Obiettivi Formativi

Al termine del corso, lo studente dovrà essere capace di • descrivere e discutere 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 • applicare e interpretare in modo appropriato i metodi statistici in campo medico, • formulare ipotesi per la ricerca scientifica di base e clinica • riassumere analisi dei dati e risultati in report scritti • spiegare gli strumenti computazionali per la soluzione di problemi derivanti dall’analisi di sequenze biologiche (DNA, RNA). • analizzare and affrontare problemi di base di biologia molecolare • descrivere e discutere i concetti di base della meccanica del punto materiale e dei corpi rigidi, della biomeccanica, della meccanica dei fluidi nei sistemi biologici, nonché conoscenze di termologia e termodinamica nei sistemi biologici, del moto ondulatorio, dei fenomeni elettrici, dell'ottica, delle onde elettromagnetiche e delle loro applicazioni alle scienze biomediche

Learning Goals

After completion of the course, the student should be able to: - describe and discuss 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 - apply and appropriately interpret statistical methods in the medical and health related fields, - formulate clinical and basic science research questions - summarize data analysis and findings in a written report - account for computational tools aimed at solving problems deriving from the analysis of biological sequences (DNA, RNA). - analyze and solve basic problems of molecular biology - describe and discuss mechanics of the material point and rigid body, biomechanics, fluid mechanics in biological systems, as well as knowledge of thermodynamics in biological systems, waves, electrical phenomena, optics, electromagnetic waves and their applications to biomedical sciences

Metodi didattici

Presentazioni con slides ed esercitazioni pratiche in aula

Teaching Methods

Lectures and classroom activities

Prerequisiti

Conoscenze di base di matematica

Prerequisites

Basic knowledge of mathematics

Verifiche dell'apprendimento

Esame orale

Assessment

Oral test

Programma del Corso

Statistica medica: - Statistica Descrittiva ed inferenziale. - Campione e popolazione statistica. Database. - Variabili: 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. - Introduzione al calcolo delle probabilità Legge della Somma, Legge del Prodotto e principio delle probabilità composte. Test diagnostici : Sensibilita’ e Specificita’ - Elementi di statistica inferenziale Verifica delle ipotesi. Test Parametrici e non parametrici. Test t di Student per campioni indipendenti ed appaiati. L'analisi della varianza (ANOVA). Tabelle di contingenza: Test Chi-quadro. Correlazione e regressione lineare semplice. Introduzione alla regressione logistica. - Studi epidemiologici e bias. - Lettura critica di una pubblicazione scientifica. Bioinformatica: - Introduzione: elementi di biologia molecolare, banche dati biologiche - Introduzione alla programmazione in bioinformatica (Python): struttura del linguaggio Python, interprete Python, tipi e contenitori di tipi, costrutti per il controllo del flusso del programma, funzioni, moduli, espressioni regolari, biopython - Analisi di sequenze: formati di sequenze, confronti, pattern matching, algoritmo BLAST, allineamento multiplo. Fisica medica: - Grandezze fisiche, equazioni dimensionali, unità, campi di forza, lavoro, energia cinetica e potenziale; stati di aggregazione e i loro cambiamenti. -Statica e dinamica del corpo umano, tipi di equilibrio, leve, modello fisico del sistema muscolare, il corpo umano come una macchina, elasticità, elastomeri e isteresi, fisica delle alterazioni motorie. -Modelli fisici del sistema circolatorio e della circolazione del sangue, VES, pressione, flusso e resistenza vascolare, soluzioni elettrolitiche e colloidali, diffusione e permeabilità, pressione osmotica, tonicità e osmolarità, scambi di capillare, lavoro osmotico, emolisi, congelamento cellulare, capillarità, fisica delle alterazioni circolatorie. -Modello fisico del sistema respiratorio, diffusione dei gas, soluzioni di gas in liquidi, tensione superficiale e respirazione, isteresi respiratoria, scambi gassosi alveolari e respirazione, fisica delle alterazioni respiratorie. -Meccanismi di propagazione del calore, fisica del sistema di produzione e distribuzione di calore nel corpo e termoregolazione, il corpo come un sistema termodinamico. -Modelli elettrici della cella e dei tessuti; potenziale elettrico di un punto di carica, dipolo elettrico, distribuzione di cariche elettriche, i potenziali biologici, propagazione della corrente elettrica nei tessuti biologici e gli effetti correlati, impedenza bioelettrica, misura delle grandezze elettriche di interesse biomedico. -Aspetti fisici del sistema visivo e dell'occhio, lenti, loro aberrazioni e meccanismi visivi. -Modelli fisici del sistema uditivo e dell'orecchio, emissione, propagazione, ricezione dei suoni e meccanismi uditivi, ultrasuoni. -Le onde elettromagnetiche; lo spettro elettromagnetico, radiazioni non ionizzanti e ionizzanti, raggi x: produzione e caratteristiche, implicazioni biomediche e radioprotezione. Il decadimento radioattivo naturale e artificiale e le sue implicazioni biomediche.

Course Syllabus

Biostatistics: - 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. - Probability Operation on events and probability Diagnostic tests : Sensitivity and Specificity - Elements of Statistical Inference Hypothesis testing. Parametric and nonparametric tests. Student's t test for independent and dependent samples. Analysis of variance (ANOVA). Contingency Tables : The Chi-Square Test. Correlation and Simple linear regression. Introduction into logistic regression. - Types of epidemiological studies. Bias in Epidemiological Studies. - Critical appraisal of scientific articles. Bioinformatics: - Introduction: basics of molecular biology, biological data banks - Introduction to programming in bioinformatics (Python): structure of Python programming language, Python interpreter, types and type containers, constructs for program flow control, functions, modules, regular expressions, biopython - Sequence analysis: sequence formats, sequence comparisons, pattern matching, BLAST algorithm, multiple sequence alignment. Medical Physics: - Physical quantities, dimensional equations, units, force fields, work, kinetic and potential energy; aggregation states and their changes. - Statics and dynamics of the human body, types of equilibrium, levers, physical model of the muscular system, the human body as a machine, elasticity, elastomers and hysteresis, physics of motor alterations. - Physical model of the circulatory system and blood circulation, VES, pressure, flow and vascular resistance, electrolyte solutions and colloids, diffusion and permeability, osmotic pressure, tonicity and osmolarity, capillary water exchanges, osmotic work, hemolysis, cell freezing, capillarity, physics of circulatory alterations. - Physical model of the respiratory system, diffusion of gases, solution of gases in liquids, surface tension and breathing, respiratory hysteresis, alveolar gas exchanges and breathing, physics of respiratory alterations. - Heat propagation mechanisms, physics of the system of production and distribution of heat in the body and thermoregulation, the body as a thermodynamic system. - Electric model of a cell and a tissue; electric potential of a point charge, electric dipole, distribution of electric charges, biological potentials, propagation of electric current in biological tissues and related effects, bioelectrical impedance, measurement of electric quantities of biomedical interest. - Physical aspects of the visual system and the eye, lenses, their aberrations and visual mechanisms. - Physical model of the auditory system and the ear, emission, propagation, reception of sounds and auditory mechanisms, ultrasounds. - The electromagnetic waves; e.m. spectrum, non-ionizing radiation and ionizing X-rays: their production and characteristics, biomedical implications and radiation protection. The natural and artificial radioactive decay and its biomedical implications.