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MEDICAL IMAGE PROCESSING AND VISUALIZATION

Internazionalizzazione della Didattica MEDICAL IMAGE PROCESSING AND VISUALIZATION

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IE23200007
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE ED ELETTRICA E MATEMATICA APPLICATA
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
INFORMATION ENGINEERING FOR DIGITAL MEDICINE
2025/2026

OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 1
ANNO ORDINAMENTO 2025
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
432LEZIONE
18LABORATORIO
18ESERCITAZIONE
- T
Obiettivi
L’INSEGNAMENTO FORNISCE LE CONOSCENZE TEORICHE E TECNOLOGICHE SULLE PRINCIPALI TIPOLOGIE DI IMMAGINI MEDICALI E SULLE METODOLOGIE PER ELABORARE TALI IMMAGINI, MIGLIORARNE LA QUALITÀ E VISUALIZZARLE IN MODO EFFICACE PER LA DIAGNOSTICA.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
FASI DI UN SISTEMA DI ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI, CON PARTICOLARE RIFERIMENTO ALLE FASI DI LOW LEVEL PROCESSING (ACQUISIZIONE, FILTRAGGI) E INTERMEDIATE LEVEL PROCESSING (ESTRAZIONE DI REGIONI E CONTORNI), UNITAMENTE ALLE TECNICHE DI BASE DI IMPLEMENTAZIONE DI TALI FUNZIONI CON LIBRERIE E FRAMEWORK ESISTENTI; CARATTERISTICHE DELLE TIPOLOGIE DI IMMAGINI USATE IN AMBITO MEDICO (IMMAGINI RADIOGRAFICHE, TAC, PET, MRI E IMMAGINI ECOGRAFICHE) E DELLA LORO RAPPRESENTAZIONE; PRINCIPALI FRAMEWORK PER LA VISUALIZZAZIONE DELLE IMMAGINI.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE
PROGETTARE E REALIZZARE APPLICATIVI BASATI SULL’ELABORAZIONE E SULLA VISUALIZZAZIONE DI IMMAGINI MEDICALI, ANCHE ATTRAVERSO L’USO DI SPECIFICHE LIBRERIE.
Prerequisiti
L’INSEGNAMENTO PRESUPPONE LA CONOSCENZA DI UN LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE QUALE PYHTON
Contenuti

Unità didattica 1: IMMAGINI MEDICALI DIGITALI: ACQUISIZIONE E FORMATI STANDARD
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 12/4/0)
- 1 (2 ORE Lezione): Origine delle immagini digitali. Spettro della radiazione elettromagnetica. Spazi di colore
- 2 (2 ORE Lezione): Percezione umana e meccanismo della visione. Campionamento spaziale. Sensori.
- 3 (2 ORE Lezione): Immagini a raggi X
- 4 (2 ORE Esercitazione): Operazioni semplici su immagini digitali
- 5 (2 ORE Lezione): TAC: principi e immagini.
- 6 (2 ORE Lezione): MRI: principi e immagini
- 7 (2 ORE Lezione): Formati immagini. DICOM
- 8 (2 ORE Esercitazione): Gestione immagini DICOM
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Concetto di immagine medica digitale. Principi alla base delle modalità più diffuse. Caratteristichhe e organizzazione del formato DICOM
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Gestire i file DICOM di immagini medicali e reperire le principali informazioni al suo interno. Riconoscere modalità e caratteristiche principali di un'immagine medica.


Unità didattica 2: OPERAZIONI PUNTUALI E LOCALI.
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 8/4/0)
- 9 (2 ORE Lezione): Operazioni sulle immagini digitali (puntuali, locali, globali). Istogramma delle immagini. Trasformazioni per aumentare il contrasto
- 10 (2 ORE Lezione): Equalizzazione dell'istogramma. Equalizzazione adattativa
- 11 (2 ORE Esercitazione): Implementazione ed uso delle trasformazioni per aumentare il contrasto e delle tecniche di equalizzazione
- 12 (2 ORE Lezione): Filtri bidimensionali: caratteristiche e proprietà. Filtri per la rimozione del rumore. Filtri bilaterali.
- 13 (2 ORE Lezione): Filtri derivativi. Laplaciano. Sharpening
- 14 (2 ORE Esercitazione): Implementazione ed applicazione del filtraggio alle immagini medicali
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Caratteristiche e proprietà dei principali operazioni di trasformazione puntuale e di filtraggio per immagini medicali
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Applicare operazioni puntuali e locali per migliorare le caratteristiche delle immagini medicali


Unità didattica 3: MORFOLOGIA MATEMATICA
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 6/2/0)
- 15 (2 ORE Lezione): Operazioni morfologighe di base su immagini binarie e a livelli di grigio
- 16 (2 ORE Lezione): Trasformate top hat. Ricostruzione morfologica
- 17 (2 ORE Lezione): Trasformata watershed
- 18 (2 ORE Esercitazione): Applicazione di operazioni morfologiche a immagini medicali
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Caratteristiche e proprietà delle operazioni morfologiche
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Applicare le operazioni morfologiche per l'analisi e l'interpretazione di immagini medicali


Unità didattica 4: VISUALIZZAZIONE DI IMMAGINI MEDICHE
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO: 6/6/0)

19 (2 ORE Lezione): Tecniche di visualizzazione in scala di grigi e a falsi colori. Rappresentazione visiva delle immagini medicali. Mappature in scala di grigi e codifiche a colori pseudocromatici. Uso del colore per evidenziare dettagli diagnostici.
20 (2 ORE Esercitazione): Applicazione di colormapping e visualizzazione interattiva. Utilizzo di strumenti software per la visualizzazione a falsi colori e l'esplorazione interattiva di immagini medicali in 2D.
21 (2 ORE Lezione): Rendering volumetrico: MIP, MinIP, Volume Rendering. Tecniche di visualizzazione 3D: Maximum Intensity Projection, Minimum Intensity Projection, e Volume Rendering. Vantaggi, limiti e contesti d’uso.
22 (2 ORE Esercitazione): Generazione ed analisi di proiezioni MIP e MinIP. Creazione ed interpretazione di immagini volumetriche proiettate. Analisi dei risultati su dataset TAC o MRI.
23 (2 ORE Lezione): Navigazione interattiva e multiplanare (MPR). Esplorazione di volumi medicali in sezioni assiali, sagittali e coronali. Visualizzazione multiplanare e interfacce utente nei software di visualizzazione.
24 (2 ORE Esercitazione): Navigazione e visualizzazione multiplanare (MPR). Utilizzo di strumenti di visualizzazione MPR su dataset 3D. Esplorazione dei volumi in piani ortogonali e valutazione della coerenza spaziale.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Conoscere i principali metodi di visualizzazione 2D e 3D di immagini medicali. Comprendere l’utilità di tecniche come colormapping, rendering volumetrico e navigazione multiplanare in ambito diagnostico.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE:
Utilizzare strumenti software per rappresentare immagini medicali in falsi colori, visualizzazioni volumetriche e sezioni multiplanari. Saper interpretare le diverse rappresentazioni visive in relazione al contenuto diagnostico delle immagini.


TOTALE ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 32/16/0
Metodi Didattici
L'INSEGNAMENTO CONTEMPLA LEZIONI TEORICHE E ESERCITAZIONI IN AULA. NELLE ESERCITAZIONI IN AULA VENGONO ASSEGNATI AGLI STUDENTI, SIA INDIVIDUALMENTE CHE DIVISI PER GRUPPI DI LAVORO, DEI PROGETTO DA SVILUPPARE UTILIZZANDO I CONTENUTI DELLINSEGNAMENTO. I PROGETTI SONO STRUMENTALI, OLTRE ALL'ACQUISIZIONE DELLE COMPETENZE E ABILITÀ SUI CONTENUTI DELL'INSEGNAMENTO, ANCHE A SVILUPPARE E RAFFORZARE LE CAPACITÀ DI LAVORARE IN TEAM.
PER POTER SOSTENERE LA VERIFICA FINALE DEL PROFITTO E CONSEGUIRE I CFU RELATIVI ALL'ATTIVITÀ FORMATIVA, LO STUDENTE DOVRÀ AVERE FREQUENTATO ALMENO IL 70% DELLE ORE PREVISTE DI ATTIVITÀ DIDATTICA ASSISTITA.
Verifica dell'apprendimento
IL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI DELL’INSEGNAMENTO È CERTIFICATO MEDIANTE IL SUPERAMENTO DI UN ESAME CON VALUTAZIONE IN TRENTESIMI. L'ESAME PREVEDE LA DISCUSSIONE DI UN PROGETTO REALIZZATO IN GRUPPO (CON GRUPPI DI 3-4 PERSONE) E UN ORALE INDIVIDUALE.
LA DISCUSSIONE DEL PROGETTO PREVEDE UNA DIMOSTRAZIONE PRATICA DEL FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA REALIZZATO E LA DIFESA DELLE SCELTE PROGETTUALI RIPORTATE NELLA RELAZIONE DI PROGETTO.
L'ORALE MIRA A VERIFICARE IL LIVELLO DELLE CONOSCENZE E DELLA COMPRENSIONE DEGLI ARGOMENTI AFFRONTATI NEL CORSO, NONCHÉ LA CAPACITÀ DI ESPOSIZIONE DELLO STUDENTE.
Testi
R.C. GONZALEZ, R.E. WOODS, DIGITAL IMAGE PROCESSING, 4TH ED., PEARSON COLLEGE DIV., 2017

A. WEBB, INTRODUCTION TO BIOMEDICAL IMAGING, IEEE PRESS, 2004

IL MATERIALE DIDATTICO SARA' DISPONIBILE NELLA SEZIONE DEDICATA DELL'INSEGNAMENTO ALL'INTERNO DELLA PIATTAFORMA E-LEARNING DI ATENEO (HTTP://ELEARNING.UNISA.IT) ACCESSIBILE AGLI STUDENTI DEL CORSO TRAMITE LE CREDENZIALI UNICHE DI ATENEO
Altre Informazioni
L'INSEGNAMENTO È EROGATO IN INGLESE
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