Scienze fisiche, statistiche e radioprotezione

A.A. 2019/2020
9
Crediti massimi
90
Ore totali
SSD
FIS/07 MED/01 MED/36
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di:
1. Sviluppare dei modelli di fenomeni fisici mediante un primo approccio al metodo scientifico
2. Conoscere i principi fondamentali della fisica e le loro implicazioni in campo biomedico, con particolare riferimento ad alcuni argomenti di rilevanza per la propedeuticità rispetto ai corsi successivi: forze ed equilibrio, lavoro ed energia, principi di conservazione, meccanica dei fluidi, tensione superficiale, principi della termodinamica, concetti di base di elettricità e magnetismo e radiazioni.
3. Risolvere semplici problemi di fisica sugli argomenti più direttamente connessi al campo biomedico e saper dare valutazioni quantitative e stime dei fenomeni analizzati.
4. Conoscere le tecniche statistiche fondamentali per la valutazione della precisione e dell'accuratezza dei metodi di misura in uso nei laboratori biomedici.
5. Acquisire le conoscenze necessarie a informare i soggetti sottoposti a indagini di diagnostica per immagini o a radio-trattamento sui rischi connessi all'uso delle radiazioni e sulle pratiche rivolte a prevenire l'esposizione non necessaria alle radiazioni.
Risultati apprendimento attesi
Alla fine del corso lo studente dovrà essere in grado di:
1. Assegnare un'unità di misura e stimare l'ordine di grandezza di varie grandezze fisiche, di interesse biologico o di esperienza quotidiana (numero di cellule nel corpo umano, volume del sangue, volume di una stanza )
2. Osservare e misurare fenomeni fisici (un corpo che cade, un fluido che scorre, un raggio di luce che si propaga) e sviluppare dei modelli per descriverli matematicamente, mediante un primo approccio al metodo scientifico
3. Enunciare i principi fondamentali della meccanica, della fluidodinamica, della termodinamica, dell'elettromagnetismo e dell'ottica
4. Spiegare la rilevanza e le implicazioni di tali principi per vari fenomeni in campo fisiologico e biomedico
5. Descrivere i principi di funzionamento di alcuni comuni strumenti diagnostici e tecniche di laboratorio (p.es. elettroforesi, centrifugazione, citometria a flusso)
6. Risolvere semplici problemi quantitativi sui fenomeni descritti, identificando gli elementi essenziali e le possibili approssimazioni (p.es. individuare le forze agenti su un corpo e decidere se trascurare l'attrito nella descrizione del suo moto)
Il modulo di Statistica Medica si propone di far acquisire agli studenti le conoscenze statistiche necessarie per:
- valutare precisione e accuratezza di misure e metodi in uso nei laboratori biomedici
- elaborare un insieme di dati di laboratorio utilizzando le tecniche proprie della statistica descrittiva ed inferenziale
- comprendere un documento di reportistica che descriva metodi statistici e connessi risultati ottenuti su dati di laboratorio
- stendere un documento di reportistica con indicazione delle analisi svolte e dei risultati conseguiti.
Lo studente apprenderà le informazioni di base di radioprotezione per poter lavorare in un ambiente dove vi sono radiazioni ionizzanti.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Prerequisiti
Lo studente deve avere conoscenze di base di algebra e geometria del piano.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una prova scritta con problemi a risposta aperta e domande a risposta multipla riguardanti la fisica applicata, la statistica medica, la diagnostica per immagini e la radioprotezione.
Per lo svolgimento della prova è consentito l'utilizzo di una calcolatrice e delle tavole delle distribuzioni di probabilità disponibili sulla piattaforma Ariel.
I risultati della prova sono comunicati agli studenti tramite piattaforma Ariel. Per superare l'esame lo studente deve aver conseguito la sufficienza in tutte e tre le parti dell'esame. Il voto finale è la media, ponderata per i CFU e arrotondata per eccesso, dei punteggi conseguiti nelle tre parti.
E' previsto un pre-appello volontario alla fine del corso per gli studenti che abbiano frequentato con regolarità il corso.
Fisica applicata
Programma
Strumenti preliminari
∙ Grandezze fondamentali e derivate, Sistema Internazionale
∙ Multipli e sottomultipli, notazione scientifica e cifre significative
∙ Stime di ordini di grandezza
∙ Grandezze scalari e vettoriali
∙ Operazioni vettoriali
Meccanica
∙ Moto rettilineo uniforme, uniformemente accelerato
∙ Principi della dinamica
∙ Forze: gravitazionale, peso, reazione vincolare, attrito, elastica
∙ Moto su un piano inclinato e moto in due dimensioni
∙ Lavoro di una forza
∙ Teorema dell'energia cinetica
∙ Forze conservative ed energia potenziale
∙ Conservazione dell'energia meccanica
∙ Forze dissipative
∙ Tipi di deformazione
∙ Curva sforzo-deformazione e modulo di Young
∙ Stati della materia
Fluidi
∙ Pressione
∙ Legge di Stevino
∙ Forza di Archimede
∙ Portata
∙ Focusing idrodinamico (citometria a flusso)
∙ Teorema di Bernoulli
∙ Viscosità
∙ Equazione di Poiseuille
∙ Attrito viscoso e velocità limite
∙ Centrifugazione, elettroforesi
∙ Tensione superficiale
∙ Angolo di contatto
∙ Capillarità
∙ Legge di Laplace
Termodinamica
∙ Gas ideale
∙ Temperatura assoluta
∙ Equazione di stato dei gas perfetti
∙ Funzionamento e taratura di una micropipetta
∙ Pressione osmotica
∙ Gas reale
∙ Principi della termodinamica
∙ Calore latente e specifico
∙ Conduzione, convezione e irraggiamento
∙ Cenni di metabolismo umano
Elettromagnetismo e ottica
∙ Carica elettrica
∙ Forza di Coulomb e campo elettrico
∙ Potenziale elettrico
∙ Materiali conduttori e isolanti
∙ Corrente elettrica
∙ Resistenza elettrica
∙ Effetto Joule
∙ Campo magnetico
∙ Propagazione di onde elettromagnetiche
∙ Lunghezza d'onda e frequenza
∙ Assorbimento e dosaggio di DNA e proteine
∙ Fluorescenza
∙ Diffusione di luce
∙ Citometria a flusso
∙ Ottica geometrica: riflessione e rifrazione
∙ Indice di rifrazione
∙ Dispersione
∙ Biosensori ottici
∙ Lenti e formazione dell'immagine
∙ Limite di risoluzione di un sistema ottico
∙ Microscopio ottico
Metodi didattici
Lezioni frontali alla lavagna e supportate da mezzi telematici (proiezione di slide e filmati).
Sulla piattaforma Ariel sono disponibili slide delle lezioni ed esercizi.

Nel modulo di fisica applicata vengono assegnati esercizi da svolgere a casa, poi corretti in aula.
Per il modulo di statistica medica sono previste anche esercitazioni in laboratorio di informatica.
Materiale di riferimento
- Scannicchio-Giroletti "Elementi di fisica biomedica", EdiSES
- Borsa-Lascialfari "Principi di fisica", EdiSES
- Bellini-Cerbino-Manuzio-Marzari-Repetto-Zennaro "Fisica per medicina", Piccin
- Giancoli "Fisica. Principi e applicazioni", Zanichelli
- Cerbino "Problemi di fisica biomedica", EdiSES

- Giambattista "College physics" McGraw-Hill
- McKay "Physics for the Life Sciences"
(vol I: http://www-personal.umich.edu/~tamckay/IPLS_old/p135w11_lecture_notes_v…; vol II: http://www.pa.msu.edu/~osheabr/teaching/LB274_SS12_coursepack.pdf)
Statistica medica
Programma
Valutazione dell'attendibilità dei metodi di raccolta e di misura di dati di interesse biomedico
∙ Illustrare il concetto di attendibilità di una misura, campione, popolazione, stima e parametro
∙ Fornire esempi di cause di errori sistematici ed errori casuali
Variabilità
∙ Fornire esempi di variabilità dei caratteri quantitativi entro individuo e tra individui
Metodi descrittivi
∙ Interpretare le rappresentazioni grafiche di una distribuzione
∙ Illustrare i concetti di valore medio, dispersione e forma di una distribuzione
∙ Calcolare i principali indici di posizione e dispersione di una distribuzione
∙ Spiegare il significato degli indici di accuratezza e di precisione delle misure
∙ Spiegare il significato di quantile (quartili, centili) - Limiti di riferimento
∙ Correlazione e statistica Kappa
Modello Gaussiano
∙ Interpretazione di dati di popolazione mediante il modello Gaussiano
∙ Descrivere le caratteristiche del modello Gaussiano di distribuzione degli errori di misura
Stima campionaria dei parametri della popolazione a partire dai dati espressi con varie modalità
∙ Illustrare il concetto di variabilità campionaria. Distinguere i concetti di campione e popolazione
∙ Distinguere i concetti di stima campionaria di un parametro e di parametro di una popolazione
Distribuzione di campionamento
∙ Illustrare il significato di distribuzione delle stime campionarie
∙ Illustrare il significato di errore standard di una stima campionaria
Intervallo di confidenza e suo significato
∙ Illustrare il concetto di intervallo di confidenza e spiegarne il significato
Test di ipotesi
∙ Spiegare il significato di errore di I e di II tipo e di potenza di un test
∙ Spiegare il fondamento logico del calcolo della dimensione del campione
∙ Discutere la differenza tra significatività statistica e rilevanza clinica
∙ Saper costruire un test statistico relativo ad ipotesi sulla media della popolazione
Modello deterministico e modello probabilistico
∙ Distinguere tra modello deterministico e modello probabilistico
∙ Illustrare le caratteristiche del modello di regressione lineare semplice e il significato dei parametri della regressione lineare semplice
∙ Fare un test di ipotesi sui parametri del modello di regressione lineare semplice
Metodi didattici
Lezioni frontali alla lavagna e supportate da mezzi telematici (proiezione di slide e filmati).
Sulla piattaforma Ariel sono disponibili slide delle lezioni ed esercizi.

Nel modulo di fisica applicata vengono assegnati esercizi da svolgere a casa, poi corretti in aula.
Per il modulo di statistica medica sono previste anche esercitazioni in laboratorio di informatica.
Materiale di riferimento
Pagano - Gauvreau "Biostatistica", Idelson-Gnocchi
- Bland "Statistica medica" (Idee & strumenti), Apogeo 2019
- JF. Jekel, DL. Katz, JG. Elmore, DMG. Wild "Epidemiologia Biostatistica e Medicina Preventiva" (3ª edizione), Masson 2009

Suggested books are for reference only. The student should use lecture notes and can freely choose on which books to study the discussed topics.
For some topics, slides and additional materials will be provided via Ariel.
Diagnostica per immagini e radioterapia
Programma
Basi fisiche della diagnostica per immagini e radioterapia
∙ Struttura dell'atomo
∙ Classificazione dei nuclidi
∙ Definizione di radiazione
∙ La radiazione elettromagnetica
∙ Lunghezza e frequenza d'onda
∙ I fotoni
∙ Lo spettro elettromagnetico
∙ Raggi X e γ
∙ Impiego, produzione e rilevazione dello spettro elettromagnetico
∙ La radiazione corpuscolare
∙ La radiazione ionizzante
∙ I raggi X caratteristici
∙ I raggi X di Bremsstrahlung
∙ La produzione dei raggi X in diagnostica
∙ Spettro di un tubo a raggi X
∙ Raggi X: produzione in radioterapia
∙ Stabilità nucleare e radioattività
∙ Decadimento radioattivo
∙ La legge del decadimento radioattivo
∙ La vita media e il tempo di dimezzamento
∙ Attività
∙ Decadimento alfa, beta-, beta+,gamma
∙ Decadimento per cattura elettronica
∙ I vari tipi di radiazioni nell'interazione con la materia
∙ Interazione delle particelle cariche alfa e beta
∙ Collisione
∙ Frenamento
∙ Interazione delle particelle alfa
∙ Curva di Bragg
∙ Interazione delle particelle beta
∙ Interazione positroni-materia: annichilazione
∙ Interazione delle particelle beta
∙ Effetto fotoelettrico,compton,creazione di coppia
∙ Attenuazione di un fascio di radiazioni x e gamma
∙ Legge dell'attenuazione
∙ Sistema di rilevazione
∙ Dose equivalente ad un organo
∙ Dose efficace al corpo intero
∙ Radiazione non ionizzante: esempi di applicazione
∙ RMN,laser,ultrasuoni
Radioprotezione in ambiente sanitario
∙ D.lgs.187/2000
∙ Principio ALARA
∙ Principio di giustificazione
∙ Processo di ottimizzazione
∙ Livelli diagnostici di riferimento
∙ Attrezzature
∙ Criteri di accettabilità delle apparecchiature
∙ Protezione durante la gravidanza e l'allattamento
∙ Principali responsabilità esclusive dell'esercente
∙ Responsabilità del RIR
∙ Responsabilità del medico specialista
∙ Responsabilità dell'esperto in fisica medica
∙ Scopo della radioprotezione
∙ Limiti di dose per le persone del pubblico
∙ Criteri di classificazione dei lavoratori
∙ Lavoratori esposti di categoria A e B
∙ Limiti di dose per i lavoratori esposti
∙ Sorveglianza fisica e medica
∙ Classificazione delle aree
∙ Esposizione interna ed esterna
∙ Fonti di rischio in attività radiologiche
∙ I dispositivi di protezione individuale
∙ Sicurezza nell'attività radiologica
∙ Le procedure radiografiche tradizionali norme di radioprotezione
∙ Radiologia dentale norme di radioprotezione
∙ Mammografia norme di radioprotezione
∙ TAC norme di radioprotezione
∙ Radioscopia e la radiologia interventistica norme di radioprotezione
∙ Fonti di rischio in radioterapia norme di radioprotezione
∙ Fonti di rischio in brachiterapia norme di radioprotezione
∙ Fonti di rischio con sostanze radioattive non sigillate
∙ Procedure diagnostiche in vitro
∙ Principi generali di progettazione
∙ Rifiuti radioattivi
Radiobiologia
∙ Studio dell'azione e degli effetti delle radiazioni ionizzanti sulle strutture biologiche
∙ Tecniche sperimentali della radiobiologia
∙ Sequenze degli eventi di interesse radiobiologico
∙ Danno cellulare da radiazioni
Tecniche di diagnostica per immagini
Basi fisiche e biologioche della medicina nucleare
Metodi didattici
Lezioni frontali alla lavagna e supportate da mezzi telematici (proiezione di slide e filmati).
Sulla piattaforma Ariel sono disponibili slide delle lezioni ed esercizi.

Nel modulo di fisica applicata vengono assegnati esercizi da svolgere a casa, poi corretti in aula.
Per il modulo di statistica medica sono previste anche esercitazioni in laboratorio di informatica.
Materiale di riferimento
I libri di testo consigliati sono soltanto un riferimento. Lo studente deve utilizzare gli appunti delle lezioni e può scegliere liberamente il libro o i libri dove studiare e approfondire gli argomenti trattati (elencati nel programma).
Per alcuni argomenti saranno fornite le slide delle lezioni e/o materiale aggiuntivo.
Moduli o unità didattiche
Diagnostica per immagini e radioterapia
MED/36 - DIAGNOSTICA PER IMMAGINI E RADIOTERAPIA - CFU: 1
Lezioni: 10 ore
Docente: Maioli Claudio

Fisica applicata
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 4
Lezioni: 40 ore

Statistica medica
MED/01 - STATISTICA MEDICA - CFU: 4
Lezioni: 40 ore

Docente/i
Ricevimento:
Si riceve su appuntamento da prendersi tramite email.
Campus Cascina Rosa, via A. Vanzetti, 5, 20133 Milano - stanza 3 - 4
Ricevimento:
previo appuntamento da concordare via e-mail
Ricevimento:
previo appuntamento