ECTS - University of Pisa
Corso Integrato di Fisica e Statistica Medica
CORE CURRICULUM
MODULO DI FISICA MEDICA
Introduzione
Cinematica
Dinamica
Statica
Fluidi
Onde
Termodinamica
Elettrostatica
Circuiti elettrici
Magnetismo
Onde e.m.
Ottica geometrica
MODULO DI STATISTICA MEDICA
Introduzione
Statistica descrittiva
Probabilità
Stime intervallari
Test delle ipotesi
Confronti fra due gruppi
ANOVA
Correlazione e regressione
Test non parametrici
Il corso integrato di Fisica e Statistica Medica si compone di due moduli: il modulo di Fisica e quello di Statistica Medica.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
Al termine del corso di FISICA MEDICA:, lo studente sarà in grado di risolvere semplici problemi di fisica applicati alla medicina.
Al termine del corso di STATISTICA MEDICA lo studente:
At the end of the Medical Physics course the student will be able to solve simple physics problems applied to the medicine.
At the end of the Medical Statistics course the student:
FISICA MEDICA:
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:
Medical Physics
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:
Al termine del corso di FISICA MEDICA:
Al termine del corso di STATISTICA MEDICA:
lo studente:
At the end of the Medical Physics course:
At the end of the Medical Statistics course:
the student will be able:
FISICA MEDICA:
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
Medical Physics:
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:
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:
Non sono richiesti corequisiti
STATISTICA MEDICA:
Può essere utile una buona conoscenza della lingua inglese
Medical Physics:
Co-requisites are not requested
Medical Statistics:
Good knowledge of the English language may be useful.
FISICA MEDICA:
Il corso costituisce la base fisica di molte discipline attinenti alla medicina che gli studenti affronteranno nel loro corso di studi
Statistica Medica:
La Statistica può essere considerato un prerequisito fondamentale per le specializzazioni post laurea e per la professione medica in generale, in relazione alla corretta applicazione della medicina dell'evidenza scientifica. E' indispensabile nella elaborazione di tesi sperimentali.
Medical Physics:
The course is basic for future matters related to medicine that the students will attend in their career
Medical Statistics:
Statistics can be considered a fundamental prerequisite for postgraduate specializations and for the medical profession in general, especially in relation to principles of the Evidence Based Medicine. It is indispensable in the development of experimental theses.
FISICA MEDICA:
STATISTICA MEDICA:
Medical Physics:
Medical Statistics:
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.
Programma di Statistica Medica
Il ruolo della statistica nelle scienze biomediche e nell’attività assistenziale. Statistica descrittiva e inferenziale, popolazioni e campioni. Studi sperimentali e studi osservazionali. Studi trasversali e longitudinali.
Variabili statistiche, tipi di variabile, misurazioni e qualità dei dati. Distribuzioni di frequenza, misure di tendenza centrale e di dispersione assoluta e relativa. Rappresentazioni grafiche.
Scopi dell’epidemiologia. Misure epidemiologiche fondamentali. Modelli di studio epidemiologico. Prevenzione primaria e secondaria; test di creening. Valutazione degli strumenti di screening e diagnostici (sensibilità, specificità, valori predittivi, efficienza). Curve di ROC. Analisi di sopravvivenza.
Richiami di Calcolo delle Probabilità. Teorema di Bayes. Distribuzioni di probabilità. Distribuzione Normale. Distribuzione Binomiale. Distribuzione di Poisson. Relazione fra le distribuzione Binomiale e quella Normale. Relazione fra la Distribuzione di Poisson e quella Normale.
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, dell’ Odds ratio e del Rischio relativo.
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.
Modelli di regressione lineare e curvilinea. Retta di regressione e coefficiente di regressione. Coefficiente di correlazione di Pearson. T-test sui coefficiente di correlazione e su quello di regressione. Coefficiente di correlazione per ranghi di Spearman. Breve introduzione alle analisi statistiche multivariate. Analisi di regressione lineare multipla. Regressione logistica.
Le sperimentazioni cliniche, i comitati etici, fasi delle sperimentazioni cliniche sui nuovi farmaci. Introduzione alle Meta-analisi.
Introduzione all’uso dello Statistical Package for Social Sciences (SPSS) e sua applicazione a dati derivati da ricerche cliniche ed epidemiologiche già pubblicate su importanti riviste bio-mediche.
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.
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.
Medical Statistics
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.
Statistical variables, types of variables, measurements and data quality. Frequency distributions, measures of central tendency, dispersion measures. Graphic representations of data.
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.
Probability calculation. Bayes theorem. Probability distributions: Binomial distribution. Normal distribution. Poisson distribution. Relationship between Binomial, Poisson and Normal distribution.
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. Confidence interval of the Odds ratio and of the Relative Risk.
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.
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. Logistic regression analysis.
Clinical trials, ethics committees, phases of clinical trials on new drugs. Introduction to Meta-analyzes.
Introduction to the use of Statistical Package for Social Sciences (SPSS) throught its application to data derived from clinical and epidemiological research already published in important bio-medical journals.
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
Testi consigliati Statistica Medica:
Stanton A.Glantz (2007). Statistica per discipline biomediche, Mc Graw-Hill
Massimetti G. (2017). Appunti di Statistica (dispense scaricabili da elearning o in vendita presso copisteria Super-Copia, Pisa, Via Roma 14).
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.
For the Statistics module:
Stanton A.Glantz (2007). Statistica per discipline biomediche, Mc Graw-Hill.
Massimetti G. (2017). Appunti di Statistica (dispense scaricabili da elearning o in vendita presso copisteria Super-Copia, Pisa, Via Roma 14).
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).
Indicazioni per i non frequentanti il Corso di 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.
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).
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.
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.
Modalità d'esame per STATISTICA MEDICA:
Maggiori informazioni sugli appelli d'esame possono essere trovati sui siti dei docenti.
https://elearning.med.unipi.it
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:
More information on exam appeals can be found on the teachers’ websites.
https://elearning.med.unipi.it
FISICA MEDICA E STATISTICA MEDICA:
Non sono previste forme di stage, tirocini o collaborazioni con terzi durante lo svolgimento dil corsi.
Medical Physics and Medical Statistics:
No internships, traineeships or collaborations with third parties are foreseen during the course.
RICEVIMENTO STUDENTI
I docenti ricevono su appuntamento preso via e-mail o per telefono.
