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Microwave sensing and imaging for innovative applications in health and food industry

01UIZRV

A.A. 2021/22

Course Language

Inglese

Course degree

Doctorate Research in Ingegneria Elettrica, Elettronica E Delle Comunicazioni - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 20
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Tobon Vasquez Jorge Alberto   Ricercatore L240/10 ING-INF/02 20 0 0 0 2
Teaching assistant
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Context
SSD CFU Activities Area context
*** N/A ***    
PERIODO: FEBBRAIO-MARZO La tecnologia di imaging a microonde sfrutta le differenze nelle proprietà dielettriche degli oggetti sotto esame. L'area in analisi è illuminata, alle frequenze delle microonde, con onde elettromagnetiche (EM) di bassa potenza irradiate da una schiera di antenne poste intorno a essa. I risultanti campi elettromagnetici diffusi vengono raccolti dalle stesse antenne ed elaborati con opportuni algoritmi per tradurli in immagini. La tomografia a microonde (Microwave Tomography - MWT) ha suscitato un crescente interesse negli ultimi anni come strumento diagnostico alternativo per l'imaging medico. Tra le varie applicazioni, la diagnosi di cancro al seno e ictus cerebrale è senza dubbio l'esempio più interessante. Il basso costo, le dimensioni ridotte delle apparecchiature e l'uso di radiazioni a bassa intensità e non ionizzanti rendono l'MWT particolarmente attraente rispetto agli strumenti diagnostici standard. Tecniche come la risonanza magnetica (MRI) e la tomografia computerizzata a raggi X (CT) sono molto più costose, ingombranti e potenzialmente dannose per il paziente o l'operatore. La MWT può essere considerata una tecnica complementare per rendere la diagnosi o il follow-up più accurati e confortevoli per il paziente. Nell'industria alimentare, c'è anche un crescente interesse per le tecniche MWT. Rilevare la contaminazione degli alimenti nei prodotti che si muovono lungo la catena di produzione è una priorità per ogni produttore alimentare. Sebbene le tecnologie di rilevamento siano state ampiamente utilizzate negli ultimi anni, corpi estranei a bassa densità come plastica, vetro sottile o legno non sono ancora rilevabili da tutti i sistemi consolidati, ma sono identificabili attraverso differenze di proprietà dielettriche. Il basso costo e le radiazioni non ionizzanti rendono questa tecnica appetibile anche per scenari industriali. Il corso fornisce agli studenti gli strumenti necessari per comprendere e progettare sistemi MWT, selezionare il miglior approccio applicativo e proporre nuove tecniche. La struttura del corso prevede un'introduzione generale e l'applicabilità del metodo, dei concetti teorici e la descrizione di dispositivi già esistenti. L'esame finale affronterà gli studenti con problemi teorici e pratici, esplorando altri possibili scenari applicativi nei loro campi.
PERIOD: FEBRUARY-MARCH Microwave imaging technology exploits the differences in dielectric properties of the objects under test. The area under analysis is illuminated, at microwave frequencies, with low-power electromagnetic (EM) waves radiated by an array of antennas placed around. The resulting scattered EM fields are recorded by the same antennas and processed with suitable algorithms to translate them into images. Microwave tomography (MWT) has attracted increasing interest in recent years as an alternative diagnostic tool for medical imaging. Among the various applications, the diagnosis of breast cancer and brain stroke is undoubtedly the most prominent example. Low cost, reduced equipment size, and the use of low intensity and non-ionizing radiations make MWT particularly appealing compared to standard diagnostic tools for brain strokes. Techniques such as magnetic resonance imaging (MRI) and x-ray computerized tomography (CT) are much more expensive, bulky, and potentially harmful for the patient or operator. MWT can be considered as a cooperation technique to make diagnosis or follow-up more accurate and comfortable. In the food industry, there is also an increasing interest in MWT techniques. Detecting food contamination in products moving along the production chain is a priority for every established food producer. Although detection technologies have been widely used in the last years, low-density foreign bodies such as plastic, thin glass, or wood are still undetectable to all established detection systems but are identifiable through dielectric properties differences. Low cost and non-ionizing radiations make this technique appealing also for industrial scenarios. The course aims to give the students the necessary tools to understand and design MWT systems, select the best application approach and propose new techniques. The course structure covers a general introduction and applicability of the method, the theoretical concepts, and the already existing devices. The final examination will face students with theoretical and practical problems, exploring other possible application scenarios in their fields.
Non sono richieste abilità particolari per seguire il corso. Conoscenza di propagazioni di campi e interazioni con la materia.
Not a particular required skill is needed to follow the course. Knowledge of Field propagation and interaction with the matter
Parte I: Introduzione e Background teorico I. Panoramica delle possibili applicazioni II. Background teorico a. Riassunto dello Scattering in elettromagnetismo B. Fondamenti dei problemi di Scattering inversi Parte II: Dalla teoria all'implementazione I. Metodi inversi linearizzati II. Metodi di tomografia non lineare a. Metodi di Gauss-Newton b. Inversione con sorgente di contrasto c. Altri approcci III. Tecniche emergenti. Parte III: Dispositivi implementati sperimentalmente I. Dispositivi per applicazioni biomediche a. Rilevamento del cancro al seno b. Follow-up dell'ictus cerebrale c. Altre applicazioni biomediche II. Dispositivi per applicazioni di monitoraggio alimentare
Part I: Introduction & Theoretical Background I. Overview of possible applications II. Background theory a. Review of Electromagnetism Scattering b. Fundamentals of Inverse Scattering Problems Part II: From theory to implementation I. Linearized Inverse methods II. Non-linear Tomography methods a. Gauss-Newton methods b. Contrast Source Inversion c. Other approaches III. Emerging techniques. Part III: Experimental implemented devices I. Devices for biomedical applications a. Breast Cancer detection b. Brain stroke follow-up c. Other biomedical applications II. Devices for food monitoring applications
In presenza
On site
Test a risposta multipla
Multiple choice test
P.D.1-1 - Febbraio
P.D.1-1 - February


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