Tecniche di imaging per applicazioni bio-mediche
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
Obiettivo principale dell'insegnamento è fornire allo studente le conoscenze di base in tecniche di imaging con microscopia ottica, elettronica, a scansione di sonda, diffusion-MRI e functional-MRI con rifereimento ad applicazioni in campo biomedico. Verranno effettuate visite a laboratori dotati delle strumentazioni descritte nell'insegnamento. L'insegnamento prevede anche una serie di seminari di esperti nel settore del machine learning e di dispositivi lab-on-chip.
Risultati apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento, lo studente avrà appreso gli elementi fondamentali delle tecniche di imaging con applicazioni in particolare al settore biomedico. Lo studente acquisirà la capacità di valutare la tecnica/metodologia più idonea per l'imaging strutturale e funzionale di campioni biologici a livello molecolare cellulare, dei tessuti fino a organi/organismi complessi.
Periodo: Primo 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
Primo semestre
Programma
Il corso si prefigge nel Modulo I di illustrare le tecniche di imaging utilizzate in ambito bio-medico e nel Modulo II di fornire approcci generali per l'elaborazione e l'analisi di immagini.
Modulo I prof. Cristina Lenardi
1. Formazione dell'immagine in un microscopio ottico convenzionale; aberrazioni ottiche.
2. Concetti di: risoluzione, ingradimento, point spread function (PSF).
3. Microscopia in campo chiaro, in campo scuro, in contrasto di fase, con luce polarizzata, a contrasto interferenziale differenziale (DIC).
4. Microscopia in fluorescenza
5. Microscopia confocale (CLSM) e tecniche FRET, FRAP, FLIM
6. Microscopia in super-resolution TIRF, 2Ph, SIM, PALM/STORM, STED.
7. Introduzione alla microscopia elettronica.
8. Microscopia eletronica a scansione (SEM) e a trasmissione (TEM).
9. Cryo-EM.
10. Microscopie a scansione di sonda (STM e AFM).
Modulo II dott. Antonio Sarno
1. Introduzione all'immagine digitale in applicazioni biomediche e formati comuni
2. Rivelatori digitali per radiazione x in applicazioni mediche: principi fisici e caratteristiche
3. Parametri per la valutazione della qualità delle immagini: Contrasto, risoluzione spaziale e rumore
4. Trasformazioni di intensità e filtraggio spazile
5. Introduzione alla trasformata di Fourier di segnali 2D digitali e filtraggio nel dominio di Fourier
6. Filtri per la riduzione di rumore
7. Filtri per immagini digitali e valutazione della qualità: teoria ed implementazione pratica in Imagej
8. Introduzione all'uso di Matlab per elaborazione delle immagini
9. Valutazione della risoluzione spaziale tramite MTF precampionata: teoria ed implementazione pratica in Matlab
10. Metodi di ricostruzione tomografica, con particolare riguardo alla immagine radiologica
Modulo I prof. Cristina Lenardi
1. Formazione dell'immagine in un microscopio ottico convenzionale; aberrazioni ottiche.
2. Concetti di: risoluzione, ingradimento, point spread function (PSF).
3. Microscopia in campo chiaro, in campo scuro, in contrasto di fase, con luce polarizzata, a contrasto interferenziale differenziale (DIC).
4. Microscopia in fluorescenza
5. Microscopia confocale (CLSM) e tecniche FRET, FRAP, FLIM
6. Microscopia in super-resolution TIRF, 2Ph, SIM, PALM/STORM, STED.
7. Introduzione alla microscopia elettronica.
8. Microscopia eletronica a scansione (SEM) e a trasmissione (TEM).
9. Cryo-EM.
10. Microscopie a scansione di sonda (STM e AFM).
Modulo II dott. Antonio Sarno
1. Introduzione all'immagine digitale in applicazioni biomediche e formati comuni
2. Rivelatori digitali per radiazione x in applicazioni mediche: principi fisici e caratteristiche
3. Parametri per la valutazione della qualità delle immagini: Contrasto, risoluzione spaziale e rumore
4. Trasformazioni di intensità e filtraggio spazile
5. Introduzione alla trasformata di Fourier di segnali 2D digitali e filtraggio nel dominio di Fourier
6. Filtri per la riduzione di rumore
7. Filtri per immagini digitali e valutazione della qualità: teoria ed implementazione pratica in Imagej
8. Introduzione all'uso di Matlab per elaborazione delle immagini
9. Valutazione della risoluzione spaziale tramite MTF precampionata: teoria ed implementazione pratica in Matlab
10. Metodi di ricostruzione tomografica, con particolare riguardo alla immagine radiologica
Prerequisiti
Nessuno
Metodi didattici
Le lezioni saranno erogate mediante proiezione di diaposite. Sono previste visite presso la piattaforma di Imaging (NOLIMITS-UNITECH) e presso il laboratorio di microscopia a scansione di sonda (Dipartimento di Fisica). Le diapositive vengono caricare su ARIEL.
Materiale di riferimento
Le diapositive del corso caricate sul sito Ariel.
Modulo I
A. Diaspro et al. - Nanoscopy and Multidimensional Optical Fluorescence Microscopy. ed. Chapman and Hall/CRC
J.J. Bozzola et L. D. Russel - Electron Microscopy. Jones & Bartlett Learning
Modulo II
Digital Image Processing, Gonzalez RC and Woods RE
Modulo I
A. Diaspro et al. - Nanoscopy and Multidimensional Optical Fluorescence Microscopy. ed. Chapman and Hall/CRC
J.J. Bozzola et L. D. Russel - Electron Microscopy. Jones & Bartlett Learning
Modulo II
Digital Image Processing, Gonzalez RC and Woods RE
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La valutazione dello studente si basa su: i) presentazione di un articolo che tratta studi recenti che utilizzino almeno una delle tecniche di imaging descritte nel corso e ii) esame orale su tutti gli argomenti trattati nel corso.
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE - CFU: 3
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 3
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 3
Lezioni: 42 ore
Docenti:
Lenardi Cristina, Sarno Antonio
Docente/i
Ricevimento:
previo appuntamento
da definire