Scuola di Medicina e Chirurgia

Obiettivi formativi

Il corso mira a fornire conoscenze di base sulla Fisica applicata alle scienze mediche, sui principali aspetti informatici di rilevanza sanitaria e sui concetti statistici fondamentali utilizzati nelle comunicazioni scientifiche.

Saranno trattati i concetti fondamentali dell'informatica, dalla rappresentazione dell'informazione e l'architettura dei calcolatori, fino ai sistemi operativi, alle reti e alla sicurezza digitale. Il modulo di fisica coprirà argomenti fondamentali come meccanica, meccanica dei fluidi, fenomeni elettrici e magnetici, utili alla comprensione dei sistemi biologici. Nel modulo di statistica verranno trattate le misure descrittive, le basi della statistica inferenziale e gli aspetti legati alle performance dei test di screening, fornendo  strumenti pratici e teorici per interpretare dati relativi alle attività professionali in ambito sanitario e alle comunicazioni scientifiche.

Contenuti di insegnamento (Programma)

INFORMATICA (3 CFU)

Concetto di informazione e sua rappresentazione.

Trattamento dell’informazione e strumenti per il trattamento dell’informazione.

La codifica dell’informazione: Codifica dei Dati, Sistemi di Numerazione Binaria, decimale. Codifica binaria e conversione tra le rappresentazioni. Codifica binaria dei caratteri. Codifica binaria delle immagini. Codifica binaria dei video. Cenni alle differenze tra le codifiche analogica e digitale.

Analogico vs digitale. Campionamento e quantizzazione. Tecniche per comprimere i dati.

Elaborazione e strutturazione dell'informazione.

Algoritmi e programmi.  Esecutori e linguaggi. Rappresentazione degli algoritmi. Variabili, sequenze, selezioni e cicli.

L’esecutore. Cenni sulla computabilità.

 Tesi di Church-Turing. La Macchina di Turing. La Macchina di Turing universale. Modello di Von Neumann.

Hardware e software.

Il processore. CPU – Central Processing Unit. Le parti di una CPU. Tre tipologie di istruzioni. Architettura di una CPU. Cenni sul parallelismo. Incrementare le prestazioni del processore: pipelining, superpipelining, superscalarità, hyperthreading. Architetture multicore. Legge di Moore. Le periferiche di I/O. Tre modalità di I/O: controllo da programma, interruzione (interrupt), DMA (Direct Memory Access).

FISICA (2 CFU)

Grandezze Fisiche E Le Loro Misure:

Concetto operativo di grandezza fisica - Grandezze fondamentali e derivate - Sistemi di unità di misura. Multipli e sottomultipli di unità di misura.

Uso delle potenze positive e negative di 10; Uso dei prefissi per la definizione di multipli e sottomultipli delle unità di misura in termini di potenze di 10 – equivalenze tra unità di misura

Grandezze scalari e vettoriali – operazioni tra vettori: somma e differenza con il metodo del parallelogramma e il metodo punta-coda. Il prodotto vettoriale e la regola della mano destra. Regole geometriche del triangolo rettangolo e la proiezione di un vettore su due assi cartesiani.

Errore intrinseco errore strumentale ed errore di lettura – Cenni sulla propagazione dell’errore nella somma e nella differenza – l’errore relativo e cenni sulla propagazione dell’errore nel prodotto 

Caratteristiche degli strumenti di misura: Portata, Prontezza, Sensibilità

Cinematica:

Sistema dii riferimento – traiettoria e legge oraria

Definizione del concetto di variazione – definizione di velocità media e velocità istantanea

Il moto rettilineo uniforme - equazioni del moto ed applicazioni

Il moto rettilineo uniformemente accelerato: definizione di accelerazione ed equazione del moto – equazione per la velocità in un moto uniformemente accelerato – Il moto un corpo in caduta libera da altezza nota

Cenni sul moto circolare uniforme – la velocità angolare la velocità tangenziale, l’accelerazione centripeta e relazione fra esse.

Il periodo, la frequenza e relazioni con le grandezze con velocità angolare     

Dinamica:

Definizione del Primo Principio della Dinamica

Il Secondo Principio della Dinamica – la definizione del concetto di massa inerziale – l’accelerazione di gravità e la forza peso. Il concetto di densità di massa

Cenni sulle forze di attrito statico e dinamico e sul piano inclinato

Definizione del concetto di Lavoro  di una forza e su dipendenza dall’angolo tra forza e spostamento.

La potenza – L’energia cinetica – Teorema del lavoro e dell’energia cinetica –

Cenni forze conservative - Energia potenziale e Conservazione dell’energia meccanica

Il baricentro – definizione di Momento di una forza e coppia di forze. Le leve: forza, fulcro e resistenza e definizione di leva di prima, seconda e terza specie. 

Statica dei fluidi:

Distinzione tra liquidi e gas, la densità l’incomprimibilità dei liquidi e i liquidi ideali.

La pressione e sue unità di misura - Il principio di Pascal, il torchio idraulico e sue applicazioni

La legge di Stevino – I vasi comunicanti e l’esperimento di Torricelli – Applicazioni

Cenni sulla spinta di Archimede e sulla galleggiabilità dei corpi

Dinamica dei fluidi

Definizione di fluido ideale, linee di flusso e tubo i flusso- Moto stazionario e moto laminare

La portata e l’equazione di continuità – La velocità del fluido in condotti in cui cambia la sezione ed esempi con ramificazioni. Il caso dei capillari, calcolo dell’ordine di grandezza del numero dei capillari. Enunciato del teorema di Bernoulli.

Definizione di viscosità, cenni al moto turbolento e numero di Reynolds la misura della pressione arteriosa. La legge di Pouseille e la caduta di pressione in funzione del raggio del condotto.

Cenni sul sistema circolatorio umano, applicazione del Teorema di Bernoulli al caso dell’aneurisma e della stenosi.

Termologia e termodinamica

La temperatura e la scala termometrica – La dilatazione termica nelle tre dimensioni – Il calore, il lavoro e la caloria.

Capacità termica e calore specifico – principio zero o relazione fondamentale della termologia. Temperatura di equilibrio tra due corpi messi a contatto - Cenno sui Passaggi di stato e calore latente.

I gas ideali – Legge di Boyle – I legge di Gay-Lussac – II legge di Gay-Lussac – La legge di gas perfetti

Elettrostatica

Carica elettrica, l’elettroscopio a foglie – la Forza di Coulomb; Costante dielettrica; e la legge di Coulomb nei dielettrici- Principio di sovrapposizione- Capo elettrico e dipolo elettrico –

Il potenziale elettrico – Superfici equipotenziali e capacitori. Definizione di capacità elettrica– collegamenti tra capacitori: serie e parallelo.

Elettrocinetica

Definizione di corrente elettrica – la velocità termica e velocità di deriva – Densità di corrente – La I legge di Ohm – La II legge di Ohm – resistenza e resistività –

Effetto Joule e formule inverse tra Potenza, Resistenza, Intensità di corrente e Tensione applicata. Collegamento tra resistori in serie e parallelo

Elettromagnetismo

Fenomeni magnetici, il magnetismo terrestre – l’esperimento di Oersted – Il campo magnetico – la II legge di Laplace – Il momento torcente di una spira percorsa da corrente in campo magnetico –

La legge di Biot- Savart – cenno alla I legge di Laplace e applicazione alla spira percorsa da corrente.

STATISTICA (1 CFU)

Introduzione alla statistica

Definizioni e ambiti di applicazioni della statistica in medicina. Concetto di misura: accuratezza e precisione. Variabili e Scale di Misura.

Statistica descrittiva

Misure di posizione: moda, media, mediana; media geometrica, media ponderata. Misure di dispersione: devianza, varianza, deviazione standard, coefficiente di variazione.  Distribuzioni di frequenza per variabili quantitative e qualitative. Frequenza assoluta, relativa, cumulativa. Concetto di rango e di percentile. Intervallo di riferimento. Cenni di calcolo delle probabilità e combinatorio.

Cenni di statistica inferenziale

Intervallo di confidenza. Test di ipotesi. Errore Tipo I e II. Significatività statistica e significatività clinica.

Statistica e prevenzione

Caratteristiche di un test di screening: sensibilità, specificità, valori predittivi positivo e negativo. Curve ROC. Teorema di Bayes. Distribuzione normale. Cenni di inferenza statistica.

Risultati di apprendimento previsti

Da indicare per ciascun Descrittore di Dublino (DD=

  DD1 Conoscenza e capacità di comprensione

DD2 Conoscenza e capacità di comprensione applicate

DD3-5 Competenze trasversali

Al termine del corso, lo studente sarà  in grado di utilizzare strumenti informatici per il trattamento e l'analisi dei dati, comprendere il funzionamento delle reti informatiche e garantire la sicurezza delle informazioni. Inoltre, lo studente saprà applicare le leggi fondamentali alla meccanica dei fluidi, ai fenomeni elettrici e magnetici, e alla calorimetria, con un approccio orientato alle applicazioni biomediche. Per quanto riguarda la statistica, lo studente sarà in grado di descrivere e analizzare dati clinici utilizzando misure di posizione e dispersione, interpretare distribuzioni di frequenza e applicare nozioni base di statistica inferenziale e calcolo delle probabilità. Infine, lo studente saprà valutare le caratteristiche di un test di screening, come sensibilità e specificità, e interpretare curve ROC, applicando tali conoscenze nella prevenzione e diagnosi in contesto sanitario.

Descrittore di Dublino 1: conoscenza e capacità di comprensione (che cosa lo/la studente/studentessa conosce al termine dell’insegnamento);

o    Lo studente acquisisce conoscenze di base sui concetti fondamentali dell’informatica, tra cui la rappresentazione dell’informazione, i modelli di calcolo, l’architettura dei sistemi informatici, i sistemi operativi. Comprende inoltre l'importanza della sicurezza informatica e l’utilizzo delle tecnologie digitali in ambito sanitario.

o    Comprendere i concetti fondamentali della fisica applicata alle scienze mediche, inclusa la meccanica, la fluidodinamica, i fenomeni elettrici e magnetici, e la termodinamica.

o    Apprendere le basi della statistica descrittiva e inferenziale per l’analisi e l’interpretazione di dati clinici.

Descrittore di Dublino 2: capacità di applicare conoscenza e comprensione (che cosa lo/la studente/studentessa sa fare al completamento dell’insegnamento ovvero quali sono le competenze che ha acquisito);

o    Lo studente è in grado di applicare i concetti teorici appresi all’analisi di semplici problemi informatici, alla comprensione del funzionamento dei calcolatori e , all’uso consapevole degli strumenti digitali nel contesto della sanità e dell’elaborazione di immagini biomediche.

o    Applicare le leggi della fisica per analizzare fenomeni rilevanti in ambito biomedico, come la dinamica dei fluidi corporei, la trasmissione del calore, e la conduzione elettrica nel contesto delle apparecchiature biomedicali.

o    Analizzare dati clinici utilizzando le misure di posizione e dispersione, e interpretare i risultati per applicazioni pratiche nel settore sanitario.

Descrittore di Dublino 3: Mediante le esercitazioni pratiche, associate alle conoscenze acquisite, al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di:

o    Valuta criticamente l’affidabilità, l’efficienza e la sicurezza delle soluzioni informatiche, sia in contesti generali sia specifici come quello sociosanitario.

o    Applicare le conoscenze di fisica a problemi pratici inerenti i dispositivi medici e, più in generale, agli aspetti pratici della professione.

o    Interpretare dati clinici e di screening, valutando la sensibilità e la specificità dei test diagnostici.

o    Adottare un approccio critico nell’analisi dei dati e nella valutazione delle fonti scientifiche.

- Descrittore di Dublino 4: capacità di comunicare quanto si è appreso (anche in questo caso si devono predisporre attività mirate allo sviluppo, nello/a studente/studentessa, della capacità di comunicare/trasmettere quanto appreso); gli studenti devono saper comunicare informazioni, idee, problemi e soluzioni a interlocutori specialisti e non specialisti.

  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di

o    Comunicare risultati e concetti scientifici complessi a colleghi e personale sanitario, utilizzando un linguaggio appropriato e comprensibile.

o    Presentare e discutere i risultati di analisi statistiche, problematiche fisiche ed informatiche, sia in forma scritta che orale, adattando il livello di dettaglio al pubblico di riferimento.

- Descrittore di Dublino 5: capacità di proseguire lo studio in modo autonomo nel corso della vita (occorre indicare quali siano gli strumenti forniti affinché lo studente sappia, al termine dell’insegnamento, proseguire autonomamente nello studio). Gli/Le studenti/studentesse devono aver sviluppato quelle capacità di apprendimento che sono loro necessarie per intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia.

Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di

o   Proseguire nello studio autonomo delle tecnologie informatiche e delle applicazioni della fisica e statistica in ambito medico.

o   Approfondire le proprie conoscenze consultando articoli scientifici, aggiornandosi sulle novità della propria attività professionale, e partecipando a corsi di perfezionamento o formazione continua.

Testi di riferimento

INFORMATICA

Introduzione ai sistemi informatici, D.Sciuto

Dispensa fornita dal docente.

FISICA

GM Contessa-G A Marzo - Fisica applicata alle scienze mediche -CEA Casa Editrice Ambrosiana

Qualsiasi libro di testo di Fisica universitario per Professioni Sanitarie o scolastico almeno per i Licei Scientifici

STATISTICA

Biostatistica: quello che avreste voluto sapere... Norman G, Streiner D 2015 Ambrosiana

Statistica per le scienze mediche. Un approccio non matematico, Dancey CP, Reidy J, Rowe R. 2016 Piccin, Padova

Materiale (slides Power Point) fornito dal docente

Note ai testi di riferimento

Lavori scientifici internazionali

Materiali didattici

 PowerPoint slides reperibili sul sito elearning

Valutazione

Valutazione

Modalità di verifica dell’apprendimento

L’esame sarà costituito da 42 quiz a risposta multipla (21 quiz di Informatica, 14 quiz di Fisica e 7 quiz di Statistica) concedendo 1 minuto per ogni quiz, somministrato tramite piattaforma Classroom. Gli studenti che conseguiranno l’equivalente minimo di 18/30 al quiz accederanno alla prova orale in cui saranno approfonditi i contenuti della prova scritta.

Gli esiti degli esami verranno comunicati sulla piattaforma e-learning.

Criteri di valutazione

Per ogni risultato di apprendimento atteso su indicato, descrivere cosa ci si aspetta lo/la studente/studentessa conosca o sia in grado di fare e a quale livello al fine di dimostrare che un risultato di apprendimento è stato raggiunto e a quale livello (a titolo di esempio: capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza; capacità di ragionamento critico sullo studio realizzato; qualità dell’esposizione, competenza nell’impiego del lessico specialistico, efficacia, linearità etc.).

o   Conoscenza e capacità di comprensione:

conoscenza dei concetti principali di fisica, statistica ed informatica relativi al programma del corso.

o   Conoscenza e capacità di comprensione applicate:

conoscenze relative a descrizione ed analisi dei dati, dei principi della fisica e delle problematiche informatiche.

o   Autonomia di giudizio:

valutazione dei risultati di un’indagine statistica, di un problema pratico descrivibile dalle leggi della fisica trattate durante il corso, o di un problema informatico relativo alla propria attività professionale.

o   Abilità comunicative:

capacità di esporre i risultati salienti di una indagine statistica o di un articolo scientifico, di una tecnologia o di una criticità informatica o di un principio della fisica.

o   Capacità di apprendere:

capacità di approfondire gli argomenti in maniera autonoma su riviste scientifiche o di settore

Criteri di misurazione dell'apprendimento e di attribuzione del voto finale

Il voto finale sarà calcolato mediando complessivamente il voto del quiz e quello della prova orale, supereranno l’esame.

La lode sarà attribuita agli studenti che dimostreranno elevato grado di approfondimento con autonomia di giudizio e adeguata capacità di esposizione.

Risultati

Conoscenza e comprensione argomento

Capacità di analisi e sintesi

Utilizzo di referenze

Non idoneo

Importanti carenze.

Significative inaccuratezze

Irrilevanti. Frequenti generalizzazioni. Incapacità di sintesi

Completamente inappropriato

18-20

A livello soglia.

Imperfezioni  evidenti

Capacità appena sufficienti

Appena appropriato

21-23

Conoscenza routinaria

È in grado di analisi e sintesi corrette. Argomenta in modo logico e coerente.

Utilizza le referenze standard

24-26

Conoscenza buona

Ha capacità di a. e s. buone gli argomenti sono espressi coerentemente, ha capacità minime di utilizzo delle nozioni apprese.

Utilizza le referenze standard

27-29

Conoscenza più che buona

Ha notevoli capacità di a. e s., ha capacità medie di utilizzo delle nozioni apprese.

Ha approfondito gli argomenti

30 - 30L

Conoscenza ottima

Ha notevoli capacità di a. e s., ha capacità buone/ottime di utilizzo delle nozioni apprese.

Importanti approfondimenti