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Academic Year: 2022/23

60041 - Imaging techiques and radiophysics


Teaching Plan Information

Academic Year:
2022/23
Subject:
60041 - Imaging techiques and radiophysics
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
538 - Master's in Physics and Physical Technologies
589 - Master's in Physics and Physical Technologies
ECTS:
5.0
Year:
1
Semester:
Second semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The main objective is that students become familiar with the physical and mathematical basis of the various techniques of digital image processing and radiation techniques, and be able to solve problems that arise in their scientific field through the appropriate use of IT tools based on them.

These approaches and objectives are aligned with some of the Sustainable Development Goals, SDGs, of the 2030 Agenda (https://www.un.org/sustainabledevelopment/en/) and certain specific goals, in such a way that the acquisition of the Learning outcomes of the subject provide training and competence to the student to contribute to a certain extent to their achievement:

  • Goal #4: Quality education.

2. Learning goals

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

1. Continuous assessment of student learning by solving problems, issues, reports, papers and other activities proposed by teachers (70%).

2. Practical work in the laboratory and / or computer room (30%).

Single global test. Theoretical and practical examination at the end of the course: theory (70%), practical (30%).

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

During the course, the student has to acquire theoretical and practical knowledge on digital image processing and radiotherapy techniques. Therefore, the followed methodology is based on lectures (2.5 ECTS), in which there are explanations on the physical and mathematical foundations, the different techniques of digital image processing and radiotherapy techniques; problem-solving sessions (1 ECTS), practice sessions to put into practice techniques databases of images and commercial programs (1 ECTS); and laboratory sessions with radiation detectors (0.5 ECTS).

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks: 

  • Lectures on the main concepts (2.5 ECTS).
  • Practice sessions in computer room (1 ECTS). Students learn to handle appropriate tools to develop different processing techniques seen in lectures. It includes the implementation of different techniques programmatically and using programs specific for commercial image processing.
  • Problem-solving sessions (1 ECTS).
  • Laboratory sessions (0.5 ECTS). Students will characterize radiation detectors and its possible applications in radiotherapy and image production.

The teaching and assessment activities will be carried out in person unless, due to the health situation, the provisions issued by the competent authorities and by the University of Zaragoza arrange to carry them out on-line.

4.3. Syllabus

The course will address the following topics:

  1. INTRODUCTION TO DIGITAL IMAGE PROCESSING
  2. CHANGES IN INTENSITY AND SPATIAL FILTERING
  3. FILTERING IN THE FREQUENCY DOMAIN
  4. IMAGE RESTORATION
  5. IMAGE SEGMENTATION
  6. IN COLOR IMAGE PROCESSING
  7. APPLICATION OF DIGITAL IMAGE PROCESSING
  8. IMAGE IN MEDICINE
  9. RADIOTHERAPY TECHNIQUES

4.4. Course planning and calendar

Further information concerning the timetable, classroom, assessment dates and other details regarding this course, will be provided on the first day of class or please refer to the Faculty of Science http://ciencias.unizar.es/

4.5. Bibliography and recommended resources

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=60041&year=2019


Curso Académico: 2022/23

60041 - Técnicas de imagen y radiofísica


Información del Plan Docente

Año académico:
2022/23
Asignatura:
60041 - Técnicas de imagen y radiofísica
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
538 - Máster Universitario en Física y Tecnologías Físicas
589 - Máster Universitario en Física y Tecnologías Físicas
Créditos:
5.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

El objetivo principal es que el alumno se familiarice con los fundamentos físicos y matemáticos de las diferentes técnicas de procesado digital de imagen y técnicas de radioterapia, y que sea capaz de resolver problemas que se presenten en su ámbito científico mediante la adecuada utilización de herramientas informáticas basadas en ellas.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con los siguientes Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia para contribuir en cierta medida a su logro:

  • Objetivo 4: Educación de calidad.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Dentro del Máster en Física y Tecnologías Físicas la asignatura "Técnicas de Imagen y Radiofísica" forma parte del conjunto de asignaturas que ofrecen una formación transversal, con el fin de desarrollar en el alumno la capacidad de conocer y utilizar unas herramientas avanzadas de gran actualidad en su futura labor como tecnólogo en departamentos de i+D+i en industrias, laboratorios, centros médicos o centros de investigación.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Esta asignatura aborda los fundamentos del procesado digital de imagen así como la utilización de herramientas informáticas para la mejora, restauración o análisis de imágenes. Además, el alumno adquirirá conocimientos básicos de radioterapia y de las tecnologías asociadas, y de diferentes tipos de radiodiagnóstico  médico.

Esta asignatura no precisa de conocimientos previos adicionales a los que posee un graduado en Ciencias o en Ingeniería.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para:

  • Consolidar los conocimientos básicos y la interrelación entre los diversos campos de la Física (CE3).
  • Integrar conocimientos, enfrentarse a la complejidad y formular juicios con información limitada en el ámbito de la Física y de sus Tecnologías (CE4).
  • Profundizar en el análisis, tratamiento e interpretación de datos experimentales (CE5).
  • Conocer el grado de importancia de las investigaciones y las aplicaciones industriales de la Física y sus Tecnologías, así como sus implicaciones sociales, económicas, y legales (CE6).
  • Entender las técnicas de procesado digital de imagen y su fundamento científico.
  • Manejar herramientas informáticas de procesado digital de imágenes.
  • Conocer las aplicaciones científicas, industriales y biomédicas del procesado digital de imagen.
  • Adquirir los conocimientos básicos de radioterapia y de sus tecnologías asociadas para la producción y aplicación posterior de radiaciones ionizantes.
  • Conocer diferentes tipos de radiodiagnóstico y los principales métodos utilizados en la obtención de imágenes en el diagnóstico médico.

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados:

  • Aplicar técnicas del procesado digital de imágenes para su mejora, restauración o análisis.
  • Describir los fundamentos físicos de la radioterapia.
  • Identificar la tecnología implicada en el tratamiento  por radioterapia.
  • Calcular dosis mediante modelos físicos.
  • Distinguir y describir las diferentes pruebas de evaluación y radiodiagnóstico: rayos X, ecografías, Tomografías, Mamografías, PET,...
  • Evaluar dosis para radiodiagnósticos según periodo físico y biológico.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

En muchos ámbitos de la Ciencia, la Tecnología, la Medicina, etc. resulta esencial cada vez más la obtención de información a partir de imágenes con orígenes muy diversos. El dominio de las técnicas de imagen permitirá al futuro científico o tecnólogo ser capaz de mejorar y analizar esas imágenes y extraer la información que contengan.  Por otro lado, la radioterapia es, en la actualidad, una de las principales aplicaciones de las radiaciones ionizantes y una de las que presenta un mayor impacto social, por lo que su conocimiento desde el punto de vista de sus bases físicas resulta fundamental para futuros profesionales en este campo.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluacion

Evaluación continua del aprendizaje del alumno mediante la resolución de problemas, cuestiones, informes, trabajos y otras actividades propuestas por el profesorado (70%

Trabajo práctico en el laboratorio y/o aula de informática (30%). 

Superación de la asignatura mediante una prueba global única

Examen teórico-práctico a final de curso: teoría (70%), práctica (30%).

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

Durante el curso, el alumno ha de adquirir conocimientos teóricos y también prácticos acerca del procesado digital de imagen y de las técnicas de radioterapia. Por ello, la metodología a desarrollar se basará en clases teóricas (2.5 ECTS), en las que se explicarán los fundamentos físicos y matemáticos de las diferentes técnicas del procesado digital de imágenes y de las técnicas de radioterapia, clases de resolución de problemas ( 1 ECTS), clases prácticas (1 ECTS), en las que se pondrán en práctica las técnicas con bases de datos de imágenes y programas comerciales y prácticas en el laboratorio (0.5 ECTS) con detectores de radiación.

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades:

  • Clases teóricas sobre los principales conceptos. 
  • Prácticas en sala de informática, en las que se aprenda a manejar las herramientas informáticas adecuadas para desarrollar las diferentes técnicas de procesado vistas en teoría. Esto incluye la implementación de las diferentes técnicas mediante programación y el uso de programas comerciales específicos para el procesado de imágenes.
  • Resolución de ejercicios propuestos durante las clases prácticas.
  • Prácticas de laboratorio en las que el estudiante aprenderá a caracterizar detectores de radiación y sus posibles aplicaciones en radioterapia y producción de imágenes.

Las actividades docentes y de evaluación se llevarán a cabo de modo presencial salvo que, debido a la situación sanitaria, las disposiciones emitidas por las autoridades competentes y por la Universidad de Zaragoza obliguen a realizarlas de forma telemática o semi-telemática con aforos reducidos rotatorios.

4.3. Programa

UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN AL PROCESADO DIGITAL DE IMAGEN

1.1 Adquisición de imágenes

1.2 Cuantización y muestreo

1.3 Vecinos y conectividad

1.4 Operaciones lógicas y aritméticas

1.5 Transformaciones espaciales geométricas

1.6. Percepción visual

UNIDAD 2. TRANSFORMACIONES EN INTENSIDAD Y FILTRADO ESPACIAL

2.1. Transformaciones en intensidad fundamentales

2.2. Procesado de histogramas

2.3. Mejora utilizando operaciones aritméticas.

2.4. Filtrado espacial

2.5. Combinación de técnicas de mejora espacial.

UNIDAD 3. FILTRADO EN EL DOMINIO DE FRECUENCIAS

3.1. Introducción a la transformada de Fourier discreta

3.2. Filtros de suavizado

3.3. Filtros de realzado

3.4. Compresión de imagen

UNIDAD 4.- RESTAURACIÓN DE IMÁGENES

4.1. Modelos de ruido.

4.2. Restauración en presencia solo de ruido – Filtrado espacial

4.3. Reducción de ruido periódico por filtrado en el dominio de frecuencias

4.4. Función de degradación y filtrado inverso

4.5. Reconstrucción de imagenes por proyecciones

UNIDAD 5.- SEGMENTACIÓN DE IMÁGENES

5.1. Fundamentos.

5.2. Detección de puntos, líneas y bordes.

5.3. Umbralización

5.4. El uso del movimiento en la segmentación

UNIDAD 6.- PROCESADO DE IMÁGENES EN COLOR

6.1. Fundamentos de color.

6.2. Modelos de color.

6.3. Procesado de imagen por pseudocolor.

6.4. Procesado de imágenes a todo color

UNIDAD 7.- APLICACIONES DEL PROCESADO DIGITAL DE IMAGEN

7.1. Según el origen de la imagen

7.2. Según el área de aplicación.

UNIDAD 8.- IMAGEN EN MEDICINA

8.1. Imagen por rayos X

8.2. Tomografía computerizada

8.3. Medicina nuclear

8.4. Imagen por ultrasonidos

8.5. Imagen por resonancia magnética

8.6. Termografía

UNIDAD 9.- TÉCNICAS DE RADIOTERAPIA

9.1. Producción de haces de radiación

9.2. Haces de fotones

9.3. Terapia con haces de electrones

9.4. Radioterapia conforme

9.5. Radioterapia guiada por la imagen

9.6 Radioterapia con protones, neutrones e iones pesados

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

El calendario definitivo está por determinar. Se anunciará con anticipación.

 

Las clases comenzarán y terminarán en las fechas indicadas por la Facultad de Ciencias.

  • Clases: Fechas por determinar.
  • Prácticas: Se indicarán por los profesores en las primeras sesiones.
  • Fechas de evaluación: Por determinar

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

LA BIBLIOGRAFÍA ACTUALIZADA DE LA ASIGNATURA SE CONSULTA A TRAVÉS DE LA PÁGINA WEB DE LA BIBLIOTECA http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=60041&year=2019