FISICA INFORMATICA E STATISTICA MEDICA - canale 4

Anno accademico 2021/2022 - 1° anno
Docenti Crediti: 10
SSD: INF/01 - Informatica
Organizzazione didattica: 250 ore d'impegno totale, 180 di studio individuale, 70 di lezione frontale
Semestre:
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Obiettivi formativi

  • FISICA

    L’obiettivo principale, oltre la naturale rivisitazione del metodo scientifico in termini di linguaggio, modelli e rappresentazione dei fenomeni meccanici, termici, elettromagnetici e le implicazioni quantomeccaniche a livello atomico e nucleare, è rappresentato dalla consapevole appropriazione da parte dell’allievo delle capacità descrittive e predittive della fisica applicata a fenomeni propri dei sistemi biologici. È obiettivo specifico l’acquisizione di principi fisici di base delle principali tecniche diagnostiche e terapeutiche il cui impiego occupa un ruolo di crescente rilevanza nella medicina moderna. I temi di maggiore interesse sono la meccanica dei fluidi con cenni alle implicazioni emodinamiche, la meccanica ondulatoria con specifici sviluppi relativi al suono, alla funzione uditiva ed all’impiego degli ultrasuoni in medicina, l’ottica della visione, l’interazione radiazione-materia con particolare riguardo alle radiazioni ionizzanti, la loro generazione, il loro impiego, gli effetti biologici con elementi di dosimetria e radioprotezione.

    Il settore scientifico-disciplinare di riferimento è il FIS/07 (Fisica Applicata).

  • STATISTICA MEDICA

    Il corso si propone di partire dalle conoscenze di base di statistica, approfondendo la sintesi riassuntiva di dati di vario tipo. Vengono poi presentati alcuni test statistici utilizzati nella statistica biomedica. Al termine del corso lo studente sarà in grado di interpretare risultati statistici riportati nella letteratura biomedica e di utilizzare semplici tecniche di analisi statistica e rappresentazione dei dati.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

  • FISICA

    L'insegnamento prevede lezioni frontali e test di verifica in ingresso, in itinere e alla fine dell'intero corso.

    Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

  • STATISTICA MEDICA

    Lezioni frontali in presenza o in modalità telematica (Piattaforma Teams) con uso di diapositive e lavagna elettronica


Prerequisiti richiesti

  • FISICA

    Argomenti dei programmi di Matematica e Fisica previsti per la prova di ammissione.

  • STATISTICA MEDICA

    Conoscenze elementari di matematica ("le quattro operazioni", radice quadrata, elevare al quadrato)


Frequenza lezioni

  • FISICA

    Obbligatoria.

  • STATISTICA MEDICA

    Obbligatoria


Contenuti del corso

  • FISICA

    Grandezze fisiche e loro misura - Grandezze fisiche, unità e sistemi di misura, equazioni dimensionali. Strumenti di misura. Errori sistematici ed errori casuali. Media e deviazione standard. Relazioni funzionali e rappresentazioni grafiche. Grandezze scalari e vettoriali. Operazioni tra vettori.

    Richiami di meccanica e nozioni di Biomeccanica - Cinematica. Moto circolare e moto armonico. Quantità di moto. Principi della dinamica. Lavoro. Energia. Potenza e rendimento. Momento. Statica. Elasticità. Statica fisiologica. Fratture ossee (generalità).

    Richiami sui fluidi e applicazioni nei sistemi biologici – Densità. Viscosità. Pressione idrostatica. Statica dei fluidi. Legge di Stevino. Principio di Pascal. Principio di Archimede. Fleboclisi. Trasfusione. Prelievo. Drenaggio. Dinamica dei liquidi ideali. Teorema di Bernoulli. Aneurisma e stenosi. Liquidi reali. Relazione di Poiseuille. Resistenza idraulica. Sfigmomanometria.

    Onde e radiazioni – Fenomeni ondulatori. Periodo e frequenza. Ampiezza ed energia. Onde meccaniche. Il suono. Intensità del suono. Pressione sonora e decibel. Curve isofoniche. Fonendoscopio. Ultrasuoni in medicina. Le onde elettromagnetiche. Lo spettro elettromagnetico. Occhio e visione a colori. Le radiazioni in diagnostica e in terapia. Diagnostica con raggi X. Radioisotopi e medicina nucleare. Radioterapia. Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti. Cenni di dosimetria e radioprotezione.

  • STATISTICA MEDICA

    Introduzione alla statistica:

    • statistica descrittiva e statistica inferenziale; tipi di variabili: qualitative, ordinali, quantitative discrete e continue; raccolta e rappresentazione dei dati; tabelle; rappresentazioni grafiche

    Statistica descrittiva:

    • frequenze e proporzioni; distribuzioni di frequenza; quantili e percentili; media e altri indici di posizione; deviazione standard ed altri indici di dispersione

    Probabilità ed inferenza statistica

    • distribuzioni di probabilità e densità di probabilità; campionamento, inferenza e test di ipotesi; intervalli di confidenza; errori falsi positivi e falsi negativi

    Test di ipotesi

    • il test “t di Student” per le medie, il test “chi quadro” per le frequenze; cenni di correlazione e regressione, analisi della varianza e metodi non parametrici

Testi di riferimento

  • FISICA

    Scannicchio D., Fisica Biomedica, EdiSES, 2013
    Davidson R.C., Metodi Matematici per un Corso introduttivo di Fisica ‐ EdiSes, 2013

  • STATISTICA MEDICA
    • Triola M e Triola M, Fondamenti di statistica per le discipline biomediche, Pearson (2017)

    in alternativa possono essere utilizzati:

    • Pagano M e Gauvreau K. Biostatistica. Idelson-Gnocchi (2003)
    • Daniel WW e Cross CL. Biostatistica, III ed. italiana, EdiSES (2019)
    • altri testi di statistica biomedica, da sottoporre al docente per una valutazione rispetto al programma svolto

Programmazione del corso

FISICA
 ArgomentiRiferimenti testi
1Grandezze fisiche, unità e sistemi di misura, equazioni dimensionali.Scannicchio cap.1 
2Strumenti di misura. Errori sistematici ed errori casuali.Scannicchio Appendice A 
3 Relazioni funzionali e rappresentazioni grafiche.Scannicchio Appendice A 
4Grandezze scalari e vettoriali. Operazioni tra vettori.Scannicchio cap.1 
5Cinematica. Moto circolare e moto armonico. Quantità di moto.Scannicchio capp. 2-3 
6Principi della dinamica. Lavoro. Energia. Potenza e rendimento.Scannicchio cap. 3 
7Momento. Statica. Elasticità.Scannicchio cap.4 
8Statica fisiologica. Fratture ossee.Scannicchio cap.5 
9Densità. Viscosità. Pressione idrostatica.Scannicchio cap.6 
10Statica dei fluidi. Legge di Stevino. Principio di Pascal. Principio di Archimede.Scannicchio cap.6 
11Fleboclisi. Trasfusione. Prelievo. Drenaggio.Appunti del docente 
12Dinamica dei liquidi ideali. Teorema di Bernoulli. Aneurisma e stenosi.Scannicchio cap.7 
13Liquidi reali. Relazione di Poiseuille. Resistenza idraulica. Sfigmomanometria.Scannicchio cap.7 
14Fenomeni ondulatori. Periodo e frequenza. Ampiezza ed energia.Scannicchio cap.12 
15Onde meccaniche. Il suono. Intensità e pressione sonora. Ultrasuoni e applicazioni.Scannicchio cap.13 
16Curve isofoniche. Fonendoscopio.Appunti del docente 
17Le onde elettromagnetiche. Lo spettro elettromagnetico. Occhio e visione a colori.Scannicchio cap.24 
18Le radiazioni in diagnostica e in terapia. Diagnostica con raggi X. Radioisotopi e medicina nucleare.Scannicchio cap.25 
19Radioterapia. Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti. Cenni di dosimetria e radioprotezione.Scannicchio capp.26-27 
STATISTICA MEDICA
 ArgomentiRiferimenti testi
1Statistica DescrittivaTriola 
2Concetti di calcolo delle probabilitàTriola 
3Statistica inferenzialeTriola 

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

  • FISICA

    La valutazione delle conoscenze acquisite viene realizzata in due fasi: una prova scritta seguita da un colloquio.

    La prova scritta consiste di domande a scelta multipla, domande aperte e problemi sugli argomenti trattati a lezione con particolare attenzione a quelli riguardanti le applicazioni della fisica alla medicina. Le risposte alle domande e le soluzioni devono essere opportunamente commentate e giustificate.

    La prova orale consiste nella discussione dello svolgimento della prova scritta e, insieme ai colleghi degli altri moduli del Corso Integrato, su argomenti delle tre discipline. Generalmente si tratta di 3 domande su altrettanti argomenti delle 3 discipline.

    La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

  • STATISTICA MEDICA

    La valutazione delle conoscenze acquisite viene realizzata in due fasi: una prova scritta seguita da un colloquio.
    La prova scritta consiste in domande a scelta multipla o a risposta aperta. Le risposte alle domande dovranno essere sinteticamente commentate.
    La prova orale consiste nella discussione dello svolgimento della prova scritta e, insieme ai colleghi degli altri moduli del Corso Integrato, in quesiti su argomenti delle tre discipline.
    La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.


Esempi di domande e/o esercizi frequenti

  • FISICA

    Esempio Prova Scritta

    1

    Se il momento risultante agente su una massa è nullo, è necessariamente nulla anche la risultante delle forze che agiscono su tale massa?

    A – si

    C – dipende dalla densità

    B – no

    D – dipende dalla massa

    2

    La dose consigliata di un certo medicinale è di 30 gocce al giorno, che corrispondono a 3 milligrammi di principio attivo. Sapendo che la concentrazione del principio attivo è di 2,5 milligrammi per millilitro, qual è il volume di una goccia?

    A – 0,04 millilitri

    C – 0,12 millilitri

    B – 0,06 millilitri

    D – 0,25 millilitri

    3

    L’indice di massa corporea BMI (Body Mass Index) di un individuo è il rapporto tra il peso, espresso in kg, e il quadrato dell’altezza, espressa in metri. Si consideri un uomo adulto di peso 80 kg con un BMI pari a 30. Dopo una dieta dimagrante il BMI del soggetto, che ha perso N kg, si riduce a 24. Quale delle seguenti affermazioni è corretta?

    A – 13 < N ≤ 15

    C – 17 < N ≤ 19

    B – 15 < N ≤ 17

    D – 19 < N ≤ 21

    4

    In condizioni di riposo la portata volumica QV dell’aorta è tipicamente di 3,5 l/minuto e la frequenza cardiaca è di 70 pulsazioni/minuto. Calcolare in tali condizioni la massa MS di sangue (rS = 1.05 103 kg/m3) che viene immessa nell’aorta ad ogni pulsazione:

    A – 52 g

    C – 5,2 kg

    B – 5,2 g

    D – 0,052 g

    Esercizio 1

    Un’arteria di raggio r = 2,5 mm è parzialmente bloccata da una placca. Nella regione ostruita il raggio effettivo è reff = 1,8 mm e la velocità media del sangue è v = 50 cm/s. Calcolare:

    1. La velocità media u del sangue nella regione non ostruita
    2. La pressione equivalente Peq dovuta all’energia cinetica del sangue nella regione ostruita

    Esercizio 2

    Ad un paziente viene somministrato un radiofarmaco contenente Iodio 131 (tempo di dimezzamento pari a 8.02 giorni).

    a. Quale è la vita media del radioisotopo?

    b. Il paziente deve rimanere nei locali della medicina nucleare per almeno 48 ore. Di quanto si sarà ridotta in percentuale l’attività iniziale?

    Quesito - Descrivere brevemente UNO dei seguenti argomenti:

    1. Le leve del corpo umano
    2. La misura indiretta della pressione arteriosa con lo sfigmomanometro
    3. Le onde meccaniche e le onde elettromagnetiche percepibili dall’uomo
  • STATISTICA MEDICA

    Il conteggio del numero di ripetizioni di una modalità o valore si chiama?

    Risp: frequenza assoluta; Commento: è un numero intero

    In una raccolta di dati, la temperatura è una variabile di che tipo?

    Risp: di tipo quantitativo; Commento: si ricava con una misura fisica quantitativa.