.R.C.C.S. Fondazione Policlinico S. Matteo Pavia Massimo Vallefuoco Dipartimento di Internistica Clinica e Sperimentale F. Magrassi e A. Lanzara Seconda Università degli Studi di Alessandro Vercelli Istituto di Radiologia Università degli Studi di Pavia Pavia Natale Villari Istituto di Radiologia Università degli Studi di Firenze Firenze Pietro Torricelli U.O. di Radiologia I D.A.I. Servizi Diagnostici e per Immagine A.O.U. Policlinico di Modena Modena