CdSMEDICINA E CHIRURGIA
Codice001BF
CFU9
PeriodoAnnuale
LinguaItaliano
Corso Integrato di Fisica e Statistica Medica
CORE CURRICULUM
MODULO DI FISICA MEDICA
- Rappresentazione funzionale e grafica di processi e rappresentazione dei dati sperimentali.
- Richiami di calcolo differenziale e di trigonometria.
Introduzione
- Grandezze fisiche, misure, errori.
Cinematica
- Cinematica del punto materiale: velocita’ media, velocita’ istantanea, accelerazione. Caduta libera.
- Algebra vettoriale: somma, differenza, scomposizione di vettori. Moto di un proiettile. Moto parabolico. Prodotto scalare e vettoriale. Prodotto bivettore e misto.
Dinamica
- Dinamica: le tre leggi del moto di Newton. Peso e forza di gravita’ Reazioni vincolari. Piano inclinato. Forza di attrito. Forza elastica.
- Il moto circolare: cinematica e dinamica. Forza di gravitazione universale. Satelliti artificiali. Leggi di Keplero.
- Lavoro ed Energia. Energia cinetica. Energia Potenziale. Forze onservative e forze non conservative. Conservazione dell’energia.
- Quantita’ di moto. Conservazione della quantita’ di moto. Urti. Urti elastici in una dimensione. Urti anelastici. Centro di massa.
- Moto rotatorio. Grandezze angolari. Momento d’inerzia. Dinamica rotazionale. Energia cinetica rotazionale.Conservazione del momento angolare.
Statica
- Condizioni di Equilibrio. Problemi di Statica.
Fluidi
- I fluidi. Densita’ assoluta e densita’ relativa. Pressione. Principio di Pascal. Legge di Archimede. Portata ed equazione di continuità. Equazione di Bernoulli. Viscosità. Equazione di Poiseuille. Resistenza Idraulica.Tensione superficiale e capillarità.
Onde
- Vibrazioni e onde. Il moto armonico. Il pendolo semplice. Moto armonico smorzato. Onde longitudinali e trasversali. Intensità.
- Onde sonore. Corde vibranti. Intensita’ del suono: il decibel. L’orecchio e la sua risposta. Effetto Doppler. Ultrasuoni ed applicazioni in medicina.
Termodinamica
- Equilibrio termico e principio zero della termodinamica. Termometri.Temperatura assoluta. Leggi dei gas perfetti.
- Il calore come trasferimento di energia. Energia interna e calore specifico. Esperienza di Joule. Calorimetria e passaggi di stato. Calore latente. Trasmissione del calore.
- Trasformazioni termodinamiche. Il primo principio della termodinamica. Trasformazioni cicliche e ciclo di Carnot. Il secondo principio della termodinamica. Macchine termiche e frigorifere. L’entropia ed il secondo principio.
Elettrostatica
- Carica elettrica. Forza di Coulomb. Campo elettrico. Campo elettrico e conduttori. Teorema di Gauss.
- Potenziale elettrico. Energia potenziale elettrostatica. Linee equipotenziali. L’unita’ di misura dell’elettronvolt. Esempi di potenziali. Capacita’ e condensatori. I dielettrici.
Circuiti elettrici
- La pila. L’intensita’ di corrente elettrica. Legge di Ohm. Resistivita’. Potenza. Corrente alternata.
- La pila. L’intensita’ di corrente elettrica. Legge di Ohm. Kirchhoff. Condensatori in serie e in parallelo. Circuiti RC.
Magnetismo
- Magneti e campi magnetici. Forze magnetiche. Forza di Lorentz. Filo rettilineo percorso da corrente. Solenoide. Legge di Ampere. Momento di dipolo magnetico.
- Induzione elettromagnetica: cenni.
Onde e.m.
- Le onde elettromagnetiche: cenni.
Ottica geometrica
- Riflessione e rifrazione. Legge di Snell. Lenti sottili.
- Interferenza e diffrazione.
- Occhio umano e lenti correttive. Microscopio.
Obiettivi del corso di FISICA MEDICA:
Scopo del modulo di Fisica è l’insegnamento della fisica e della matematica di base con semplici applicazioni a problemi di carattere biomedico. Si vuole ottenere l’omogeneità della preparazione per tutti gli studenti in vista delle conoscenze specifiche loro richieste nel prosieguo del Corso di Laurea. Si vuole fornire le basi fisiche per la comprensione dei problemi biologici e medici.
MODULO DI STATISTICA MEDICA
Per ciascuno degli argomenti trattati, lo studente acquisirà i concetti teorici (OBIETTIVO DI APPRENDIMENTO 1).
The integrated course is composed of two modules: the Physics module and the Statistics module. At the end of Physics module the student will be able to understand the physics mechanisms underlying the medical problems. He will be able to use the quantitative information and the modeling derived from the physics phenomena to better understand the biomedical systems. At the end of the Statistics module the student will be able to apply statistical method to the clinical data and will have the preparation to the understand and interpret in a critical way the statistical results that are available in the medical scientific literature.
Medical Statistics: For each of the topics of the course, the student will understand of the theory (LEARNING OBEJCTIVE 1).
FISICA MEDICA:
Per l'accertamento delle conoscenze saranno svolte delle prove scritte in itinere (opzionali a discrezione dello studente) ed esercitazioni numeriche in classe, o averrà nell’ambito degli appelli d’esame.
MODULO DI STATISTICA MEDICA
A conclusione di ciascun argomento, allo studente sarà proposto un questionario online per la verifica delle nozioni teoriche apprese (OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO 1)
Medical Physics and Medical Statistics:
The assessment of the knowledge will take place through written test “in itinere” and/or in the exam sessions through a written report (Medical Statistics) or oral exam (Medical Physics).
Medical Statistics: For each topic, the students will be asked to fill an online questionnaire to assess their level of understanding the theory (LEARNING OBEJCTIVE 1).
Al termine del corso di FISICA MEDICA:, lo studente sarà in grado di risolvere semplici problemi di fisica applicati alla medicina.
MODULO DI STATISTICA MEDICA
Per ciascuno degli argomenti trattati, lo studente saprà interpretare un elaborato statistico (OBIETTIVO DI APPRENDIMENTO 2) e saprà applicare i concetti appresi a contesti specifici (OBIETTIVO DI APPRENDIMENTO 3).
At the end of the Medical Physics course the student will be able to solve simple physics problems applied to the medicine.
Medical Statistics: For each topic of the course, the student will learn how to interpret a statistical report (Learning OBJECTIVE 2); How to apply the concepts to specific contexts (Learning OBJECTIVE 3).
FISICA MEDICA:
- 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.
MODULO DI STATISTICA MEDICA
Saranno proposti una serie di esercizi di cui verranno fornite dettagliate soluzioni. Alcuni degli esercizi saranno svolti in classe e gli altri potranno essere risolti autonomamente dagli studenti.
Medical Physics
- 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.
Medical Statistics: Exercises with the solutions will be provided. Some will be discussed in class, others will be solved independently by the student.
Al termine del corso di FISICA MEDICA:
- lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità alle problematiche della fisica applicata alla medicina;
- saranno acquisite accuratezza e precisione nello svolgere attività di raccolta e analisi di dati sperimentali.
MODULO DI STATISTICA MEDICA
Allo studente sarà richiesto di seguire attivamente le lezioni frontali e svolgere autonomamente gli esercizi ed in questionari assegnati.
At the end of the Medical Physics course:
- The student can acquire and/or develop sensitivity to the problems of physics and statistics applied to medicine
- Accuracy and precision will be acquired in the collection and analysis of experimental data
Medical Statistics: The student will be asked to be involved in the classes and perform the assignments.
FISICA MEDICA:
Durante le sessioni di esame saranno valutati il grado di accuratezza e precisione delle attività svolte.
MODULO DI STATISTICA MEDICA
Durante il corso verranno proposte prove di autovalutazione.
Medical Physics:
During the examination sessions, the degree of accuracy and precision of the activities carried out will be evaluated
Medical Statistics: During the course, self-assessment tests will be proposed.
FISICA MEDICA E STATISTICA MEDICA:
Trattandosi di corsi di base a è sufficiente la preparazione di Matematica fornita dalla Scuola Media Superiore.
Medical Physics and Medical Statistics:
Since these are introductory courses a maths preparation provided by the Secondary School is sufficient.
FISICA MEDICA:
- Gli argomenti del programma verranno prima affrontati durante le lezioni frontali, svolgendo anche degli esercizi. Le tipologie degli esercizi verranno ampliate durante le esercitazioni.
- gli studenti hanno accesso a un portale di elearning dal quale e' possibile scaricare alcuni appunti delle lezioni teoriche e gli 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.
MODULO DI STATISTICA MEDICA
La teoria sarà esposta durante le lezioni frontali (OBIETTIVO DI APPRENDIMENTO 1). Le lezioni teoriche saranno corredate dalla presentazione e discussione di esempi specifici tratti dalla letteratura (OBIETTIVO DI APPRENDIMENTO 2). Saranno proposti una serie di esercizi di cui verranno fornite dettagliate soluzioni (OBIETTIVO DI APPRENDIMENTO 3).
Medical Physics:
- 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: The theory will be presented through lectures (LEARNING ONJECTIVE 1). During the lectures the teacher will present and discuss examples taken from the literature (LEARNING ONJECTIVE 2). A number of exercises with the solutions will be available to students. Some will be discussed in class (LEARNING ONJECTIVE 3).
Programma di Fisica
Matematica
1 Rappresentazione funzionale e grafica di processi e rappresentazione dei dati sperimentali.
2 Richiami di trigonometria.
Fisica
1 Introduzione Grandezze fisiche, misure, errori.
2 Cinematica 1 Cinematica del punto materiale: velocita’ media, velocita’ istantanea, accelerazione. Caduta libera.
3 Cinematica 2 Algebra vettoriale: somma, differenza, scomposizione di vettori. Moto di un proiettile. Moto parabolico. Prodotto scalare e vettoriale. Prodotto bivettore e misto.
4 Dinamica 1 Dinamica: le tre leggi del moto di Newton. Peso e forza di gravita’. Reazioni vincolari. Piano inclinato. Forza di attrito. Forza elastica.
5 Dinamica 2 Il moto circolare: cinematica e dinamica. Forza di gravitazione universale. Satelliti artificiali. Leggi di Keplero.
6 Dinamica 3 Lavoro ed Energia. Energia cinetica. Energia Potenziale.
Forze conservative e forze non conservative. Conservazione dell’energia meccanica. Conservazione dell’energia.
7 Dinamica 4 Quantita’ di moto. Conservazione della quantita’ di moto. Urti.
Urti elastici in una dimensione. Urti anelastici. Centro di massa.
8 Dinamica 5 Moto rotatorio. Grandezze angolari. Momento d’inerzia.
Dinamica rotazionale. Energia cinetica rotazionale. Conservazione del momento angolare.
9 Statica Condizioni di Equilibrio. Problemi di Statica.
10 Fluidi I fluidi. Densita’ assoluta e densita’ relativa. Pressione. Principio di Pascal. Legge di Archimede. Portata ed equazione di continuita’. Equazione di Bernoulli. Viscosita’. Equazione di Poiseuille. Tensione superficiale e capillarita’.
11 Onde 1 Vibrazioni e onde. Il moto armonico. Il pendolo semplice. Moto armonico smorzato. Onde longitudinali e trasversali. Intensita’.
12 Onde 2 Onde sonore. Corde vibranti. Intensita’ del suono: il decibel. L’orecchio e la sua risposta. Effetto Doppler. Ultrasuoni ed applicazioni in medicina.
13 Termodinamica 1 Temperatura. Equilibrio termico e principio zero della termodinamica. Termometri.Temperatura assoluta. Leggi dei gas perfetti.
14 Termodinamica 2 Il calore come trasferimento di energia. Energia interna e calore specifico. Esperienza di Joule. Calorimetria e passaggi di stato. Calore latente. Trasmissione del calore.
15 Termodinamica 3 Trasformazioni termodinamiche. Il primo principio della termodinamica. Trasformazioni cicliche e ciclo di Carnot. Il secondo principio della termodinamica. Macchine termiche e frigorifere. L’entropia ed il secondo principio.
16 Elettrostatica 1 Carica elettrica. Forza di Coulomb. Campo elettrico. Campo elettrico e conduttori. Teorema di Gauss.
17 Elettrostatica 2 Potenziale elettrico. Energia potenziale elettrostatica. Linee equipotenziali. L’unita’ di misura dell’elettronvolt. Esempi di potenziali. Capacita’ e condensatori. I dielettrici.
18 Circuiti elettrici 1 La pila. L’intensita’ di corrente elettrica. Legge di Ohm. Resistivita’. Potenza. Corrente alternata.
19 Circuiti elettrici 2 Forza elettromotrice. Resistenze in serie e in parallelo. Leggi di Kirchhoff. Condensatori in serie e in parallelo. Circuiti RC.
20 Magnetismo 1 Magneti e campi magnetici. Forze magnetiche. Forza di Lorentz. Filo rettilineo percorso da corrente. Solenoide. Legge di Ampere. Momento di dipolo magnetico.
21 Magnetismo 2 Induzione elettromagnetica: cenni.
22 Onde e.m Le onde elettromagnetiche: cenni.
23 Ottica geometrica 1 Riflessione e rifrazione. Legge di Snell. Lenti sottili.
24 Ottica fisica 2 Interferenza e diffrazione.
25 Ottica geometrica 3 Occhio umano e lenti correttive. Microscopio.
Fisica Sanitaria 1 Fisica Nucleare e Radioattivita’. Raggi X e produzione di raggi X.
Interazione della radiazione con la materia.
2 Effetti delle radiazioni sulla materia biologica. Dose ed unita’ di dose. Principi della Radioprotezione.
MODULO DI STATISTICA MEDICA
- Introduzione alla Statistica Medica
- Gli studi di intervento e gli studi osservazionali
- Statistica Descrittiva
- Cenni di teoria della Probabilità
- Le distribuzioni discrete e continue
- La distribuzione Binomiale, di Poisson e Normale
- Le distribuzioni campionarie
- Gli intervalli di confidenza per una media e per una proporzione
- Test d’ipotesi per una media e per una proporzione
- Confronto tra due medie
- Confronto tra due proporzioni
- Test del chi-quadrato
- Anali della varianza
- Regressione lineare
- Odds Ratio e Rischi Relativi
- La regressione logistica e il modello di regressione di Cox
- L’accuratezza e la concordanza
- I tassi e la standardizzazione dei tassi
The integrated course is composed of two modules: the Physics module and the Statistics module. The Physics course will cover the major topics of the classical physics, providing the student also of the mathematics tools (differential calculus). The various topics will be treated with particular emphasis to their relation with biomedical environment. In particular examples and numerical exercises will be done in relation to physiology and anatomy.
Physics program Mathematics 1 Functional and graphic representation of processes and representation of experimental data. 2 Review of trigonometry. Physics 1 Introduction Physical quantities, measurements, errors. 2 Kinematics 1 Kinematics of the material point: average speed, instantaneous speed, acceleration. Free fall. 3 Kinematics 2 Vector algebra: sum, difference, decomposition of vectors. Motion of a bullet. Parabolic motion. Scalar and vector product. Bivector and mixed product. 4 Dynamics 1 Dynamics: Newton's three laws of motion. Weight and force of gravity. Constraint reactions. Inclined plane. Frictional force. Elastic force. 5 Dynamics 2 Circular motion: kinematics and dynamics. Universal gravitational force. Artificial satellites. Kepler's laws. 6 Dynamics 3 Work and Energy. Kinetic energy. Potential energy. Conservative and non-conservative forces. Conservation of mechanical energy. Conservation of energy. 7 Dynamics 4 Quantity of motion. Conservation of the momentum. Bumps. Elastic collisions in one dimension. Inelastic collisions. Center of mass. 8 Dynamics 5 Rotary motion. Angular sizes. Moment of inertia. Rotational dynamics. Rotational kinetic energy. Conservation of angular momentum. 9 Static Equilibrium Conditions. Statics Problems. 10 Fluids The fluids. Absolute density and relative density. Pressure. Pascal's principle. Archimedes' law. Flow rate and continuity equation. Bernoulli equation. Viscosity'. Poiseuille equation. Surface tension and capillarity. 11 Waves 1 Vibrations and waves. Harmonic motion. The simple pendulum. Damped harmonic motion. Longitudinal and transverse waves. Intensity'. 12 Waves 2 Sound waves. Vibrating ropes. Intensity of sound: the decibel. The ear and its response. Doppler effect. Ultrasound and applications in medicine. 13 Thermodynamics 1 Temperature. Thermal equilibrium and the zero principle of thermodynamics. Thermometers. Absolute temperature. Laws of perfect gases. 14 Thermodynamics 2 Heat as a transfer of energy. Internal energy and specific heat. Joule's experience. Calorimetry and changes of state. Latent heat. Heat transmission. 15 Thermodynamics 3 Thermodynamic transformations. The first law of thermodynamics. Cyclical transformations and Carnot's cycle. The second law of thermodynamics. Thermal and refrigerating machines. Entropy and the second principle. 16 Electrostatics 1 Electric charge. Coulomb's force. Electric field. Electric field and conductors. Gauss theorem. 17 Electrostatics 2 Electric potential. Electrostatic potential energy. Equipotential lines. The unit of measurement of electronvolt. Examples of potentials. Capacity and capacitors. The dielectrics. 18 Electrical circuits 1 The battery. The intensity of the electric current. Ohm's law. Resistivity. Power. AC. 19 Electric circuits 2 Electromotive force. Resistors in series and in parallel. Kirchhoff's laws. Capacitors in series and in parallel. RC circuits. 20 Magnetism 1 Magnets and magnetic fields. Magnetic forces. Lorentz force. Straight wire crossed by current. Solenoid. Ampere's law. Magnetic dipole moment. 21 Magnetism 2 Electromagnetic induction: outline. 22 EM waves Electromagnetic waves: outline. 23 Geometric optics 1 Reflection and refraction. Snell's law. Thin lenses. 24 Physical optics 2 Interference and diffraction. 25 Geometric optics 3 Human eye and corrective lenses. Microscope. Health Physics 1 Nuclear Physics and Radioactivity. X-rays and X-ray production Interaction of radiation with matter. 2 Effects of radiation on biological matter. Dose and dose units. Principles of Radiation Protection.
Medical Statistics:
- Introduction to Medical Statistics
- Epidemiological studies
- Summarizing data
- Presenting data
- Probability
- The Normal distribution
- Estimation
- Significance tests
- Comparing the means of small samples
- Regression and correlation
- Non-parametric tests
- The analysis of cross-tabulations
- Multifactorial methods
- Time to event data
- Clinical measurement
- Mortality statistics
- Meta-analysis
Testi consigliati Fisica:
Douglas C. Giancoli – FISICA con fisica moderna – terza edizione – Casa Editrice Ambosiana
David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker- Fondamenti di Fisica – sesta edizione- Casa Editrice Ambrosiana
MODULO DI STATISTICA MEDICA
Il materiale del corso verrà pubblicato sul portale elearning.
Testi consigliati:
- Statistica Medica, M. Bland, Apogeo Education - Maggioli Editore
- Biostatistica, M. Pagano, K. Gauvreau, IDELSON-GNOCCHI
For the Physics Module Douglas C. GIANCOLI – FISICA con fisica moderna – III edizione – Casa Editrice Ambosiana. DAVID HALLIDAY, ROBERT RESNICK, JEARL WALKER- Fondamenti di Fisica – VI ed. - Casa Editrice Ambrosiana.
Medical Statistics:
The course material will be published on the e-learning platform. Suggested textbooks:
- Statistica Medica, M. Bland, Apogeo Education - Maggioli Editore
- Biostatistica, M. Pagano, K. Gauvreau, IDELSON-GNOCCHI
Indicazioni per i non frequentanti il Corso di Fisica 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 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 elearning).
Medical Physics:
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).
Fisica e Statistica Medica e' un corso integrato. L'esame dei due moduli va sostenuto contestualmente. Gli appelli dei due moduli sono pertanto fissati nelle stesse date.
Modalità d'esame per FISICA MEDICA:
Compito in itinere alla fine del corso (opzionale); esame orale ad ogni appello d'esame.
In entrambi i casi viene richiesto allo studente di risolvere alcuni esercizi numerici su argomenti relativi al programma svolto.
MODULO DI STATISTICA MEDICA
La prova d’esame consisterà in 4 esercizi ciascuno composto di tre domande e 1 esercizio composto da 4 domande. Le domande saranno relative alla comprensione della teoria e alla sua applicazione. Potrà essere inoltre inclusa una domanda relativa alla comprensione di un breve testo tratto da un articolo scientifico. Per ciascuna domanda verranno assegnati fino a 2 punti. Il voto finale massimo raggiungibile è pari ad un totale di 32 che corrisponde al 30 e lode.
Physics and Medical Statistics is an integrated course. The examination of the two modules must be taken at the same time. The appeals of the two modules are therefore set on the same dates.
Medical Physics:
In-itinere task at the end of the course (optional); oral exam at each exam session.
In both cases the student is asked to solve some numerical exercises on topics related to the program.
Medical Statistics:
The exam will consist of 4 exercises each with three questions and 1 exercise with four questions. Questions will assess the level of understanding of the theory and the ability of the student to apply the theory. The exam could also include one questions about the interpretation of a short text from a scientific article. Each question will be marked up to 2 points. The maximum final mark achievable is equal to a total of 32 which corresponds to 30 cum laude.
RICEVIMENTO STUDENTI
I docenti ricevono su appuntamento preso via e-mail o per telefono.