Scuola di Medicina e Chirurgia

Obiettivi del Corso e Risultati di apprendimento attesi

I vari argomenti trattati durante il corso verranno correlati ad esempi e applicazioni riscontrabili in ambito biologico (sistemi biologici), medico (fisiologia) e biotecnologico (strumentazione). Tutto ciò allo scopo di fornire agli studenti le capacità di applicare le conoscenze acquisite a sistemi semplici di loro pertinenza.

Inoltre allo studente verranno insegnati i concetti tecnologici e metodologici per utilizzare in modo congruo le tecnologie della comunicazione e dell'informazione e favorire le scelte e l'utilizzo di sistemi e soluzioni capaci di supportare la propria attività professionale in ambito sanitario.

Infine allo studente verrà richiesto di conoscere le modalità di descrizione dei dati tramite misure di posizione, di dispersione e di forma. Lo studente dovrà inoltre saper interpretare distribuzioni di frequenze e le misure ad esse associate (percentili, intervalli di riferimento). Lo studente dovrà essere in grado di comprendere le basi della statistica inferenziale (intervallo di confidenza, test di ipotesi) e le tecniche ad esse applicate (confronto tra medie e proporzioni; analisi di regressione). Lo studente dovrà inoltre conoscere l’uso della statistica applicata ai test di screening (sensibilità, specificità, Curve ROC) e nel contesto degli studi epidemiologici.

Programma

Modulo di Fisica

ELEMENTI INTRODUTTIVI   -    GRANDEZZE FISICHE E LE LORO MISURE: Concetto di equazione e di funzione e sua rappresentazione grafica; funzione lineare, parabolica, esponenziale, logaritmica , funzioni trigonometriche, funzioni periodiche; definizione di ampiezza, periodo, pulsazione, frequenza e fase. Uso delle potenze positive e negative di 10; Concetto operativo di grandezza fisica. Sistemi di riferimento; Grandezze fondamentali e derivate; Sistemi di unità di misura. Multipli e sottomultipli di unità di misura. Grandezze dimensionali; Misurazione degli angoli. Il radiante; Cause d'errore. Errori sistematici ed errori accidentali. Errore quadratico medio e deviazione standard; Sensibilità, precisione, prontezza e portata di uno strumento di misurazione Grandezze scalari e vettoriali; Operazioni con i vettori; Somma di due o più vettori; Decomposizione di un vettore; Prodotto di uno scalare per un vettore; Prodotto scalare di due vettori; Prodotto vettoriale di due vettori    

CINEMATICA: Traiettoria e legge oraria; Velocità e accelerazione; Analisi del moto (moto rettilineo uniforme, moto uniformemente vario, moto di un proiettile moto circolare uniforme, moto curvilineo, moti periodici); Relazione tra cinematica lineare ed angolare.

DINAMICA: II concetto di forza; Il principio d'inerzia; Sistemi di riferimento inerziali e relatività Galileiana; II concetto di massa e il secondo principio della dinamica; II terzo principio della dinamica e reazioni vincolari. La quantità di moto e il teorema di conservazione della quantità di moto. Teorema dell’impulso; I campi di Forza (Forza gravitazionale, Forza peso e accelerazione di gravità; Forze elastiche e moto armonico; Equilibrio statico di un punto materiale o di un oggetto assimilabile a un punto. Equilibrante di un sistema di forze; Corpi rigidi e loro proprietà. Equilibrio di un corpo rigido; I vincoli e le leve; Bilancia, Carrucola e puleggia; Centro di massa e baricentro; Cenni di Dinamica del corpo rigido (traslatoria e rotatoria); Momento angolare; Momento di inerzia; Energia cinetica di rotazione; Analogia tra il moto di traslazione e il moto di rotazione; Elasticità e deformazione (Flessione, Torsione e fratture ossee); Le forze di attrito; Le leve nel corpo umano;

LAVORO, ENERGIA E POTENZA: Lavoro di una forza; Energia e principio di conservazione dell’energia, Energia Cinetica e teorema dell’energia cinetica, campi conservativi, energia potenziale e conservazione dell’energia meccanica; Forze conservative e dissipative; Potenza e rendimento; Meccanica di sistemi fisici (piano inclinato, pendolo. Collisione di corpi; Considerazioni conclusive sull'energia e sul lavoro; Lavoro fisiologico e lavoro in senso fisico;

MECCANICA DEI FLUIDI: Definizione di densità e pressione; Equilibrio nei fluidi; Pressione idrostatica e legge di Stevino; Principio di Pascal e Spinta di Archimede; Il moto dei fluidi: portata ed equazione di continuità; Fluidi non viscosi: il teorema di Bernoulli; Teorema di Torricelli; Viscosità; Fluidi Viscosi: Moto laminare e moto turbolento; Formula di Poiseuille; Numero di Reynolds; Forze di coesione e tensione superficiale; Capillarità; Tensione elastica di una membrana e formula di Laplace; Applicazione della meccanica dei fluidi alla circolazione sanguigna (portata dei vasi e velocità sanguigna, applicazioni del teorema di Bernoulli, resistenza dei vasi e regimi di moto, effetto della pressione idrostatica, lavoro e potenza cardiaca, misura della pressione del sangue); Meccanica della respirazione e flusso di aria nelle vie respiratorie; Formula di Laplace ed equilibrio alveolare; Coefficiente di attrito viscoso; velocità di trascinamento; coefficiente di mobilità; sedimentazione; elettroforesi; centrifugazione;

TERMODINAMICA: Sistema termodinamico; Temperatura e scale termometriche; Energia Interna; Calore,  Calore specifico e Capacità termica; Calore molare; Il lavoro in termodinamica; Trasformazioni termodinamiche (reversibili ed irreversibili), Trasformazioni di stato; Calore latente; Primo principio della termodinamica; I gas perfetti; Equazione di stato dei gas perfetti; Miscele gassose e pressioni parziali dei gas; Trasformazioni dei gas perfetti (isoterme, isobare e isocore, adiabatiche); Cenni sulla teoria cinetica dei gas ideali; I gas reali, diagrammi di fase e temperatura critica; l’equazione di Van der Waals; Il secondo principio della termodinamica; Macchine termiche; Meccanismi di trasmissione del calore (conduzione, convezione, irraggiamento, Termoregolazione degli animali a sangue caldo; I principi della termodinamica e la fisiologia; Rendimento; Metabolismo del corpo umano.

 

FENOMENI ONDULATORI: Le onde; moto armonico, equazioni di propagazione di un’onda, oscillazioni smorzate e forzate; Effetto doppler; Ottica geometrica (Diffrazione e Dispersione della luce, Riflessione, rifrazione e riflessione totale, Il prisma, Le Lenti, le fibre ottiche) Onde elastiche (il suono Livelli di sensazione sonora, Propagazione delle onde sonore, velocità di propagazione delle onde sonore, Intensità sonora e direzionalità del suono, Spettro delle frequenze delle onde meccaniche, Ultrasuoni). Fenomeno della fluorescenza e sue applicazioni mediche.

FENOMENI ELETTRICI: Carica elettrica e Forza di Coulomb; Costante dielettrica; Il campo elettrico e il Potenziale elettrostatico; Dipolo elettrico; La capacità elettrica; Il condensatore; Condensatori in serie ed in parallelo; La corrente elettrica e le leggi di Ohm; Forza elettromotrice e circuiti in corrente continua; Potenza elettrica; Effetto termico della corrente elettrica (effetto Joule); Carica e scarica di un condensatore; Circuiti RC; Differenza tra corrente continua ed alternata ed effetti sul corpo umano.

ELETTROMAGNETISMO: Il campo magnetico; Legge di Laplace; Legge di Biot e Savart; Permeabilità magnetica; La forza di Lorentz e il moto di una particella carica in un campo magnetico uniforme; Momenti magnetici e proprietà magnetiche della materia; Solenoide; Momenti magnetici atomici; Diamagnetismo, Paramagnetismo e Ferromagnetismo; Flusso di campo magnetico e Induzione elettromagnetica; Legge di Faraday- Newmann; Legge di Lenz; Applicazioni della legge di Faraday.

RADIAZIONI IONIZZANTI: Il fenomeno di ionizzazione. Classificazione delle radiazioni ionizzanti; La ionizzazione prodotta dai vari tipi di radiazione; L’azione delle radiazioni sui tessuti animali; I danni biologici delle radiazioni ionizzanti; Grandezze e unità dosimetriche;

PROPRIETA’ MECCANICHE DEI SOLIDI: Generalità delle proprietà dei solidi; Tipi di sollecitazione meccanica; Comportamento alla sollecitazione statica; Comportamento alla sollecitazione dinamica; Viscosità; Viscoelasticità; Durezza; Prove di durezza; Resilienza; Attrito e usura.

 

Modulo di Statistica

INTRODIZIONE 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.

STATISTICA E PREVENZIONE: caratteristiche di un test di screening: sensibilità, specificità, valori predittivi positivo e negativo. Curve ROC. Teorema di Bayes. Distribuzione normale, distribuzione binomiale, distribuzione di Poisson.

STATISTICA INFERENZIALE: Intervallo di confidenza. Test di ipotesi. Errore Tipo I e II; potenza di un test. Stima della numerosità campionaria. Confronto tra medie: t-test e t-test per dati appaiati. Confronto tra proporzioni: test del chi-quadrato. Analisi della varianza ed F-test. Significatività statistica e significatività clinica. Regressione lineare. Stima tramite minimi quadrati. Normalità dei residui. Eteroschedasticità. Interpretazione pratica di intercetta e coefficiente di regressione lineare. Regressione logistica e Odds Ratio.

STATISTICA ED EPIDEMIOLOGIA: Tassi, rapporti e proporzioni. Esempi pratici di calcolo ed interpretazione di stime di associazione (rischio relativo, differenza di rischio, rischio attribuibile).

Tipologie di bias presenti nella letteratura scientifica. Stesura dei contenuti statistici di un protocollo di ricerca.

 

Modulo di Informatica

TRATTAMENTO DELL’INFORMAZIONE: Trattamento dell’informazione e strumenti per il trattamento dell’informazione; Il concetto di Informazione. La codifica dell’informazione: sistemi di numerazione binaria; L’elaborazione dell’informazione: definizione di problema ed algoritmo, rappresentazione degli algoritmi, definizione di programma.

ARCHITETTURA DEI CALCOLATORI: Infrastrutture hardware per il trattamento dell'informazione: architettura del calcolatore. Breve storia dei calcolatori. Modello di Von Neumann. Struttura del Processore; Unità Centrale di Elaborazione. Ciclo di esecuzione delle istruzioni nel Modello di Von Neumann; Gerarchia di memorie in un calcolatore. Memoria Cache, Memorie di Massa, Memoria Principale; Sistema di comunicazione in un calcolatore: Bus di sistema; Interfacce e Dispositivi di Ingresso/Uscita.

SISTEMA OPERATIVO: Infrastrutture software per il trattamento dell’informazione: il sistema operativo e il software applicativo; Architettura e funzioni del sistema operativo. Il sistema di gestione dei processi. Il sistema di gestione della memoria. Il filesystem; Sistema di gestione delle periferiche. Controllo degli accessi. Classificazione dei sistemi operativi.

RETI DI CALCOLATORI: Introduzione alle reti di calcolatori. Tipologie di reti di calcolatori LAN, MAN, WAN. Reti a commutazione di circuito e reti a commutazione di pacchetto. Reti punto a punto e reti broadcast. Mezzi trasmissivi. Reti LAN, Topologie di connessione, Reti client-server, Reti peer to peer; Protocollo di rete. Modello ISO/OSI. Protocollo TCP/IP. Indirizzo IP; Principali servizi di rete: DNS, Posta elettronica, World Wide Web; Cloud computing: definizione, livelli di servizi e modelli di distribuzione.

Stima dell’impegno orario richiesto per lo studio individuale del programma

 Il corso è composto da 8 CFU di lezioni frontali che corrispondono a 91 ore di lezioni frontali. Lo studente dovrà quindi dedicare allo studio individuale approssimativamente 210 ore.

Risorse per l'apprendimento

Modulo di Fisica

            Libro di Testo:

1. Scannicchio “Fisica Biomedica”, Casa editrice EdiSES

Ulteriori letture consigliate per approfondimento:

1. RAGOZZINO “Elementi di Fisica – Per studenti di scienze biomediche” csa editrice EdiSES;

- F. BERSANI, S. BETTATI, P.F. BIAGI, V. CAPOZZI, L. FEROCI, M. LEPORE, D.G. MITA, I. ORTALLI, G. ROBERTI, P. VIGLINO, A. VITTURI; Fisica biomedica; Casa Editrice Piccin;

R.D. KNIGHT, B. JONES, S. FIELD “Fondamenti di Fisica” Casa Editrice Piccin.

1. WALKER “Halladay – Resnick Fondamenti di Fisica” Casa Editrice Ambrosiana

Altro materiale didattico

Diapositive del corso

Modulo di 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

Slide del corso

Modulo di Informatica

Alberto Rosotti. Informatica medica. Sistemi informativi sanitari e reti di telemedicina. McGraw Hill

Dispense della docente su piattaforma elearning.

Attività di supporto

Incontri con tutor, su richiesta degli studenti, a supporto dell’attività didattica. Video di “Domande & Risposte” fornite periodicamente nella piattaforma di e-learning.

Modalità di frequenza

Le modalità sono indicate dal Regolamento didattico d’Ateneo.

Modalità di accertamento

Le modalità generali sono indicate nel regolamento didattico di Ateneo all’art.22 consultabile al link http://www.unicz.it/pdf/regolamento_didattico_ateneo_dr681.pdf

L’esame prevederà un compito scritto composto da 30 domande a risposta multipla, 10 per ogni modulo. Ogni domanda risposta correttamente varrà 3 punti. Il punteggio totale verrà calcolato sul singolo modulo e sulla media dei punteggi dei tre moduli. In generale verrà considerato idoneo, lo studente che avrà totalizzato un punteggio di almeno 15 per ogni singolo modulo ed un punteggio medio dei tre moduli pari ad almeno 18.

Per chi risulterà idoneo alla prova scritta e vorrà migliorare il voto, sarà prevista una prova orale.  I criteri sulla base dei quali sarà giudicato lo studente per la prova orale sono riportati nella seguente tabella:

 

	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	E’ 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	Utilizza le referenze standard
27-29	Conoscenza più che buona	Ha notevoli capacità di a. e s.	Ha approfondito gli argomenti
30-30L	Conoscenza ottima	Ha notevoli capacità di a. e s.	Importanti approfondimenti

 

Il voto finale, dopo la prova orale, sarà dato dalla media del voto della prova scritta e di quella orale.