ECTS - University of Pisa
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PHYSICS AND STATISTICS
VALERIA ROSSO
Academic year2019/20
CourseENVIRONMENT AND WORKPLACE PREVENTION TECHNIQUES
Code004FB
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
ELEMENTI DI RADIOBIOLOGIAMED/36LEZIONI8
VALERIA ROSSO unimap
FISICA ED ELEMENTI DI RADIOPROTEZIONEFIS/07LEZIONI16
VALERIA ROSSO unimap
STATISTICA MEDICAMED/01LEZIONI24
GABRIELE MASSIMETTI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Obiettivi dei moduli di Fisica ed elementi di Radioprotezione e di Elementi di Radiobiologia:

Attraverso lo studio di semplici applicazioni della Fisica a problemi di carattere biomedico, porre le basi per affrontare le tematiche relative alla radioattività e all’interazione della radiazione ionizzante con la materia. Si vuole inoltre fornire allo studente conoscenze su sistemi di riduzione della dose e conoscenze sui sistemi di protezione individuali.

 

Obiettivi del corso di Statistica Medica:

Fornire le conoscenze di base della biostatistica descrittiva e inferenziale e degli strumenti software per la gestione e l’elaborazione dei dati biomedici. Con la conoscenza del metodo statistico lo studente potrà accrescere la capacità di analisi e di valutazione della letteratura biomedica ed ispirare la pratica clinica ai principi dell’evidenza scientifica.
Knowledge

Objectives of the Physics modules and elements of Radioprotection and Elements of Radiobiology:

By studying simple applications of physics to biomedical problems, lay the foundations for dealing with issues related to radioactivity and the interaction of ionizing radiation with matter. We also want to provide the student with knowledge on dose reduction systems and knowledge on individual protection systems.

 

Objectives of the Medical Statistics course:

Provide basic knowledge of descriptive and inferential biostatistics and software tools for the management and processing of biomedical data. With knowledge of the statistical method, the student will be able to increase the ability to analyze and evaluate biomedical literature and inspire clinical practice on the principles of scientific evidence.          
Modalità di verifica delle conoscenze

  Fisica ed elementi di Radioprotezione e di Elementi di Radiobiologia:

  • Per l'accertamento delle conoscenze saranno svolte delle prove scritte in itinere ed esercitazioni numeriche in classe;
  • La verifica delle conoscenze sarà oggetto della valutazione dell'elaborato scritto previsto all'inizio di ogni sessione d'esame.

Statistica Medica:

L’accertamento delle conoscenze avverrà tramite prova scritta in itinere (opzionale a discrezione dello studente) o nell’ambito degli appelli d’esame tramite un elaborato scritto.
Assessment criteria of knowledge
Physics and elements of radiation protection and elements of radiobiology:

Written tests and numerical exercises in the classroom will be carried out to verify knowledge;

The knowledge check will be subject to the evaluation of the written work expected at the beginning of each exam session.

Medical Statistics:

The assessment of knowledge will take place through an ongoing written test (optional at the student's discretion) or as part of the exam sessions through a written paper.  
Capacità

   Fisica ed elementi di Radioprotezione e di Elementi di Radiobiologia:

Lo studente sarà in grado di risolvere semplici problemi: di fisica applicati alla medicina, di radioprotezione e radiobiologia.

 

Al termine del corso di Statistica Medica lo studente:

  • avrà compreso la filosofia che sottende le principali procedure statistiche di base;
  • potrà apprezzare il valore e riconoscere i limiti della metodologia statistica applicata alla ricerca;
  • potrà valutare criticamente le evidenze scientifiche che emergono nella letteratura biomedica dall’applicazione del metodo statistico;
  • potrà conoscere i principali criteri da seguire nella progettazione e definizione di studi sperimentali identificando le procedure più idonee da utilizzare in relazione agli obiettivi prefissati;
  • potrà avere le conoscenze di base per l’utilizzo dello Statistical Package for Social Sciences (SPSS).
Skills

  Physics and elements of Radioprotection and Radiobiology

The student will be able to solve simple problems: of physics applied to the medicine, of radiobiology  and of radioprotection.

At the end of the Medical Statistics course the student:

  • will have understood the philosophy underlying the main basic statistical procedures;
  • will appreciate the value and will recognize the limits of the statistical methodology applied to research;
  • will be able to critically evaluate the scientific evidence emerging in the biomedical literature from the application of the statistical method;
  • will know the main criteria to be followed in the design and definition of experimental studies identifying the most suitable procedures to be used in relation to the pre-set objectives;
  • will have the basic knowledge to utilize the Statistical Package for Social Sciences (SPSS).
Modalità di verifica delle capacità

Fisica ed elementi di Radioprotezione e di Elementi di Radiobiologia:

  • durante il corso vengono svolte esercitazioni numeriche che prevedono la partecipazione attiva degli studenti
  • vengono assegnati esercizi e test che gli studenti devono risolvere autonomamente e che poi vengono discussi e valutati in sessioni dedicate di autoverifica
  • si incoraggia la comunicazione attiva con il docente.

 

Al termine del corso di Statistica Medica:

tramite il compito in itinere e gli elaborati scritti negli appelli d'esame oltre ad eventuali colloqui (a discrezione del docente) al termine delle prove scritte, sarà possibile valutare la capacità dello studente:

  • di interpretare correttamente i risultati delle analisi statistiche utilizzate;
  • di evidenziare i pro e i contro nei possibili diversi approcci alla soluzione di problemi che richiedano l'applicazione del metodo statistico;
  • saper utilizzare il software SPSS perlomeno per quel che riguarda le principali procedure di gestione dei dati e di analisi.
Assessment criteria of skills

 Physics and elements of Radioprotection and Radiobiology

  • during the course, numerical exercises are carried out that promote the active participation of the students
  • exercises and tests are assigned that students have to solve autonomously and that are then discussed and evaluated in dedicated self-assessment sessions
  • active communication with the teacher is encouraged.

At the end of the Medical Statistics course:

through the “in itinere” test and/or the written exam in the exam sessions as well as any interviews (at the discretion of the teacher) at the end of the written exam, it will be possible to evaluate the student’s ability:

  • to correctly interpret the results of the statistical analyses;
  • to highlight the pros and cons of the different possible approaches to the solution of problems requiring the application of statistical method;
  • to use the SPSS software at least for the main data management and analysis procedures.
Comportamenti

 Fisica ed elementi di Radioprotezione e di Elementi di Radiobiologia:

  • Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità alle problematiche della fisica applicata alla medicina, della radioprotezione e su alcune tematiche della radiobiologia.
  • Saranno acquisite accuratezza e precisione nello svolgere attività di raccolta e analisi di dati sperimentali

Al termine del corso di Statistica Medica:

lo studente:

  • potrà acquisire le necessarie conoscenze per un’efficace modalità di raccolta dati, soprattutto in riferimento alla definizione del sistema di codifica più consono alle finalità di un progetto di ricerca;
  • potrà stabilire quali sono le procedure statistiche da utilizzare in relazione alle differenti fasi e agli obiettivi della ricerca;
  • saprà interpretare i risultati delle procedure statistiche utilizzate mettendoli in relazione agli obiettivi biomedici prefissati.
Behaviors

 Physics and elements of Radioprotection and Radiobiology

  • The student can acquire and/or develop sensitivity to the problems of physics applied to medicine, radioprotection and some issues of radiobiology.
  • Accuracy and precision will be acquired in the collection and analysis of experimental data

At the end of the Medical Statistics course:

the student will be able:

  • to acquire the necessary knowledge for an effective data collection method, especially with reference to the definition of the coding system best suited to the purposes of a research project;
  • to establish which statistical procedures are to be used in relation to the different phases and objectives of the research;
  • to interpret the results of the statistical procedures used, putting them in relation to the pre-established biomedical objectives.
Modalità di verifica dei comportamenti

 Fisica ed elementi di Radioprotezione e di Elementi di Radiobiologia:

Durante le sessioni di esame saranno valutati il grado di accuratezza e precisione delle attività svolte

Al termine del corso di Statistica Medica:

Tramite alcune domande degli elaborati scritti ed i colloqui (opzionali a discrezione del docente) sarà possibile verificare

  • le conoscenze inerenti i sistemi di codifica più idonei a facilitare l’elaborazione statistica dei dati;
  • le conoscenze relative alla modalità più efficienti di raccolta delle informazioni;
  • la capacità di applicare correttamente le tecniche di calcolo e di confronto per valutare in modo probabilistico le osservazioni al fine di poter generalizzare i risultati;
  • la capacità di sintesi nel descrivere numericamente e graficamente il fenomeno in studio;
  • la capacità di interpretare e presentare in modo chiaro e sintetico i risultati di una ricerca e di verificare la plausibilità delle ipotesi ispiratrici.
Assessment criteria of behaviors

  Physics and elements of Radioprotection and Radiobiology

During the examination sessions, the degree of accuracy and precision of the activities carried out will be evaluated

At the end of the Medical Statistics course:

Through some questions of the written work and the interview (optional at the discretion of the teacher) it will be possible to verify:

  • the knowledge regarding the most suitable coding systems to facilitate statistical data processing;
  • the knowledge about the most efficient way to collect information;
  • the ability to correctly apply the calculation and comparison techniques in order to evaluate the observations in a probabilistic way and to generalize the results;
  • the ability to synthesize numerically and graphically the phenomenon under study;
  • the ability to interpret and represent the results of a research in a clear and concise manner and to verify the plausibility of the inspiring hypotheses.
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

 Fisica e Statistica Medica:

Trattandosi di un corso di base, è sufficiente una preparazione di matematica fornita dalla Scuola media Superiore.
Prerequisites

 Physics and Medical Statistics:

Since this is a basic course, a maths preparation provided by the Secondary School is sufficient.
Indicazioni metodologiche

 Fisica ed elementi di Radioprotezione e di Elementi di Radiobiologia:

  • Le lezioni frontali sono svolte alla lavagna con ausilio di lucidi e/o slides;
  • le esercitazioni numeriche in aula sono svolte alla lavagna;
  • gli studenti hanno accesso a un portale di elearning dal quale è possibile scaricare le slides, alcuni appunti delle lezioni teoriche e alcuni esercizi svolti in classe;
  • la comunicazione docente-studenti avviene a fine lezione, attraverso il portale di elearning, per email e a ricevimento su appuntamento;
  • vengono organizzate prove intermedie durante il corso per valutare l'apprendimento graduale delle diverse parti del corso.

Statistica Medica:

  • lezioni frontali con ausilio di slides e esempi di elaborazione statistica tramite SPSS su dati da studi sperimentali oggetto di pubblicazioni;
  • materiale didattico (dispense, compiti svolti ecc.) scaricabili dal sito elearning dell'Università;
  • notizie utili allo studente (orari di ricevimento, modalità d'esame, ecc.) consultabili sul sito elearning.
Teaching methods

   Physics and elements of Radioprotection and Radiobiology:

  • Lectures are carried out on the blackboard with the help of transparencies and / or slides;
  • the numerical exercises in the classroom are carried out on the blackboard;
  • students have access to an e-learning portal from which it is possible to download some notes of the theoretical lessons and the exercises done in classroom;
  • teacher-student communication takes place at the end of the lesson, through the e-learning portal, by e-mail and by appointment;
  • Intermediate tests are organized during the course to evaluate the gradual learning of the different parts of the course.

Medical Statistics:

  • lectures with the help of slides and examples of statistical processing using SPSS on data from experimental studies subject to publications;
  • educational material (handouts, tasks performed, etc.) downloadable from the University’s e-learning website;
  • useful information to the student (office hours, exam methods, etc.) available on the e-learning website.
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Programma del modulo di Fisica ed elementi di Radioprotezione e di Elementi di Radiobiologia:

Grandezze fisiche e loro misura. Vettori e scalari. Cinematica del punto materiale: velocità ed accelerazione. Moto rettilineo uniforme e moto rettilineo uniformemente accelerato. I principi della dinamica. Forza peso, forza di attrito, tensione di una fune, forze elastiche. Lavoro ed energia. Energia cinetica ed energia potenziale. La statica e le leve. Esempi di leve nel corpo umano. Equilibrio di articolazioni. 

La pressione. Principio di Pascal. Legge di Stevino. Principio di Archimede. Fluidi ideali e moto stazionario. Conservazione della portata, teorema di Bernoulli. Fluidi reali, viscosità. Equazione di Hagen-Poiseuille. Principi fisici della circolazione del sangue.Stenosi ed aneurisma. Principi fisici per misurazione della pressione arteriosa, iniezioni, fleboclisi, trasfusioni, prelievi.

Temperatura e calore. Scale termometriche. Calore specifico e calori latenti. Cambiamenti di temperatura e di stato. Propagazione del calore. Metabolismo e termoregolazione del corpo umano.

Carica elettrica, forza di Coulomb. Potenziale elettrico e differenza di potenziale. Intensità di corrente, resistività e resistenza. Leggi di Ohm, resistenze in serie e in parallelo e circuiti. Effetti termici della corrente elettrica. Elettricità e corpo umano: segnali elettrici nel corpo umano, effetti dell'elettricità sul corpo umano.

Grandezze dosimetriche e radioprotezionistiche. Principi fisici della radioprotezione. Schermature. Metodi e strumenti di misura in radioprotezione. Normativa radioprotezionistica.

Programma del modulo di Elementi di radiobiologia:

Introduzione alle radiazioni elettromagnetiche. Radiazioni ionizzanti. Decadimenti radioattivi. Attivita' e vita media. Sorgenti ed utilizzo delle radiazioni ionizzanti in medicina. Interazioni delle radiazioni ionizzanti con la materia. Fotoni: effetto fotoelettrico, effetto Compton, produzione di coppie. Particelle cariche: interazioni coulombiane, radiazione di frenamento. Cenni alle interazioni di ioni pesanti e neutroni. Trasferimento lineare di energia (LET). Richiami di grandezze radioprotezionistiche e normativa. Fattore di qualità, fattori di ponderazione delle radiazioni, fattori di ponderazione di organi e tessuti irradiati. Radiolisi dell’acqua e formazione di radicali liberi. Effetto ossigeno. Danni al DNA e a livello subcellulare. Effetti a livello cellulare. Effetti delle radiazioni ionizzanti sul corpo umano.

Programma di Statistica Medica

  • Introduzione:

nelle scienze biomediche e nell’attività assistenziale. Statistica descrittiva e inferenziale, popolazioni e campioni. Studi sperimentali e studi osservazionali. Studi trasversali e longitudinali.

  • Statistica descrittiva:

Variabili statistiche, tipi di variabile statistica , misurazioni e qualità dei dati. Distribuzioni di frequenza, rapporti statistici, misure di tendenza centrale e di dispersione assoluta e relativa. Rappresentazioni grafiche.

  • Epidemiologia:

Scopi dell’epidemiologia. Misure epidemiologiche fondamentali. Modelli di studio epidemiologico. Valutazione degli strumenti di screening e diagnostici (sensibilità, specificità, valori predittivi, efficienza). Curve di ROC. Analisi di sopravvivenza.

  • Statistica inferenziale:

Filosofia delle stime campionarie e della teoria delle decisioni. Rappresentatività del campione ed errore di campionamento. Principali tipi di campionamento.

Distribuzione delle medie campionarie, intervalli di confidenza per la stima della media, delle proporzioni, della differenza di due medie e di due proporzioni.

Logica di funzionamento di un test statistico, ipotesi nulla ed ipotesi alternativa, errori di 1° e 2° tipo, potenza di un test statistico. Test parametrici e non parametrici.

  • Correlazione e regressione:

Modelli di regressione lineare e curvilinea. Regressione lineare e coefficiente di regressione. Coefficiente di correlazione di Pearson. T-tests sul coefficiente di correlazione e di regressione. Coefficiente di correlazione per ranghi di Spearman. Modelli di regressione lineare multipla. Introduzione ai modelli multivariati.

  • La Medicina dell’Evidenza Scientifica:

Le sperimentazioni cliniche, i comitati etici, fasi delle sperimentazioni cliniche sui nuovi farmaci. Introduzione alle Meta-analisi.

  • Cenni sull’utilizzo del software statistico:

Introduzione all’uso dello Statistical Package for Social Sciences (SPSS).
Syllabus

Program of the Physics module and elements of radiation protection and elements of radiobiology:

Physical quantities and their measurement. Vectors and scalars. Kinematics of the material point: velocity and acceleration. Uniform rectilinear motion and uniformly accelerated rectilinear motion. The principles of dynamics. Weight force, friction force, tension of a rope, elastic forces. Work and energy. Kinetic and potential energy. The static and levers. Examples of levers in the human body. Balance of joints.

The pressure. Pascal's principle. Stevin's law. Archimedes' principle. Ideal fluids and stationary motion. Scope conservation, Bernoulli's theorem. Real fluids, viscosity. Hagen-Poiseuille equation. Physical principles of blood circulation.Stenosis and aneurysm. Physical principles for blood pressure measurement, injections, drip, transfusions, blood samples.

Temperature and heat. Thermometric scales. Specific heat and latent heat. Temperature and state changes. Heat propagation. Metabolism and thermoregulation of the human body.

Electric charge, Coulomb force. Electric potential and potential difference. Current intensity, resistivity and resistance. Ohm's laws, series and parallel resistors and circuits. Thermal effects of electric current. Electricity and the human body: electrical signals in the human body, effects of electricity on the human body.

Dosimetric and radiological protection quantities. Physical principles of radiation protection. Shielding. Methods and measuring instruments in radiation protection. Radiation protection legislation.

   Program of the Radiobiology Elements module:

Introduction to electromagnetic radiation. Ionizing radiations. Radioactive decays. Activities and average life. Sources and use of ionizing radiation in medicine. Interactions of ionizing radiation with matter. Photons: photoelectric effect, Compton effect, couple production. Charged particles: Coulombian interactions, braking radiation. Introduction to the interactions of heavy ions and neutrons. Linear energy transfer (LET). Recall of radioprotection and regulatory measures. Quality factor, radiation weighting factors, weighting factors of irradiated organs and tissues. Radiolysis of water and formation of free radicals. Oxygen effect. DNA and subcellular damage. Cellular effects. Effects of ionizing radiation on the human body.     Medical Statistics:

  • Introduction:

The role of statistics in the biomedical sciences and in the care activity. Descriptive and inferential statistics; populations and samples. Experimental studies and observational studies. Cross-sectional studies and longitudinal studies.

  • Descriptive statistics:

Statistical variables, types of variables, measurements and data quality. Frequency distributions, measures of central tendency, dispersion measures. Graphic representations of data.

  • Epidemiology:

Purposes of epidemiology. Basic epidemiological measures. Epidemiological study models. Primary and secondary prevention; screening tests. Evaluation of screening and diagnostic tools: sensitivity, specificity, predictive values efficiency. ROC curves. Survival Analysis.

  • Inferential Statistics:

Philosophy of sample estimates and decision theory. Representativeness of the sample and sampling error. Main types of sampling.

Distribution of the sample means, confidence interval for the estimate of the mean, of the proportion. Confidence interval for the difference between two means, of two proportions.

Logic of operation of a statistical test, null hypothesis and alternative hypothesis, errors of 1st and 2nd type, power of a statistical test. Parametric and non parametric tests.

  • Correlation and Regression:

Linear and curvilinear regression models. Regression line and regression coefficient. Pearson’s correlation coefficient. T tests on the correlation and regression coefficients. Spearman rank correlation coefficient. Brief introduction to multivariate statistics. Multiple linear regression analysis. 

  • Evidence Based Medicine (EBM):

Clinical trials, ethics committees, phases of clinical trials on new drugs. Introduction to Meta-analyzes.

  • Overwiew of the use of the statistical software SPSS:

Introduction to the use of Statistical Package for Social Sciences (SPSS).
Bibliografia e materiale didattico

Testi consigliati peri i moduli di Fisica ed elementi di Radioprotezione e di Elementi di Radiobiologia:

R. Zannoli e I. Corazza, Elementi di Fisica, Societa' editrice ESCULAPIO

F. Borsa, G.L. Introzzi, D. Scannicchio, Elementi di Fisica per diplomi di indirizzo medico biologico, Edizioni Unicopli

Testi consigliati di Statistica Medica:

Stanton A.Glantz (2007). Statistica per discipline biomediche, Mc Graw-Hill

Lantieri P.B., Risso D., Ravera G.B. (2007). Elementi di Statistica medica, Mc Graw-Hill.

Massimetti G. (2018). Statistica Medica (dispense scaricabili da elearning o in vendita presso copisteria Super-Copia, Pisa, Via Roma 14).
Bibliography

 Physics and elements of Radioprotection and Radiobiology bibliography:

R. Zannoli e I. Corazza, Elementi di Fisica, Societa' editrice ESCULAPIO

F. Borsa, G.L. Introzzi, D. Scannicchio, Elementi di Fisica per diplomi di indirizzo medico biologico, Edizioni Unicopli

Medical Statistics:

Stanton A.Glantz (2007).  Statistica per discipline biomediche, Mc Graw-Hill

Lantieri P.B., Risso D., Ravera G.B. (2007). Elementi di Statistica medica, Mc Graw-Hill.

Massimetti G. (2018). Statistica Medica (dispense scaricabili da elearning o in vendita presso copisteria Super-Copia, Pisa, Via Roma 14).
Indicazioni per non frequentanti

 Fisica ed elementi di Radioprotezione e di Elementi di Radiobiologia:

Gli studenti sono obbligati a frequentare almeno il 70% delle lezioni. Tuttavia, coloro che sono legittimamente impossibilitati a frequentare il minimo delle ore richieste, potranno sostenere l'esame solo dopo aver concordato con il docente un percorso per sopperire alla mancata frequenza delle lezioni (ricevimenti settimanali, consultazione del materiale didattico messo a disposizione su e-learning).

Statistica Medica:

Gli studenti sono obbligati a frequentare almeno il 70% delle lezioni. Tuttavia, coloro che sono legittimamente impossibilitati a frequentare il minimo delle ore richieste, potranno sostenere l'esame se avranno utilizzato il materiale didattico scaricabile da elearning e consultato sufficientemente il docente per chiarimenti e dubbi nell'orario previsto di ricevimento settimanale.
Non-attending students info

 Physics and elements of Radioprotection and Radiobiology:

Students are obliged to attend at least 70% of the lessons. However, those who are legitimately unable to attend the minimum number of hours requested will be able to take the exam after agreeing with the teacher a way to make up for the non-attendance of the lessons (weekly receptions, consultation of educational material made available on e-learning).

Medical Statistics

Students are obliged to attend at least 70% of the lessons. However, those who are legitimately unable to attend the minimum number of hours requested will be able to take the exam if they have used the didactic material downloaded from e-learning and sufficiently consulted the teacher for clarifications and doubts in the scheduled time of weekly reception.
Modalità d'esame

Fisica e Statistica e' un corso integrato. L'esame dei tre moduli va sostenuto contestualmente. Gli appelli dei tre moduli sono pertanto fissati nelle stesse date. 

Modalità d'esame per i moduli di Elementi di Fisica ed elementi di Radioprotezione ed Elmenti di Radiobiologia

I 2 moduli prevedono una prova in itinere a fine corso. Agli appelli è prevista una prova orale.

Maggiori informazioni sugli appelli d'esame e esempi di prove in itinere degli anni precedenti possono essere trovati sul sito del docente  https://elearning.med.unipi.it

Modalità d'esame per Statistica Medica

Prova scritta in itinere (quiz di 10domande, 8 a risposta multipla e 2 a svolgimento).

Negli appelli ufficiali quiz + eventuale prova orale.

I risultati positivi alle prove in itinere restano validi per tutto l’anno solare, fino all’ultimo appello di Dicembre incluso.

 La visione dei compiti in itinere è possibile nell’ambito degli orari di ricevimento.
Assessment methods

Physics and Statistics is an integrated course. The examination of the three modules must be taken at the same time. The appeals of the three modules are therefore set on the same dates.

 Physics and elements of Radioprotection and Radiobiology bibliography:

In-itinere tasks at the end of the course (optional); oral exam at each exam session.

Medical Statistics:

  • “in itinere” task (optional) and written exam at each exam session. The teacher reserves, in special cases, to integrate the written task with an interview;
  • the written test consist of 8 quiz questions (each question can have more than one correct answer) and two problems to solve;
  • for the final judgement, the free-running exercises have greater weight than quiz questions;
  • the maximum time for the task is 1 hour.

More information on exam appeals can be found on the teachers’ websites.

https://elearning.med.unipi.it
Updated: 16/04/2020 13:16