B002395 - BIOINGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA

Italiano

Principi fisici e tecnologie per la formazione di immagini mediche
(radiologia, medicina nucleare, ultrasuoni, bioimmagini ottiche, risonanza magnetica, ricostruzione di tomografie),
approccio computazionale alla diagnostica per immagini.

- Bioimmagini di G. Coppini, S.Diciotti, G. Valli, Pàtron ed., Bologna, 2012.


- PDF delle diapositive presentate a lezione ed esercitazione.

Conoscere le tecniche di formazione delle immagini mediche;
approfondifre le conoscenze sul trattamento delle immagini mediche: in particolare comprendere l'approccio computazionale alle immagini mediche, al fine di ricostruire immagini tomografiche e supportare i medici nella loro attività clinica e di ricerca.

Nessuno per gli iscritti alla laurea magistrale.

Lezioni in aula con videoproiettore.
Esercitazioni al laboratorio (a gruppi di due o tre studenti).

Questo corso ha ancora una versione a 6 cfu, solo per gli studenti delle lauree triennali dell'ordinamento didattico precedente. Si veda il programma per esteso.

Appelli di esame:
I appello 15/01/2014 ore 10

II appello 5/02/2014 ore 10

III appello 26/02/2014 ore 10

IV appello 18/06/2014 ore 10

V appello 2/07/2014 ore 10

VI appello 16/07/2014 ore 10

VII appello 10/09/2014 ore 10



A queste date ufficiali possono essere aggiunte altre date, da concordare col docente.
Gli esami si svolgono di solito nello studio del prof.Baroni, nel Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, S.Marta 3, piano 2.
Solo in caso di più di 4 studenti iscritti ed effettivamente presenti a una delle adte ufficiali, l'esame si svolgerà in un'aula (da definire).

Esame orale sul programma svolto, eventualmente preceduto dall'esposizione di una tesina scritta.

Programma per 9 CFU (per 6 CFU vedi sotto).

1)CARATTERIZZAZIONE DEI SISTEMI DI IMMAGINE: frequenza spaziale e MTF, contrasto, risoluzione, rapporto segnale/rumore, immagini fotoniche e diseguaglianza di Rose, efficienza di rivelazione, fattori di distorsione. Teoria del rilevamento del segnale, curve ROC, curve FROC.

2)ELABORAZIONE di BASE DELLE IMMAGINI NUMERICHE: Campionamento e quantizzazione. Obiettivi e fasi di elaborazione. Operazioni su immagini: puntuali, locali, geometriche, algebriche e logiche. Istogramma dei grigi, soglia, equalizzazione, amplificazione della dinamica, finestra dei grigi. Filtraggi a media mobile: smoothing, gradiente, laplaciano, ecc.
Esercitazioni al laboratorio in linguaggio C e OpenGL.



3) FORMAZIONE di IMMAGINI MEDICHE: cenni alle onde elettromagnetiche (propagazione, assorbimento, diffusione) e alle radiazioni ionizzanti (sorgenti, dose, radioprotezione). Generazione e rivelazione di immagini: immagini per emissione, per trasparenza, per riflessione. Agenti di contrasto. Immagini 2D, 3D e 4D. Immagini anatomiche e/o funzionali, tecniche complementari. Cenni alle applicazioni di interesse medico.



4) IMMAGINI A RAGGI X: tubo radiogeno e spettro di raggi X, problemi radiologici diretto e inverso, radiazione diffusa. Radiografia proiettiva: problemi. Radiografia convenzionale su pellicola (immagini statiche) e con intensificatore di brillanza (immagini dinamiche); radiografia numerica (videoradiografia e DSA, rivelatori a pannelli piatti).
La tomografia computerizzata: vantaggi, principio di funzionamento, evoluzioni.



5) IMMAGINI RADIOISOTOPICHE: confronto tra medicina nucleare e radiologia, radiofarmaci, collimatori e rivelatori. Componenti e funzionamento della gamma-camera.
Cenni alla tomografia ad emissione: SPECT e PET.



6) IMMAGINI ECOGRAFICHE: Generazione e propagazione di ultrasuoni, ecografo ad impulsi, tecniche di scansione e focalizzazione, prestazioni e applicazioni, ecocardiografia con agente di contrasto, ecografia doppler.



7) IMMAGINI OTTICHE
Immagini di fluorescenza: molecular imaging, fluoroangiografia. Tomografia a coerenza ottica (OCT): nel dominio del tempo o della frequenza, prestazioni e applicazioni.

8)
METODI di RICOSTRUZIONE delle IMMAGINI TOMOGRAFICHE
Limiti della radiografia convenzionale. Il problema della ricostruzione e visualizzazione 3D. Generazione di proiezioni: tomografia per trasmissione, tomografia per emissione. Ricostruzione matematica di tomografie. Cenni ai metodi iterativi. Metodi analitici: algoritmo di retroproiezione filtrata. Complementi.



9) IMMAGINI di RISONANZA MAGNETICA
Principi fisici. Il segnale RM e le sequenze di eccitazione. Risonanza Magnetica funzionale.
Ricostruzione di immagini in tomografia RM.



10) VISIONE ARTIFICIALE di IMMAGINI MEDICHE
Cenni alla visione biologica (funzioni del polo anteriore e della retina, campi recettivi, sensibilità al contrasto, alla luminanza uniforme, alla orientazione e dimensione dei dettagli).
Caratteristiche dei sistemi di ausilio alla diagnostica per immagini (CAD).



11) SEGMENTAZIONE di IMMAGINI
Template macthing, riconoscimento di regioni (soglia e istogramma, region growing o splitting, regioni connesse) e riconoscimento di contorni (filtro Gaussiano con gradiente o laplaciano, filtri multiscala). Collegamento di elementi di contorno in contorni completi: programmazione dinamica (caso semplificato e generale), modelli deformabili (senza metodi di minimizzazione di energia).



12) ANALISI quantitativa di IMMAGINI MEDICHE.
Analisi della Tessitura con statistica del secondo ordine.
Analisi della forma mediante la curvatura in 2D e 3D.
Analisi del movimento: flusso ottico, metodo delle corrispondenze (con punti di riferimento o
con forme non rigide: uniform mapping e shape-based matching).
Applicazione allo studio della funzione regionale della contrazione cardiaca.



13) INTERPRETAZIONE di IMMAGINI MEDICHE (cenni): Training set e test set.
Riconoscimento statistico. Sistemi basati su REGOLE e su Insiemi sfumati (fuzzy logic).



ESERCITAZIONI SOFTWARE al LABORATORIO: segmentazione e analisi di vasi sanguigni,
analisi delle fasi in sequenze temporali di immagini cardiache.

Programma per 6 CFU: lo stesso PER I PUNTI DALL'1) AL 9), A CUI SI AGGIUNGONO:
0) INTRODUZIONE: Settori della Bioingegneria. Esempi di applicazione.
10bis) Cenni alla VISIONE ARTIFICIALE di IMMAGINI MEDICHE
Visione biologica (funzioni del polo anteriore e della retina, campi recettivi, sensibilità al contrasto, alla luminanza uniforme, alla orientazione e dimensione dei dettagli).
Sistemi di ausilio alla diagnostica per immagini (CAD) e loro caratteristiche.
SEGMENTAZIONE di IMMAGINI Estrazione di contorni (filtro Gaussiano con gradiente o laplaciano, filtri multi-scala).