Fisica medica
A.A. 2023/2024
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti una generale comprensione dei principi fondamentali della fisica e delle loro implicazioni in campo biomedico e nello studio del corpo umano, con particolare riferimento alla struttura e al funzionamento normale del corpo e ad argomenti di rilevanza per il curriculum degli studi e la professione del medico: meccanica dei corpi e dei fluidi, fenomeni di trasporto nei liquidi, principi della termodinamica, concetti di base di elettromagnetismo e di ottica, radiazioni ionizzanti, elementi di diagnostica per immagini. L'insegnamento si propone inoltre di trasmettere il procedimento metodologico della fisica, quale base dell'apprendimento scientifico.
Risultati apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà
- conoscere i principi fondamentali della fisica nell'ambito della meccanica dei corpi solidi, dei liquidi e dei gas, dei principali fenomeni di trasporto su scala cellulare e molecolare, della termodinamica, dei fenomeni elettrici e magnetici, dell'ottica e delle radiazioni ionizzanti;
- essere in grado di descrivere e applicare nel contesto di problemi di fisica gli argomenti più direttamente connessi al campo biomedico e saper dare valutazioni quantitative e stime dei fenomeni analizzati;
- descrivere i principi basilari di utilizzo delle radiazioni ionizzanti, delle onde meccaniche e dei campi magnetici per la creazione di immagini diagnostiche, con particolare riguardo alla radiologia digitale, alla Ecografia, alla Tomografia Computerizzata e alla Risonanza Magnetica.
- conoscere i principi fondamentali della fisica nell'ambito della meccanica dei corpi solidi, dei liquidi e dei gas, dei principali fenomeni di trasporto su scala cellulare e molecolare, della termodinamica, dei fenomeni elettrici e magnetici, dell'ottica e delle radiazioni ionizzanti;
- essere in grado di descrivere e applicare nel contesto di problemi di fisica gli argomenti più direttamente connessi al campo biomedico e saper dare valutazioni quantitative e stime dei fenomeni analizzati;
- descrivere i principi basilari di utilizzo delle radiazioni ionizzanti, delle onde meccaniche e dei campi magnetici per la creazione di immagini diagnostiche, con particolare riguardo alla radiologia digitale, alla Ecografia, alla Tomografia Computerizzata e alla Risonanza Magnetica.
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Prerequisiti
Essendo un esame di primo anno, primo semestre, non vi sono prerequisiti specifici differenti da quelli richiesti per l'accesso al corso di studio.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame si articola in una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta ha una durata di 120 minuti e richiede:
- la risoluzione di 3 problemi indicandone i passaggi fondamentali, aventi contenuti e difficoltà analoghi a quelli affrontati nelle esercitazioni;
- la risposta in forma scritta a 2 domande su argomenti specifici del corso;
- il superamento di un test con 20 domande a risposta multipla sugli argomenti del programma di entrambi i moduli, alcune delle quali possono richiedere la risoluzione di semplici problemi.
Per lo svolgimento della prova scritta non è ammessa la consultazione di testi o appunti ed è suggerito l'utilizzo di una calcolatrice. È necessario svolgere con successo almeno metà della prova scritta per accedere all'orale. Le votazioni delle prove scritte sono comunicate tramite piattaforma Ariel.
È prevista una prova scritta in itinere facoltativa riguardante la prima parte del programma di Fisica Applicata. La prova consiste nella risoluzione di 2 problemi indicandone i passaggi fondamentali e in un quiz di 10 domande a risposta multipla.
La prova orale per entrambi i moduli verte su tutti gli argomenti trattati nel corso.
La prova orale non è richiesta se lo studente ha partecipato attivamente alle attività di gruppo che sono oggetto di valutazione, svolte durante le esercitazioni del corso.
La votazione finale risulta dalla media pesata sui crediti delle valutazioni dei moduli.
I parametri di valutazione riguardano: la capacità di interpretare i quesiti; la capacità di applicare le conoscenze alla risoluzione di problemi; la correttezza dei calcoli numerici (dove previsti); la capacità di utilizzo del linguaggio specifico, anche grafico.
- la risoluzione di 3 problemi indicandone i passaggi fondamentali, aventi contenuti e difficoltà analoghi a quelli affrontati nelle esercitazioni;
- la risposta in forma scritta a 2 domande su argomenti specifici del corso;
- il superamento di un test con 20 domande a risposta multipla sugli argomenti del programma di entrambi i moduli, alcune delle quali possono richiedere la risoluzione di semplici problemi.
Per lo svolgimento della prova scritta non è ammessa la consultazione di testi o appunti ed è suggerito l'utilizzo di una calcolatrice. È necessario svolgere con successo almeno metà della prova scritta per accedere all'orale. Le votazioni delle prove scritte sono comunicate tramite piattaforma Ariel.
È prevista una prova scritta in itinere facoltativa riguardante la prima parte del programma di Fisica Applicata. La prova consiste nella risoluzione di 2 problemi indicandone i passaggi fondamentali e in un quiz di 10 domande a risposta multipla.
La prova orale per entrambi i moduli verte su tutti gli argomenti trattati nel corso.
La prova orale non è richiesta se lo studente ha partecipato attivamente alle attività di gruppo che sono oggetto di valutazione, svolte durante le esercitazioni del corso.
La votazione finale risulta dalla media pesata sui crediti delle valutazioni dei moduli.
I parametri di valutazione riguardano: la capacità di interpretare i quesiti; la capacità di applicare le conoscenze alla risoluzione di problemi; la correttezza dei calcoli numerici (dove previsti); la capacità di utilizzo del linguaggio specifico, anche grafico.
Fisica applicata
Programma
"BASI MATEMATICHE BASI MATEMATICHE
- Le leggi fisiche e le relazioni fra grandezze fisiche per la risoluzione di problemi numerici: unità di misura, dimensioni e ordini di grandezza.
- Le grandezze scalari, le grandezze vettoriali e introduzione alla trigonometria.
MECCANICA
- Le leggi orarie del moto uniforme e uniformemente accelerato.
- I moti periodici e le grandezze che li caratterizzano.
- Concetto di forza ed il principio d'inerzia.
- Il concetto di massa ed il secondo principio della dinamica.
- Interazione tra corpi, forze e terzo principio della dinamica
- Tipi di forze: forza gravitazionale, forza peso, forza elastica, forze di contatto, forze di attrito, forza di tensione. Cenni sulla forza muscolare.
- Momento di una forza, leve e condizioni di equilibrio. Applicazioni al corpo umano.
- Elasticità e deformazioni.
- Il lavoro di una forza: significato di energia cinetica e del teorema dell'energia cinetica.
- Campo di forze: quando è conservativo e definizione dell'energia potenziale.
- Principio di conservazione dell'energia meccanica ed esempi di applicazione.
- Conservazione dell'energia nella camminata, nella corsa e nel salto.
- Collisioni fra corpi
STATICA E DINAMICA DEI FLUIDI
- Le caratteristiche proprie dei fluidi. La grandezza pressione in un fluido.
- Principi dell'idrostatica: principi di Pascal, Stevino e Archimede.
- Fenomeni superficiali: forze di coesione, tensione superficiale e forze di adesione.
- Il moto di un liquido: moto stazionario e considerazioni su portata e velocità del liquido.
- Teorema di Bernoulli: ipotesi e significato di teorema di conservazione dell'energia meccanica per i liquidi.
- Andamento della pressione in presenza di riduzione o aumento della sezione del condotto ed esempi di stenosi ed aneurisma.
- Effetto della presenza di attrito interno nei liquidi reali: viscosità, legge di Hagen-Poiseuille e regime vorticoso. Esempio della circolazione sanguigna.
FENOMENI DI TRASPORTO
- Trasporto in regime viscoso: sedimentazione, elettroforesi e centrifugazione
- Diffusione libera e diffusione attraverso una membrana dovuta a gradienti di concentrazione.
- Filtrazione e osmosi.
TERMODINAMICA
- La dilatazione termica nei solidi, nei liquidi e nei gas.
- Equazione di stato dei gas perfetti.
- Il concetto di quantità di calore e caloria.
- La capacità termica di un corpo, il calore specifico di una sostanza e i calori latenti di fusione e di evaporazione.
- I meccanismi di trasporto del calore.
- I e II principio della termodinamica: energia interna ed entropia.
- Potenziali termodinamici: entalpia ed energia libera.
FENOMENI ONDULATORI
- Propagazione di un'onda. Interferenza, diffrazione e principio di Huygens.
- Onde non sinusoidali e analisi di Fourier.
- Effetto Doppler.
- Propagazione delle onde sonore. Intensità sonora e sensazione sonora.
FENOMENI ELETTRICI
- La legge di Coulomb
- Il campo elettrico: intensità, direzione e rappresentazione mediante le linee di forza.
- Potenziale elettrico.
- Materiali dielettrici e conduttori.
- Fenomeni di induzione e capacità di un condensatore.
- Corrente elettrica, resistenza elettrica, legge di Ohm e circuiti resistivi.
- La legge di Joule per calcolare la potenza dissipata da una resistenza.
- Risposta del circuito RC e schemi elementari di filtraggio in frequenza.
FENOMENI MAGNETICI
- Magneti naturali e forze magnetiche.
- Filo percorso da corrente, spira e solenoide.
- Forza di Lorentz.
- Induzione magnetica, transitori nei circuiti e circuiti in corrente alternata.
OTTICA
- Relazioni fenomenologiche tra campo elettrico e magnetico.
- Propagazione delle onde elettromagnetiche e modalità di interazione con la materia.
- Ottica geometrica.
- Indice di rifrazione, leggi di riflessione, rifrazione e diffrazione della luce.
- Formazione di immagini in sistemi di lenti sottili.
- Difetti ottici dell'occhio lenti correttive.
- Aberrazioni ottiche.
RADIAZIONI IONIZZANTI
- Caratteristiche dei raggi X e loro generazione.
- Le interazioni tra radiazione X e materia, i meccanismi d'attenuazione e la formazione dell'immagine su una lastra radiografica.
- Radioattività: isotopi, tipi di radiazione, legge del decadimento radioattivo, misure di radioattività ed effetti sui sistemi biologici."
- Le leggi fisiche e le relazioni fra grandezze fisiche per la risoluzione di problemi numerici: unità di misura, dimensioni e ordini di grandezza.
- Le grandezze scalari, le grandezze vettoriali e introduzione alla trigonometria.
MECCANICA
- Le leggi orarie del moto uniforme e uniformemente accelerato.
- I moti periodici e le grandezze che li caratterizzano.
- Concetto di forza ed il principio d'inerzia.
- Il concetto di massa ed il secondo principio della dinamica.
- Interazione tra corpi, forze e terzo principio della dinamica
- Tipi di forze: forza gravitazionale, forza peso, forza elastica, forze di contatto, forze di attrito, forza di tensione. Cenni sulla forza muscolare.
- Momento di una forza, leve e condizioni di equilibrio. Applicazioni al corpo umano.
- Elasticità e deformazioni.
- Il lavoro di una forza: significato di energia cinetica e del teorema dell'energia cinetica.
- Campo di forze: quando è conservativo e definizione dell'energia potenziale.
- Principio di conservazione dell'energia meccanica ed esempi di applicazione.
- Conservazione dell'energia nella camminata, nella corsa e nel salto.
- Collisioni fra corpi
STATICA E DINAMICA DEI FLUIDI
- Le caratteristiche proprie dei fluidi. La grandezza pressione in un fluido.
- Principi dell'idrostatica: principi di Pascal, Stevino e Archimede.
- Fenomeni superficiali: forze di coesione, tensione superficiale e forze di adesione.
- Il moto di un liquido: moto stazionario e considerazioni su portata e velocità del liquido.
- Teorema di Bernoulli: ipotesi e significato di teorema di conservazione dell'energia meccanica per i liquidi.
- Andamento della pressione in presenza di riduzione o aumento della sezione del condotto ed esempi di stenosi ed aneurisma.
- Effetto della presenza di attrito interno nei liquidi reali: viscosità, legge di Hagen-Poiseuille e regime vorticoso. Esempio della circolazione sanguigna.
FENOMENI DI TRASPORTO
- Trasporto in regime viscoso: sedimentazione, elettroforesi e centrifugazione
- Diffusione libera e diffusione attraverso una membrana dovuta a gradienti di concentrazione.
- Filtrazione e osmosi.
TERMODINAMICA
- La dilatazione termica nei solidi, nei liquidi e nei gas.
- Equazione di stato dei gas perfetti.
- Il concetto di quantità di calore e caloria.
- La capacità termica di un corpo, il calore specifico di una sostanza e i calori latenti di fusione e di evaporazione.
- I meccanismi di trasporto del calore.
- I e II principio della termodinamica: energia interna ed entropia.
- Potenziali termodinamici: entalpia ed energia libera.
FENOMENI ONDULATORI
- Propagazione di un'onda. Interferenza, diffrazione e principio di Huygens.
- Onde non sinusoidali e analisi di Fourier.
- Effetto Doppler.
- Propagazione delle onde sonore. Intensità sonora e sensazione sonora.
FENOMENI ELETTRICI
- La legge di Coulomb
- Il campo elettrico: intensità, direzione e rappresentazione mediante le linee di forza.
- Potenziale elettrico.
- Materiali dielettrici e conduttori.
- Fenomeni di induzione e capacità di un condensatore.
- Corrente elettrica, resistenza elettrica, legge di Ohm e circuiti resistivi.
- La legge di Joule per calcolare la potenza dissipata da una resistenza.
- Risposta del circuito RC e schemi elementari di filtraggio in frequenza.
FENOMENI MAGNETICI
- Magneti naturali e forze magnetiche.
- Filo percorso da corrente, spira e solenoide.
- Forza di Lorentz.
- Induzione magnetica, transitori nei circuiti e circuiti in corrente alternata.
OTTICA
- Relazioni fenomenologiche tra campo elettrico e magnetico.
- Propagazione delle onde elettromagnetiche e modalità di interazione con la materia.
- Ottica geometrica.
- Indice di rifrazione, leggi di riflessione, rifrazione e diffrazione della luce.
- Formazione di immagini in sistemi di lenti sottili.
- Difetti ottici dell'occhio lenti correttive.
- Aberrazioni ottiche.
RADIAZIONI IONIZZANTI
- Caratteristiche dei raggi X e loro generazione.
- Le interazioni tra radiazione X e materia, i meccanismi d'attenuazione e la formazione dell'immagine su una lastra radiografica.
- Radioattività: isotopi, tipi di radiazione, legge del decadimento radioattivo, misure di radioattività ed effetti sui sistemi biologici."
Metodi didattici
Il docente utilizza lezioni frontali ed esercitazioni. Le lezioni sono inclusive di esempi applicativi e brevi esercizi. Durante le esercitazioni si affronta la risoluzione di problemi di fisica tramite lavoro di gruppo guidato dal docente. Alcune esercitazioni prevedono delle attività di gruppo in modalità Team Based Learning e sono oggetto di valutazione che concorre alla composizione del voto finale. Tutto il materiale didattico utilizzato nelle lezioni è disponibile sulla piattaforma Ariel, inclusi esercizi aggiuntivi. La frequenza alle lezioni è obbligatoria.
Materiale di riferimento
Fisica Biomedica, D. Scannicchio, ed. EDISES - Problemi di Fisica Biomedica, R. Cerbino, ed. EDISES
Diagnostica per immagini e radio terapia
Programma
"Descrizione del momento diagnostico, analizzando la diagnosi di presenza, la diagnosi di natura, la stadiazione e il follow up. - Immagini diagnostiche digitali: matrice, risoluzione spaziale, risoluzione di contrasto, archivio e distribuzione.
- Elaborazione delle immagini digitali.
- Onde meccaniche e formazione dell'immagine ecografica.
- Fenomeno Doppler.
- Mezzi di contrasto ecografici ed imaging armonico.
- Tomografia computerizzata: evoluzione tecnologica delle apparecchiature, ricostruzione tramite sinogrammi e back projection. Unità Hounsfield e concetto di finestra.
- Risonanza Magnetica: genesi del segnale, tempo di rilassamento T1 e T2, codifica spaziale."
- Elaborazione delle immagini digitali.
- Onde meccaniche e formazione dell'immagine ecografica.
- Fenomeno Doppler.
- Mezzi di contrasto ecografici ed imaging armonico.
- Tomografia computerizzata: evoluzione tecnologica delle apparecchiature, ricostruzione tramite sinogrammi e back projection. Unità Hounsfield e concetto di finestra.
- Risonanza Magnetica: genesi del segnale, tempo di rilassamento T1 e T2, codifica spaziale."
Metodi didattici
Il docente utilizza lezioni frontali ed esercitazioni. Le lezioni sono inclusive di esempi applicativi e brevi esercizi. Durante le esercitazioni si affronta la risoluzione di problemi di fisica tramite lavoro di gruppo guidato dal docente. Tutto il materiale didattico utilizzato nelle lezioni è disponibile sulla piattaforma Ariel, inclusi esercizi aggiuntivi. La frequenza alle lezioni è obbligatoria.
Materiale di riferimento
Diagnostica per Immagini e Radioterapia Cittadini, Cittadini, Sardanelli, Ecig, Edizione 2015 P2- Manuale di Diagnostica per Immagini Torricelli, Mignani, Zompatori, Società Editrice Esculapio 2016
Moduli o unità didattiche
Diagnostica per immagini e radio terapia
MED/36 - DIAGNOSTICA PER IMMAGINI E RADIOTERAPIA - CFU: 1
Lezioni: 8 ore
: 4 ore
: 4 ore
Fisica applicata
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 6
Didattica non formale: 16 ore
Lezioni: 60 ore
Lezioni: 60 ore
Docente:
Buscaglia Marco
Docente/i
Ricevimento:
Da concordare telefonicamente o tramite posta elettronica
Medicina Nucleare - Polo San Paolo
Ricevimento:
Previo appuntamento da concordare via e-mail - Appointment to be agreed by e-mail
IRCCS Istituto Ortopedico Galeazzi, Via Riccardo Galeazzi 4, 20161 Milano - Radiologia, piano -2 -
Ricevimento:
Martedì e Giovedì ore 12 previo appuntamento