Obiettivi Formativi

Conoscenza teorica e assimilazione del programma spiegato attraverso le attività didattiche al fine della comprensione dei fenomeni e delle leggi fisiche alla base sia dei processi fisiologici dell’organismo umano sia del funzionamento delle strumentazioni sanitarie. Questo corso è inoltre progettato per familiarizzare gli studenti con i concetti di base e i principi della statistica medica, inclusa la definizione di variabile e dataset, i principali metodi descrittivi numerici e grafici, formulazione di un quesito e la verifica di un’ipotesi statistica. L'obiettivo finale è di preparare lo studente ad applicare e interpretare in modo appropriato i metodi statistici in campo medico, scrivere report, ed in ultimo per la ricerca scientifica di base e clinica.

Learning Goals

Understanding of the phenomenology and physical laws underlying human physio-pathological processes and the functioning of medical instruments. Moreover, this course is designed to familiarize students with basic concepts and principles of biostatistics, including definitions of variables and dataset, as well as the fundamentals of descriptive statistics, hypothesis testing and methods for analyzing data. The ultimate goal is to prepare student to apply and appropriately interpret statistical applications in the medical and health related fields, to write data analysis reports, and to formulate clinical and basic science research questions.

Metodi didattici

Metodi didattici L’attività didattica, svolta in aula o per via telematica, verte su lezioni frontali con dibattito con gli studenti sulle tematiche trattate e con l’ausilio di diapositive e filmati esplicativi.

Teaching Methods

The teaching activity is carried out in the classroom or electronically, focuses on frontal lessons with debate with students on the topics covered and with the help of slides and explanatory videos.

Prerequisiti

Conoscenze di Fisica generale acquisite nella Scuola Secondaria

Prerequisites

Fundamentals of General Physics from high schools.

Verifiche dell'apprendimento

La valutazione della preparazione finale terrà conto dell’impegno dimostrato durante il corso delle lezioni, del grado di preparazione raggiunto, della proprietà di linguaggio in relazione agli argomenti trattati e delle capacità espositive. Verrà valutata insufficiente una preparazione con lacune grossolane in uno o più argomenti trattati; la sufficienza prevede la conoscenza non frammentaria degli argomenti.

Assessment

The evaluation of the final preparation will take into account the commitment shown during the course of the lessons, the degree of preparation achieved, the ownership of language in relation to the topics covered and the exhibition skills. A preparation with coarse gaps in one or more of the topics will be considered insufficient; sufficiency requires

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: 3967/1 - FISICA MEDICA ------------------------------------------------------------ I fondamenti e le finalità della Fisica Applicata alla Medicina. I fenomeni fisici. Le grandezze fisiche fondamentali e derivate e il concetto di misura. Grandezze scalari e vettoriali e operazioni con i vettori. Sistemi di unità di misura e il Sistema Internazionale. L'Analisi dimensionale. Cinematica: I concetti fondamentali. Sistemi di riferimento. Moto di un corpo nell'approssimazione del punto materiale e concetto di traiettoria. Relazioni e diagrammi spazio-tempo, curva oraria. Concetti di: velocità e accelerazione media e istantanea. Alcuni tipi di moto rispetto alla traiettoria e alla velocità. Moto armonico. Composizione di moti in due dimensioni. Dinamica: Concetti generali. Dinamica del punto materiale. Concetti di: massa, forza e accelerazione. I tre principi della dinamica e la legge di gravitazione universale. Il teorema dell'impulso e della quantità di moto. Le forze fondamentali. Forze reali e fittizie. Forze di attrito, forze centrifughe e centripete. Considerazioni sugli effetti della gravità sull’organismo umano. Concetti di lavoro, energia e potenza. L'energia meccanica. Principi di conservazione: conservazione della quantità di moto, conservazione dell’energia. Statica: Momento di una forza. Vincoli. Equilibrio di un corpo rigido. Le equazioni fondamentali della statica. Leve e articolazioni scheletriche. Meccanica dei Fluidi Concetti generali. Stati di aggregazione della materia. Grandezze caratteristiche: densità, peso specifico, pressione. Viscosità e forze di attrito. Fluidi ideali e reali. Principi e leggi dell’idrostatica. Forze di coesione e adesione: capillarità. Tensione superficiale e fenomeni biologici; legge di Laplace; ruolo nel funzionamento degli alveoli polmonari e nell'embolia gassosa; diffusione dei gas nei liquidi e legge di Henry. Capillarità e legge di Jurin. Leggi dell’idrodinamica dei fluidi ideali e reali, moto laminare e moto vorticoso. Applicazioni delle leggi dell'idrostatica e dell'idrodinamica alla circolazione del sangue. Sedimentazione e Velocità di eritrosedimentazione. Centrifugazione. ​​​​​​​Termologia Concetti di calore e temperatura. Il calore specifico e la capacità termica. Scale termometriche e termometri. La propagazione del calore e i meccanismi connessi. Il corpo umano e il suo equilibrio termico. Elettromagnetismo Definizioni generali. Corpi isolanti e conduttori. Il campo elettrico ed il potenziale elettrico. Il dipolo elettrico e il doppio strato. Cenni sul potenziale di membrana e di azione. Rilevazione dei biopotenziali. Concetti di: tensione, corrente, resistenza elettrica. Leggi di Ohm. Leggi di Kirchhoff. Effetti fisici della corrente elettrica. Le correnti alternate; il concetto di reattanza; alcuni tipi di circuiti. Il campo magnetico. Esempi ed applicazioni (EEG, EMG). Concetti generali sui fenomeni ondosi elettromagnetici e meccanici con esempi di applicazioni in diagnostica sanitaria. Fenomeni periodici ondosi e grandezze collegate. Onde elettromagnetiche, energia e loro spettro; radiazioni ionizzanti e non ionizzanti. Onde meccaniche: suoni e ultrasuoni. Utilizzi e applicazioni in ambito sanitario (Neurosonologia, LASER). ------------------------------------------------------------ Modulo: 3967/2 - STATISTICA MEDICA ------------------------------------------------------------ - Il ruolo della Statistica in Medicina. Il procedimento statistico. Statistica Descrittiva ed inferenziale. Campione e popolazione statistica. Definizione di database. - Unita statistiche. La definizione di variabile. Il ruolo delle variabili. I tipi di variabile. Variabili quantitative, discrete e continue. Variabili qualitative, nominali e ordinali. - Metodi Esplorativi e Descrittivi Numerici. Presentazione dei dati. Frequenza assoluta, relativa, cumulativa. Distribuzioni di frequenza. Tabelle di contingenza. Misure di tendenza centrale (media, mediana, moda, quantili). Misure di variabilità (range, varianza, deviazione standard e coefficiente di variazione). Studio della forma di una distribuzione (asimmetria). - Metodi Esplorativi e Descrittivi Grafici. Rappresentazioni grafiche. Istogramma, diagramma a scatola (box plot), grafico a Barre, grafico a torta. - Verifica delle ipotesi. Test parametrici e non parametrici. Test t di Student per campioni indipendenti and appaiati.

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: 3967/1 - FISICA MEDICA ------------------------------------------------------------ Introductory elements The foundations and aims of Physics Applied to Medicine. Physical phenomena. The fundamental and derived physical quantities and the concept of measurement. Scalar and vector quantities and vector operations. Systems of units and the International System. Dimensional analysis. Mechanics of rigid systems Kinematics: The fundamental concepts. Reference systems. Motion of a body in the approximation of the material point and concept of trajectory. Space-time relationships and diagrams, hourly curve. Concepts of: average and instantaneous velocity and acceleration. Some types of motion with respect to trajectory and speed. Harmonic motion. Composition of motions in two dimensions. Dynamics: General concepts. Dynamics of the material point. Concepts of: mass, force and acceleration. The three principles of dynamics and the law of universal gravitation. The momentum and momentum theorem. The fundamental forces. Real and fictitious forces. Forces of friction, centrifugal and centripetal forces. Considerations on the effects of gravity on the human body. Concepts of work, energy and power. Mechanical energy. Conservation principles: conservation of momentum, energy conservation. Static: Moment of a force. Constraints. Equilibrium of a rigid body. The fundamental equations of statics. Levers and skeletal joints. Fluid Mechanics General concepts. States of aggregation of matter. Characteristic quantities: density, specific weight, pressure. Viscosity and frictional forces. Ideal and real fluids. Principles and laws of hydrostatics. Forces of cohesion and adhesion: capillarity. Surface tension and biological phenomena; Laplace's law; role in the functioning of the pulmonary alveoli and in gas embolism; diffusion of gases in liquids and Henry's law. Capillarity and Jurin's law. Laws of the hydrodynamics of ideal and real fluids, laminar motion and vortex motion. Applications of the laws of hydrostatics and hydrodynamics to blood circulation. Sedimentation and Erythrocyte sedimentation rate. Centrifugation Thermology Concepts of heat and temperature. Specific heat and thermal capacity. Thermometric scales and thermometers. The propagation of heat and related mechanisms. The human body and its thermal balance. Electromagnetism General definitions. Insulating bodies and conductors. The electric field and the electric potential. The electric dipole and the double layer. Notes on membrane and action potential. Detection of biopotentials. Concepts of: voltage, current, electrical resistance. Ohm's Laws. Kirchhoff's laws. Physical effects of electric current. Alternating currents; the concept of reactance; some types of circuits. The magnetic field. Examples and applications (EEG, EMG). General concepts on electromagnetic and mechanical wave phenomena with examples of applications in health diagnostics. Wave periodic phenomena and related quantities. Electromagnetic waves, energy and their spectrum; ionizing and non-ionizing radiation. Mechanical waves: sounds and ultrasounds. Uses and applications in healthcare (Neurosonology, LASER). ------------------------------------------------------------ Modulo: 3967/2 - STATISTICA MEDICA ------------------------------------------------------------ -The role of statistics in medicine. Descriptive and inferential statistics. Sample and population. Database definition. - Variables. Definition of variable. Variable types. Quantitative variables, discrete and continuous. Qualitative variables, nominal and ordinal. -Exploratory and descriptive Numerical Methods. Presentation of data. Absolute, relative, cumulative frequency. Frequency distributions. Contingency tables. Measures of central tendency (mean, median, mode, quantiles). Measures of variability (range, variance, standard deviation and coefficient of variation). Study of the shape of a distribution (asymmetry). - Graphical Methods. Graphics: Histogram, box plots, bar graph, pie chart. -Hypothesis testing. Parametric and nonparametric test. Student's t test for independent and paired samples.