Scienze fisiche, statistiche e radioprotezione

A.A. 2020/2021
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

Single session

Responsabile
- Il programma del corso non subirà cambiamenti
- Il materiale di riferimento non subirà cambiamenti
- Modalità erogazione insegnamento: didattica a distanza in sincrono su piattaforma Microsoft Teams
- Modalità di verifica apprendimento: scritto da remoto
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.
Vengono assegnati esercizi da svolgere a casa, poi corretti in aula.
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.

- 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
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.
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.

- 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
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).
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