Obiettivi formativi
Obiettivi formativi
Il corso mira a fornire conoscenze di base sulla Fisica applicata alle scienze mediche, sui principali aspetti informatici di rilevanza sanitaria e sui concetti statistici fondamentali utilizzati nelle comunicazioni scientifiche.
Saranno trattati i concetti fondamentali dell'informatica, dalla rappresentazione dell'informazione e l'architettura dei calcolatori, fino ai sistemi operativi, alle reti e alla sicurezza digitale. Il modulo di fisica coprirà argomenti fondamentali come meccanica, meccanica dei fluidi, fenomeni elettrici e magnetici, utili alla comprensione dei sistemi biologici. Nel modulo di statistica verranno trattate le misure descrittive, le basi della statistica inferenziale e gli aspetti legati alle performance dei test di screening, fornendo strumenti pratici e teorici per interpretare dati relativi alle attività professionali in ambito sanitario e alle comunicazioni scientifiche.
Programma
Contenuti di insegnamento (Programma)
INFORMATICA (3 CFU)
Concetto di informazione e sua rappresentazione.
Trattamento dell’informazione e strumenti per il trattamento dell’informazione.
La codifica dell’informazione: Codifica dei Dati, Sistemi di Numerazione Binaria, decimale. Codifica binaria e conversione tra le rappresentazioni. Codifica binaria dei caratteri. Codifica binaria delle immagini. Codifica binaria dei video. Cenni alle differenze tra le codifiche analogica e digitale.
Analogico vs digitale. Campionamento e quantizzazione. Tecniche per comprimere i dati.
Elaborazione e strutturazione dell'informazione.
Algoritmi e programmi. Esecutori e linguaggi. Rappresentazione degli algoritmi. Variabili, sequenze, selezioni e cicli.
L’esecutore. Cenni sulla computabilità.
Tesi di Church-Turing. La Macchina di Turing. La Macchina di Turing universale. Modello di Von Neumann.
Hardware e software.
Il processore. CPU – Central Processing Unit. Le parti di una CPU. Tre tipologie di istruzioni. Architettura di una CPU. Cenni sul parallelismo. Incrementare le prestazioni del processore: pipelining, superpipelining, superscalarità, hyperthreading. Architetture multicore. Legge di Moore. Le periferiche di I/O. Tre modalità di I/O: controllo da programma, interruzione (interrupt), DMA (Direct Memory Access).
FISICA (2 CFU)
Grandezze Fisiche E Le Loro Misure:
Concetto operativo di grandezza fisica - Grandezze fondamentali e derivate - Sistemi di unità di misura. Multipli e sottomultipli di unità di misura.
Uso delle potenze positive e negative di 10; Uso dei prefissi per la definizione di multipli e sottomultipli delle unità di misura in termini di potenze di 10 – equivalenze tra unità di misura
Grandezze scalari e vettoriali – operazioni tra vettori: somma e differenza con il metodo del parallelogramma e il metodo punta-coda. Il prodotto vettoriale e la regola della mano destra. Regole geometriche del triangolo rettangolo e la proiezione di un vettore su due assi cartesiani.
Errore intrinseco errore strumentale ed errore di lettura – Cenni sulla propagazione dell’errore nella somma e nella differenza – l’errore relativo e cenni sulla propagazione dell’errore nel prodotto
Caratteristiche degli strumenti di misura: Portata, Prontezza, Sensibilità
Cinematica:
Sistema dii riferimento – traiettoria e legge oraria
Definizione del concetto di variazione – definizione di velocità media e velocità istantanea
Il moto rettilineo uniforme - equazioni del moto ed applicazioni
Il moto rettilineo uniformemente accelerato: definizione di accelerazione ed equazione del moto – equazione per la velocità in un moto uniformemente accelerato – Il moto un corpo in caduta libera da altezza nota
Cenni sul moto circolare uniforme – la velocità angolare la velocità tangenziale, l’accelerazione centripeta e relazione fra esse.
Il periodo, la frequenza e relazioni con le grandezze con velocità angolare
Dinamica:
Definizione del Primo Principio della Dinamica
Il Secondo Principio della Dinamica – la definizione del concetto di massa inerziale – l’accelerazione di gravità e la forza peso. Il concetto di densità di massa
Cenni sulle forze di attrito statico e dinamico e sul piano inclinato
Definizione del concetto di Lavoro di una forza e su dipendenza dall’angolo tra forza e spostamento.
La potenza – L’energia cinetica – Teorema del lavoro e dell’energia cinetica –
Cenni forze conservative - Energia potenziale e Conservazione dell’energia meccanica
Il baricentro – definizione di Momento di una forza e coppia di forze. Le leve: forza, fulcro e resistenza e definizione di leva di prima, seconda e terza specie.
Statica dei fluidi:
Distinzione tra liquidi e gas, la densità l’incomprimibilità dei liquidi e i liquidi ideali.
La pressione e sue unità di misura - Il principio di Pascal, il torchio idraulico e sue applicazioni
La legge di Stevino – I vasi comunicanti e l’esperimento di Torricelli – Applicazioni
Cenni sulla spinta di Archimede e sulla galleggiabilità dei corpi
Dinamica dei fluidi
Definizione di fluido ideale, linee di flusso e tubo i flusso- Moto stazionario e moto laminare
La portata e l’equazione di continuità – La velocità del fluido in condotti in cui cambia la sezione ed esempi con ramificazioni. Il caso dei capillari, calcolo dell’ordine di grandezza del numero dei capillari. Enunciato del teorema di Bernoulli.
Definizione di viscosità, cenni al moto turbolento e numero di Reynolds la misura della pressione arteriosa. La legge di Pouseille e la caduta di pressione in funzione del raggio del condotto.
Cenni sul sistema circolatorio umano, applicazione del Teorema di Bernoulli al caso dell’aneurisma e della stenosi.
Termologia e termodinamica
La temperatura e la scala termometrica – La dilatazione termica nelle tre dimensioni – Il calore, il lavoro e la caloria.
Capacità termica e calore specifico – principio zero o relazione fondamentale della termologia. Temperatura di equilibrio tra due corpi messi a contatto - Cenno sui Passaggi di stato e calore latente.
I gas ideali – Legge di Boyle – I legge di Gay-Lussac – II legge di Gay-Lussac – La legge di gas perfetti
Elettrostatica
Carica elettrica, l’elettroscopio a foglie – la Forza di Coulomb; Costante dielettrica; e la legge di Coulomb nei dielettrici- Principio di sovrapposizione- Capo elettrico e dipolo elettrico –
Il potenziale elettrico – Superfici equipotenziali e capacitori. Definizione di capacità elettrica– collegamenti tra capacitori: serie e parallelo.
Elettrocinetica
Definizione di corrente elettrica – la velocità termica e velocità di deriva – Densità di corrente – La I legge di Ohm – La II legge di Ohm – resistenza e resistività –
Effetto Joule e formule inverse tra Potenza, Resistenza, Intensità di corrente e Tensione applicata. Collegamento tra resistori in serie e parallelo
Elettromagnetismo
Fenomeni magnetici, il magnetismo terrestre – l’esperimento di Oersted – Il campo magnetico – la II legge di Laplace – Il momento torcente di una spira percorsa da corrente in campo magnetico –
La legge di Biot- Savart – cenno alla I legge di Laplace e applicazione alla spira percorsa da corrente.
STATISTICA (1 CFU)
Introduzione alla statistica
Definizioni e ambiti di applicazioni della statistica in medicina. Concetto di misura: accuratezza e precisione. Variabili e Scale di Misura.
Statistica descrittiva
Misure di posizione: moda, media, mediana; media geometrica, media ponderata. Misure di dispersione: devianza, varianza, deviazione standard, coefficiente di variazione. Distribuzioni di frequenza per variabili quantitative e qualitative. Frequenza assoluta, relativa, cumulativa. Concetto di rango e di percentile. Intervallo di riferimento. Cenni di calcolo delle probabilità e combinatorio.
Cenni di statistica inferenziale
Intervallo di confidenza. Test di ipotesi. Errore Tipo I e II. Significatività statistica e significatività clinica.
Statistica e prevenzione
Caratteristiche di un test di screening: sensibilità, specificità, valori predittivi positivo e negativo. Curve ROC. Teorema di Bayes. Distribuzione normale. Cenni di inferenza statistica.
Modalità d'esame
Valutazione
Valutazione
Modalità di verifica dell’apprendimento
L’esame sarà costituito da 42 quiz a risposta multipla (21 quiz di Informatica, 14 quiz di Fisica e 7 quiz di Statistica) concedendo 1 minuto per ogni quiz, somministrato tramite piattaforma Classroom. Gli studenti che conseguiranno l’equivalente minimo di 18/30 al quiz accederanno alla prova orale in cui saranno approfonditi i contenuti della prova scritta.
Gli esiti degli esami verranno comunicati sulla piattaforma e-learning.
Criteri di valutazione
Per ogni risultato di apprendimento atteso su indicato, descrivere cosa ci si aspetta lo/la studente/studentessa conosca o sia in grado di fare e a quale livello al fine di dimostrare che un risultato di apprendimento è stato raggiunto e a quale livello (a titolo di esempio: capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza; capacità di ragionamento critico sullo studio realizzato; qualità dell’esposizione, competenza nell’impiego del lessico specialistico, efficacia, linearità etc.).
o Conoscenza e capacità di comprensione:
conoscenza dei concetti principali di fisica, statistica ed informatica relativi al programma del corso.
o Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
conoscenze relative a descrizione ed analisi dei dati, dei principi della fisica e delle problematiche informatiche.
o Autonomia di giudizio:
valutazione dei risultati di un’indagine statistica, di un problema pratico descrivibile dalle leggi della fisica trattate durante il corso, o di un problema informatico relativo alla propria attività professionale.
o Abilità comunicative:
capacità di esporre i risultati salienti di una indagine statistica o di un articolo scientifico, di una tecnologia o di una criticità informatica o di un principio della fisica.
o Capacità di apprendere:
capacità di approfondire gli argomenti in maniera autonoma su riviste scientifiche o di settore
Criteri di misurazione dell'apprendimento e di attribuzione del voto finale
Il voto finale sarà calcolato mediando complessivamente il voto del quiz e quello della prova orale, supereranno l’esame.
La lode sarà attribuita agli studenti che dimostreranno elevato grado di approfondimento con autonomia di giudizio e adeguata capacità di esposizione.
Risultati
Conoscenza e comprensione argomento
Capacità di analisi e sintesi
Utilizzo di referenze
Non idoneo
Importanti carenze.
Significative inaccuratezze
Irrilevanti. Frequenti generalizzazioni. Incapacità di sintesi
Completamente inappropriato
18-20
A livello soglia.
Imperfezioni evidenti
Capacità appena sufficienti
Appena appropriato
21-23
Conoscenza routinaria
È in grado di analisi e sintesi corrette. Argomenta in modo logico e coerente.
Utilizza le referenze standard
24-26
Conoscenza buona
Ha capacità di a. e s. buone gli argomenti sono espressi coerentemente, ha capacità minime di utilizzo delle nozioni apprese.
Utilizza le referenze standard
27-29
Conoscenza più che buona
Ha notevoli capacità di a. e s., ha capacità medie di utilizzo delle nozioni apprese.
Ha approfondito gli argomenti
30 - 30L
Conoscenza ottima
Ha notevoli capacità di a. e s., ha capacità buone/ottime di utilizzo delle nozioni apprese.
Importanti approfondimenti
Testi di riferimento
Testi di riferimento
INFORMATICA
Introduzione ai sistemi informatici, D.Sciuto
Dispensa fornita dal docente.
FISICA
GM Contessa-G A Marzo - Fisica applicata alle scienze mediche -CEA Casa Editrice Ambrosiana
Qualsiasi libro di testo di Fisica universitario per Professioni Sanitarie o scolastico almeno per i Licei Scientifici
STATISTICA
Biostatistica: quello che avreste voluto sapere... Norman G, Streiner D 2015 Ambrosiana
Statistica per le scienze mediche. Un approccio non matematico, Dancey CP, Reidy J, Rowe R. 2016 Piccin, Padova
Materiale (slides Power Point) fornito dal docente
Note ai testi di riferimento
Lavori scientifici internazionali
Materiali didattici
PowerPoint slides reperibili sul sito elearning
Codice insegnamento 41739
