FISICA APPLICATA E ELEMENTI DI STATISTICA MEDICA II

Docenti: 
BETTATI Stefano
Crediti: 
3
Anno accademico di offerta: 
2017/2018
Settore scientifico disciplinare: 
FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) (FIS/07)
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua dell'insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Il modulo di Fisica si propone di fornire allo studente una preparazione di base sulla comprensione dei principi fisici fondamentali e la loro applicazione nella pratica reale. L'esposizione degli argomenti sarà orientata a problemi concreti di analisi e di ricerca.
Il corso fornirà gli strumenti necessari per affrontare argomenti di crescente complessità propedeutici anche ad altre importanti discipline del Corso di Laurea, quali Chimica, Biologia,
Fisiologia, Biochimica, ecc., che della fenomenologia fisica fanno ampio uso.
Il corso si ripromette altresì di fornire i rudimenti concettuali necessari per una comprensione, pur sommaria, di alcune importanti tecnologie che sempre più frequentemente accompagnano l'opera del medico e dello specialista quali ad esempio: centrifughe, endoscopi, microscopi, trasduttori per ecografia, sistemi laser, apparati radiologici, NMR, rivelatori di radiazioni, ecc.
In questo senso, il corso si prefigge anche lo scopo di sviluppare l'attitudine dello studente allo studio autonomo e all'aggiornamento continuo sulle nuove tecnologie fisiche che trovano applicazioni nella diagnostica e nella terapia in campo medico e biologico.
Come ultima finalità, forse la più importante, il corso si prefigge di fornire allo studente uno stimolo per il raggiungimento di una maggiore confidenza su concetti di uso comune, ma non sempre sufficientemente chiariti dagli studi pregressi, quali: azioni meccaniche tra corpi a contatto e a distanza, sforzi ed energie in gioco, aspetti dinamici conseguenti a forze elastiche e urti, attriti e aspetti termici e termodinamici, proprietà statiche e dinamiche dei fluidi, luce e sue manifestazioni anche in relazione alla struttura dell'occhio e ai suoi difetti fisici, fondamenti dei fenomeni elettrici, magnetici e nucleari, le leggi che governano potenziali e correnti, radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari, perturbazioni indotte nei mezzi attraversati e aspetti di rivelazione e controllo.

Prerequisiti

Contenuti dell'insegnamento

Il corso tratterà gli aspetti più importanti della fisica di base, partendo
dalla definizione delle principali grandezze fisiche e dei sistemi di unità di
misura fino ad arrivare ai contenuti più complessi che stanno alla base
della diagnostica per immagini e della radioterapia.
Verranno affrontati i principi fondamentali della meccanica, della
dinamica dei fluidi, dell'elettromagnetismo, della termologia, dei
fenomeni ondulatori e dell'ottica.
Verranno di volta in volta sottolineate le principali applicazioni e
conseguenze sulla fisiologia del corpo umano ed in ambito medico. In
particolare, verranno approfonditi aspetti relativi alla biomeccanica, alla
circolazione del sangue, all'uso delle radiazioni in diagnostica e terapia
medica.

Programma esteso

Introduzione ai fenomeni fisici – Grandezze fisiche e leggi fisiche – Il
metodo sperimentale – Unità di misura fondamentali e derivate –
Equazioni dimensionali – Sistemi di unità di misura – Sistema
internazionale – Rappresentazione delle leggi fisiche. Grandezze vettoriali.

– Fondamenti della dinamica: Principi della dinamica – Forza, lavoro ed
energia – Teorema dell’energia cinetica – Campi di forze conservativi – Energia potenziale – Conservazione dell’energia meccanica – Centro di
massa e sue proprietà – Conservazione della quantità di moto – Momento
di una forza – Cenni al moto dei corpi rigidi – Le leve e il corpo umano –
Fenomeni elastici, legge di Hooke e moduli di elasticità – Flessione e
torsione – Elasticità dei vasi sanguigni e delle ossa.

– Onde e Acustica: Processi ondosi, equazione d’onda e parametri
caratteristici – Onde stazionarie – Risonanza – Diffrazione e principio di
Huyghens – Suono e suoi caratteri distintivi – Effetto Doppler – Ultrasuoni
e loro applicazione in campo biomedico.

– Fluidostatica e Fluidodinamica: La pressione – Leggi di Stevino, Pascal e
Archimede – Pressione atmosferica e barometro di Torricelli – La
pressione arteriosa e sua misura – Tensione superficiale e formula di
Laplace – Capillarità e legge di Jurin – Embolia gassosa – Portata di un
condotto – Liquido ideale e teorema di Bernoulli – Sue implicazioni per la
circolazione sanguigna – Liquidi reali e viscosità – Moto laminare e
teorema di Poiseuille – Resistenza idraulica – Formula di Stokes e velocità
di sedimentazione – Regime turbolento e numero di Reynolds – Cenni sul
lavoro cardiaco.

– Termologia e Termodinamica: Temperatura e
calore – Leggi dei gas e temperatura assoluta – Equazione di stato dei
gas perfetti e approssimazione per i gas reali – Cenni di teoria cinetica
dei gas – Calori specifici – Passaggi di stato e calore latente – Meccanismi
di propagazione del calore – Rendimento.

– Ottica: Riflessione e rifrazione – Riflessione totale e fibra ottica – Diottro
sferico – Lenti sottili, specchi e costruzione delle immagini – Microscopio
composto – Potere risolutivo – L’occhio come sistema diottrico – Principali
ametropie dell'occhio e loro correzione mediante lenti – Aspetti ondulatori
della luce – La luce laser.

– Elettricità, magnetismo e correnti elettriche: Cariche elettriche e legge
di Coulomb – Campo elettrico – Lavoro del campo elettrico e potenziale
elettrostatico – Cenni su fibra muscolare ed
elettrocardiogramma – Teorema di Gauss e sue applicazioni – Intensità di corrente –
Cenni sulla struttura elettronica di isolanti, conduttori metallici e
semiconduttori – La legge di Ohm – Resistenze in serie e parallelo – Forza
elettromotrice – Effetto termico della corrente – Conduzione elettrica nei
liquidi – Passaggio della corrente nel corpo umano – Effetto termoionico e
fotoelettrico – Campo magnetico e sua azione su correnti e magneti –
– Induzione elettromagnetica – Tensione e corrente alternata –
Impedenza – Onde elettromagnetiche.

– Radiazioni: Struttura dell’atomo e del nucleo – Numeri quantici, orbitali
elettronici e transizioni – Isotopi instabili e radiazione alfa, beta, gamma –
Legge del decadimento radioattivo e vita media – Rivelazione delle Testo
radiazioni – Applicazioni biomediche dei radioisotopi - Raggi x
(produzione, proprietà e meccanismi di assorbimento nella materia) -
L'immagine radiologica. Cenni su Tomografia assiale computerizzata (TAC), PET, SPECT e RMN.
Cenni di Radiprotezione.

Bibliografia

Appunti di lezione.

Bersani, Bettati, Biagi, Capozzi, Feroci, Lepore, Mita, Ortalli, Roberti,
Viglino, Vitturi: Fisica biomedica, Ed. Piccin Nuova Libraria (Padova).

Celasco: Lineamenti di Fisica Medica, Ed. E.C.I.G. (Genova).

Scannicchio: Fisica Biomedica, Ed. EdiSES (Napoli).

Metodi didattici

Durante le lezioni frontali verranno illustrati e commentati gli argomenti
contenuti nel programma deil modulo. L'enfasi sarà posta sulle
applicazioni dei principi fisici fondamentali in campo biomedico, e si
forniranno esempi di come l'applicazione di tali principi possa portare a
formulare previsioni quantitative su fenomeni fisiologici e patologici. In
alcuni casi selezionati, verrà illustrata la dimostrazione di principi fisici di
base, allo scopo di introdurre gli studenti alla pratica del pensiero logico e
del metodo sperimentale.

Modalità verifica apprendimento

L'accertamento del raggiungimento degli obiettivi previsti dal modulo
prevede una prova scritta, consistente principalmente in quesiti a risposta aperta su argomenti trattati nel corso. In questo modo, verrà
accertata la conoscenza e la comprensione, da parte dello studente, sia
dei principi teorici che delle loro conseguenze in campo medico e
biologico.
La prova scritta potrà prevedere anche la risoluzione di uno o più problemi, per
verificare il raggiungimento dell'obiettivo della capacità di applicare le
conoscenze acquisite ad una situazione simulata di interesse biologico o
medico.
La valutazione collegiale degli elaborati attribuirà lo stesso peso alle
risposte ai quesiti a risposta aperta ed ai problemi proposti.

Altre informazioni