Principi fisici ed applicazioni delle tecniche di risonanza magnetica nucleare
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
Obiettivo principale dell'insegnamento è quello di fornire allo studente le conoscenze fisiche di base nelle tecniche di risonanza magnetica: rilassometria NMR, NMR ad alta risoluzione, MRI e ipertermia fluido-magnetica (MFH).
Accanto ai principi di base delle tecniche verranno mostrate alcune delle differenti applicazioni possibili. Il focus sarà principalmente rivolto alle applicazioni in biomedicina, ma verranno presentati anche esempi che riguardano la conservazione dei materiali per beni culturali, i nanomateriali e lo stoccaggio di energia. Altro obiettivo dell'insegnamento, correlato al principale, è quello di mostrare agli studenti la flessibilità delle tecniche di risonanza magnetica e la loro applicabilità in ambiti multi-disciplinari della fisica.
Accanto ai principi di base delle tecniche verranno mostrate alcune delle differenti applicazioni possibili. Il focus sarà principalmente rivolto alle applicazioni in biomedicina, ma verranno presentati anche esempi che riguardano la conservazione dei materiali per beni culturali, i nanomateriali e lo stoccaggio di energia. Altro obiettivo dell'insegnamento, correlato al principale, è quello di mostrare agli studenti la flessibilità delle tecniche di risonanza magnetica e la loro applicabilità in ambiti multi-disciplinari della fisica.
Risultati apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento, lo studente avrà
1) appreso gli elementi fondamentali delle tecniche di risonanza magnetica presentate alla luce delle applicazioni mostrate
2) raggiungerà un livello di indipendenza tale da comprendere l'utilizzo delle tecniche di risonanza anche in altri ambiti applicativi
3) acquisirà la capacità di valutare la tecnica o la combinazione di tecniche più idonee a seconda della tipologia di materiale indagato o della finalità applicativa che deve essere raggiunta.
1) appreso gli elementi fondamentali delle tecniche di risonanza magnetica presentate alla luce delle applicazioni mostrate
2) raggiungerà un livello di indipendenza tale da comprendere l'utilizzo delle tecniche di risonanza anche in altri ambiti applicativi
3) acquisirà la capacità di valutare la tecnica o la combinazione di tecniche più idonee a seconda della tipologia di materiale indagato o della finalità applicativa che deve essere raggiunta.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
L'insegnamento prevede la presentazione e trattazione dei seguenti argomenti:
- Principi fondamentali di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): la risonanza magnetica, le equazioni di Bloch, lo spettro NMR, descrizione classica e quantistica del rilassamento nucleare, tempi di rilassamento T1 e T2 e sequenze di acquisizione del segnale NMR.
- Descrizione della strumentazione NMR più largamente diffusa: NMR, NMR unilaterale e Risonanza Magnetica per Immagini (MRI)
- Descrizione dell'MRI: MRI 1D, spazio K, Echi di gradiente, Imaging in 2D/3D, decodifica spaziale del segnale, pesatura delle immagini, sequenze MRI in 2D/3D
- Tecniche di ricostruzione delle immagini: trasformata di Fourier e campionamento dello spazio k, trasformata di Radon, tecniche di proiezione e retroproiezione.
- Alcuni esempi di sorgenti di rumore nelle immagini MRI e artefatti
- Tecniche avanzate di MRI: MRI funzionale, diffusion MRI, quantitative MRI, tecniche di acquisizione veloce di immagini, agenti di contrasto in MRI.
- Nanomagnetismo e sue applicazioni in medicina tramite tecniche di risonanza magnetica
- Studio della porosità dei materiali e degli effetti di superficie tramite NMR (MRPM), esempi di applicazione dell' MRPM ai Beni Culturali e allo stoccaggio di energia.
- Principi fondamentali di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): la risonanza magnetica, le equazioni di Bloch, lo spettro NMR, descrizione classica e quantistica del rilassamento nucleare, tempi di rilassamento T1 e T2 e sequenze di acquisizione del segnale NMR.
- Descrizione della strumentazione NMR più largamente diffusa: NMR, NMR unilaterale e Risonanza Magnetica per Immagini (MRI)
- Descrizione dell'MRI: MRI 1D, spazio K, Echi di gradiente, Imaging in 2D/3D, decodifica spaziale del segnale, pesatura delle immagini, sequenze MRI in 2D/3D
- Tecniche di ricostruzione delle immagini: trasformata di Fourier e campionamento dello spazio k, trasformata di Radon, tecniche di proiezione e retroproiezione.
- Alcuni esempi di sorgenti di rumore nelle immagini MRI e artefatti
- Tecniche avanzate di MRI: MRI funzionale, diffusion MRI, quantitative MRI, tecniche di acquisizione veloce di immagini, agenti di contrasto in MRI.
- Nanomagnetismo e sue applicazioni in medicina tramite tecniche di risonanza magnetica
- Studio della porosità dei materiali e degli effetti di superficie tramite NMR (MRPM), esempi di applicazione dell' MRPM ai Beni Culturali e allo stoccaggio di energia.
Prerequisiti
Conoscenza di base dei concetti di elettromagnetismo, meccanica statistica e meccanica quantistica.
Metodi didattici
Lezioni frontali (42h). Frequenza fortemente consigliata. L'insegnamento è rivolto agli studenti della laurea magistrale.
Materiale di riferimento
- Slides delle lezioni e materiale per approfondimenti (es. articoli scientifici o report scientifici) a disposizione nel sito del corso presente nella piattaforma Ariel d'Ateneo.
Libri di riferimento:
- E.M. Haacke, R.W. Brown, M.R. Thompson, R. Venkatesan, Magnetic Resonance Imaging - Physical Principles and Sequence Design - ed.Wiley-Liss
- Robin A. de Graaf, In Vivo NMR Spectroscopy, Principles and Techniques (ed. John Wiley & Sons Ltd).
Libri di riferimento:
- E.M. Haacke, R.W. Brown, M.R. Thompson, R. Venkatesan, Magnetic Resonance Imaging - Physical Principles and Sequence Design - ed.Wiley-Liss
- Robin A. de Graaf, In Vivo NMR Spectroscopy, Principles and Techniques (ed. John Wiley & Sons Ltd).
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Esame orale. Durante la prova si verificherà la conoscenza delle basi teoriche dei fenomeni di Risonanza Magnetica. Si valuterà la capacità di comprensione dello studente delle metodologie sperimentali presentate. Si valuterà inoltre la comprensione dell'impiego delle tecniche di Risonanza Magnetica nelle problematiche scientifiche trattate durante l'insegnamento. L'esame orale può essere integrato, su base volontaria dello studente, con la presentazione di 2 o 3 articoli che trattano studi recenti che riguardino un argomento trattato nel corso.
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente:
Arosio Paolo
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento
piano terra edificio LITA - dipartimento di Fisica, via Celoria 16