- Medical Imaging & Big Data
- Summary
Course Syllabus
Obiettivi
Conoscenza e capacità di comprensione: Gli studenti acquisiranno conoscenze di base sulle principali modalità di imaging medico e sui fondamenti teorici della formazione delle immagini. Esploreranno inoltre lo stato dell’arte delle applicazioni dell’intelligenza artificiale in radiologia, includendo sia strumenti clinici già consolidati sia ambiti di ricerca attiva.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Attraverso sessioni di laboratorio pratico con Jupyter notebooks, gli studenti applicheranno tecniche di intelligenza artificiale a dati di imaging medico. Impareranno a implementare e valutare algoritmi in grado di effettuare analisi quantitative indipendenti dall’operatore.
Autonomia di giudizio: Gli studenti analizzeranno criticamente le sfide intrinseche all’analisi delle immagini mediche, come la definizione ambigua degli osservabili, la scarsità dei dati e la complessità delle procedure di validazione. Svilupperanno la capacità di valutare l’affidabilità e la rilevanza clinica degli strumenti diagnostici basati su AI.
Abilità comunicative: Il corso promuoverà la capacità di comunicare in modo chiaro i risultati tecnici e le implicazioni cliniche dell’uso dell’intelligenza artificiale nell’imaging medico, sia a un pubblico specialistico che non specialistico.
Capacità di apprendimento: Attraverso contenuti teorici e attività pratiche, gli studenti svilupperanno le competenze necessarie per l’apprendimento autonomo e la ricerca nel campo interdisciplinare dell’intelligenza artificiale applicata all’imaging medico.
Contenuti sintetici
Introduzione all'imaging medicale, pre-processing delle immagini, applicazioni comuni del deep e machine learning nel campo.
Programma esteso
- Imaging medico: cenni alle tecniche di imaging più usate, campi di applicazione, proprietà delle diverse immagini
- Pre-processing delle immagini: tecniche per ottimizzare gli input alle applicazioni successive
- Segmentazione di immagini: riconoscimento di strutture/target tramite Deep o machine learning
- Tecniche di machine learning con estrazione di features
- Modelli predittivi
- Analisi di applicazioni reali: letteratura medica di applicazioni di AI
Prerequisiti
- Il corso richiede una buona conoscenza di programmazione di python. La maggior parte delle esperienze si svolgeranno su notebook jupyter.
- Ottime Conoscenze di statistica relative a classificazione/regressione, conoscenza di classificatori e regressori di uso comune
- Basi del deep learning applicato alle immagini
Modalità didattica
10 lezioni in presenza per 25 ore totali (5x3 ore, 5 x 2 ore)
Il corso include 7 ore di teoria e 18 ore di laboratorio.
In ogni lezione la parte iniziale sarà dedicata alla teoria (didattica erogativa), a cui seguiranno esperienze di laboratorio tramite programmazione al computer (didattica interattiva)
Materiale didattico
Slide, articoli scientifici e tutorial di programmazione messi forniti dal docente.
Libro: Zhou, K., Greenspan, H., & Shen, D. (Eds.). (2017). Deep learning for medical image analysis. Academic Press.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L’esame consisterà in due prove.
Un progetto di gruppo sull’analisi di immagini mediche verrà utilizzato per valutare la capacità degli studenti di applicare nella pratica le tecniche apprese durante il corso. Saranno oggetto di valutazione la capacità di sviluppare una pipeline di analisi end-to-end e l’interpretazione corretta dei risultati. Il voto (in trentesimi) peserà per il 40% sul giudizio finale.
Gli studenti, individualmente, dovranno inoltre presentare oralmente un articolo scientifico relativo all’intelligenza artificiale in ambito medico. Il voto (in trentesimi) peserà per il 60% sul giudizio finale.
Non sono previste valutazioni in itinere.
Orario di ricevimento
Su richiesta, via e-mail.
Sustainable Development Goals
Aims
Knowledge and Understanding: Students will gain foundational knowledge of medical imaging modalities and the theoretical underpinnings of image formation. They will explore the current landscape of AI applications in radiology, including both established clinical tools and areas of ongoing research.
Applying Knowledge and Understanding: Through hands-on laboratory sessions using Jupyter notebooks, students will apply AI techniques to medical imaging data. They will learn to implement and evaluate algorithms capable of quantitative, operator-independent image analysis.
Making Judgements: Students will critically assess the challenges inherent in medical image analysis, such as ambiguous observables, limited datasets, and complex validation procedures. They will develop the ability to evaluate the reliability and clinical relevance of AI-driven diagnostic tools.
Communication: The course will foster the ability to clearly communicate technical findings and clinical implications of AI in medical imaging to both specialist and non-specialist audiences.
Learning Skills: By engaging with both theoretical content and practical exercises, students will develop the skills necessary for independent learning and research in the interdisciplinary field of AI and medical imaging.
Contents
Introduction of medical imaging, image pre-processing, common machine and deep learning applications in this field including both image processing and automated classification
Detailed program
- Medical imaging: most common techniques, fields of application, properties of the different images
- Image pre-processing: techniques to optimize inputs for subsequent applications
- Deep learning based image denoising
- Image segementation: recognition of structures or targets using Deep or machine learning
- Features extraction for machine learning
- Predictive models
- Analysis of real world application: medical literature related to AI/ML algorithms
Prerequisites
- Python programming language: most lab experiences will be on jupyter notebooks
- Statistics related to regression and classification, their metrics and the most common classifiers/regressors
- Basics of deep learning related to imaging
Teaching form
10 Lectures for a total of 25 hours (5x 3 hours, 5x 2 hours)
The course includes 7 hours of theory and 18 hours of laboratory experiences.
In each lecture, the beginning will be dedicated to theory (face-to-face delivery), while the rest of the lecture will be dedicated to hands on interactive in presence computer programming experiences.
Textbook and teaching resource
Slide decks and programming tutorials provided by the tutor
Scientific papers provided by the tutor
Book: Zhou, K., Greenspan, H., & Shen, D. (Eds.). (2017). Deep learning for medical image analysis. Academic Press.
Semester
Second semester
Assessment method
The exam will consist of two tests.
A group project about medical image analysis will be used to test the students' ability to put the techniques learned in class in practice. The student's ability to develop an end-2-end analysis pipeline and to correctly interpret the results will be assessed. The vote (out of thirty) will weigh 40% on the final judgment.
Students, individually, will also be required to discuss a scientific paper related to the topic of AI in medicine, as an oral presentation. The vote (out of thirty) will weigh 60% on the final judgment.
No in-course evaluations are planned.
Office hours
By email request
Sustainable Development Goals
Key information
Staff
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Luca Presotto