Il corso si propone la conoscenza dei principi fisici necessari per la comprensione della formazione delle immagini delle principali tecniche radiodiagnostiche e per l'applicazione delle radiazioni ionizzanti in terapia.
Obiettivo del corso è l’acquisizione di metodi per l’analisi di sequenze e strutture biologiche e per la ricerca in database biologici (es. geni, sequenze, domini funzionali). Partendo da sequenze primarie di acidi nucleici o proteine è possibile ipotizzarne la funzione, la storia evolutiva e la struttura. Gli strumenti utilizzati per raggiungere questi obiettivi sono i database pubblici e i programmi di analisi e visualizzazione.
Descrizione generale sintetica
Il corso mira a far acquisire i principali concetti di base del calcolo delle probabilità e della statistica.
Obiettivi formativi generali dell'insegnamento in termini di risultati di apprendimento attesi:
L'insegnamento prevede lezioni frontali e test di verifica in ingresso, in itinere e alla fine dell'intero corso.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Le lezioni sono tenute in aula con l'ausilio di slide, messe a disposizione degli studenti sul portale
Studium. Le slide non sostituiscono i testi di riferimento, ma, oltre che agevolare la comprensione della
lezione, forniscono un dettaglio puntuale sul programma svolto.
Le lezioni frontali teoriche sono intervallate da esercitazioni pratiche, svolte nella
stessa aula di lezione. Gli studenti sono invitati a formare piccoli gruppi di lavoro (massimo 2-3 persone)
per lo svolgimento delle esercitazioni proposte.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Le lezioni sono tenute in aula con l'ausilio di slide, messe a disposizione degli studenti sul portale
Studium. Le slide non sostituiscono i testi di riferimento, ma, oltre che agevolare la comprensione della
lezione, forniscono un dettaglio puntuale sul programma svolto.
Le lezioni frontali teoriche sono intervallate da esercitazioni pratiche, svolte nella
stessa aula di lezione. Gli studenti sono invitati a formare piccoli gruppi di lavoro (massimo 2-3 persone)
per lo svolgimento delle esercitazioni proposte.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Conoscenza degli argomenti dei programmi di Matematica e Fisica previsti per l'Ammissione al Corso di Laurea.
Per la piena comprensione dei contenuti del corso non sono necessari prerequisiti.
Conoscenze di matematica presenti in tutti i programmi delle scuole superiori.
Obbligatoria.
La frequenza delle lezioni è obbligatoria.
La frequenza delle lezioni è obbligatoria.
Matematica di base per la radiologia. Notazione convenzionale e notazione scientifica. Percentuale. Logaritmi. Rappresentazione grafica di funzioni. Vettori e scalari. Volumi e superfici. Trigonometria. Oscillazioni e onde. Statistica di base.
Fisica di base per la radiologia. Sistema internazionale delle unità di misura. Velocità ed accelerazione. Forza e momento. Momento di torsione. Densità e pressione. Lavoro, Energia e potenza. Fenomeni termici. Onde meccaniche. Onde e oscillazioni. Radiazione elettromagnetica. Magnetismo. Elettricità. Elettronica di base. Struttura atomica e nucleare.
Il corso è organizzato in lezioni che prevedono una base teorica affiancata a esercitazioni i per l’apprendimento dell’uso di programmi di analisi e visualizzazione dei risultati.
PROGRAMMA:
Introduzione alla bioinformatica:
-Cenni introduttivi
Pietre miliari della bioinformatica
Infrastrutture bioinformatiche
Indirizzi web delle più rilevanti infrastrutture bioinformatiche
Banche dati biologiche:
Introduzione
Sistemi di interrogazione delle banche dati biologiche
SRS
Entrez
Banche dati primarie e banche dati specializzate
Banche dati di sequenze nucleotidiche
Banche dati di sequenze proteiche
Banche dati di motivi e domìni proteici
Banche dati di geni
Banche dati del trascrittoma
Banche dati di profili di espressione
Banche dati di polimorfismi e mutazioni
Banche dati di pathways metabolici
Indirizzi web per banche dati e risorse biologiche
Allineamento di sequenze di acidi nucleici e proteine
Intduzione al problema degli allineamenti di sequenze
Similarità di sequenze e algoritmi di allineamento
Allineamenti di sequenze biologiche con gap
Visualizzazione di dot matrix
Le matrici di sostituzione
Le matrici PAM
Le matrici BLOSUM
Metodi di allineamento esatto
Allineamenti globali e locali
Algoritmi dinamici di allineamento
L’algoritmo di Smith e Waterman per la ricerca di similarità locali
Metodi euristici di allineamento
BLAST
Principali risorse disponibili in rete
Allineamento multiplo di sequenze
Introduzione
Algoritmi per l’allineamento multiplo
Misura della qualità di un allineamento multiplo
Strumenti per la visualizzazione e manipolazione dei multiallineamenti
Principali risorse disponibili in rete
Le tecniche di campionamento: il campione casuale semplice, sistematico, stratificato, a grappoli, a stadi.
Statistica descrittiva. Distribuzioni di frequenza. Tabelle. Grafici, istogrammi, diagramma a barre. Indici di tendenza centrale. Indici di dispersione.
Cenni di calcolo delle probabilità. Definizione di probabilità; Eventi; Probabilità condizionata; Teorema di Bayes; Principio delle probabilità totali; Variabili aleatorie discrete; Media, varianza e deviazione standard; Distribuzioni discrete notevoli: Bernoulli, binomiale, uniforme, geometrica, Poisson; Distribuzioni continue: uniforme, normale esponenziale.
Distribuzioni di campionamento: distribuzione t-student, distribuzione di Fisher;
Inferenza statistica: stima puntuale e stima di intervallo. Intervallo di confidenza: per una media, per la differenza tra due medie, per una proporzione, per la differenza tra due proporzioni.
Principi della verifica di ipotesi (l’ipotesi nulla. Gli errori di I tipo e II tipo. La potenza di un test).
Test parametrici per le verifica di ipotesi: una media; confronto tra due medie nel caso di campioni indipendenti e appaiati.
Dowsett David J., Kenny Patrick A., Johnston R. Eugene, The Physics of Diagnostics Imaging, CRC Press Taylor & Francis Group.
Appunti forniti dal docente.
Libri di testo
Altri testi utili
Testi di riferimento:
Lantieri PB, Risso D, Ravera G: Statistica medica per le professioni sanitarie, II ed. McGraw-Hill
Studium docente
Sul portale studium.unict.it saranno forniti i lucidi delle lezioni.
Il materiale didattico viene messo a disposizione degli studenti su studium.unict.it
FISICA APPLICATA | ||
Argomenti | Riferimenti testi | |
1 | Matematica di base per la radiologia. Notazione convenzionale e notazione scientifica. Percentuale. Logaritmi. Rappresentazione grafica di funzioni. Vettori e scalari. Volumi e superfici. Trigonometria. Oscillazioni e onde. Statistica di base. | Dowsett et al., The Physics of Diagnostics Imaging, cap. 1 |
2 | Fisica di base per la radiologia: Sistema internazionale delle unità di misura. Velocità ed accelerazione. Forza e momento. Momento di torsione. Densità e pressione. Lavoro, Energia e potenza. Fenomeni termici. | Dowsett et al., The Physics of Diagnostics Imaging, cap. 2 |
3 | Fisica di base per la radiologia: Onde meccaniche. Onde e oscillazioni. Radiazione elettromagnetica. Magnetismo. Elettricità. Elettronica di base. Struttura atomica e nucleare. | Dowsett et al., The Physics of Diagnostics Imaging, cap. 2 |
INFORMATICA | ||
Argomenti | Riferimenti testi | |
1 | Introduzione alla bioinformatica: tipi di dati, problemi, strumenti. | Capitolo 1 + materiale didattico integrativo fornito dal docente |
2 | Sequenze, ricerca tramite BLAST, allineamento pairwise e multiplo. Algoritmi. | Capitoli 3 e 4 + materiale didattico integrativo fornito dal docente |
3 | Attività pratica su allineamento di sequenze | Capitolo 3 + Appendice A +materiale didattico integrativo fornito dal docente |
4 | Banche dati biologiche presenti sul sistema dell'NCBI: nucleotide, protein, OMIM, PUBMED, GENE, SNP | Capitolo 2 + materiale didattico integrativo fornito dal docente |
5 | Attività pratica su banche dati | Capitolo 2 + Appendice A + materiale fornito dal docente |
6 | Banca dati UNiPROT | Capitolo 7 +materiale didattico fornito dal docente |
7 | Cenni sulla programmazione R | https://cran.r-project.org/doc/contrib/manuale.0.3.pdf |
STATISTICA MEDICA | ||
Argomenti | Riferimenti testi | |
1 | Introduzione, statistica descrittiva | Capitoli 1 e 3 + materiale didattico integrativo |
2 | Raccolta e organizzazione dei dati, Indici di tendenza centrale e dispersione | Capitoli 4 5 e 6 + materiale didattico integrativo |
3 | calcolo delle probabilità e distribuzioni di probabilità | Capitolo 8 + materiale didattico integrativo |
4 | Rappresentazione grafica dei dati | Capitolo 7 + materiale didattico integrativo |
5 | Campionamento e inferenza statistica | Capitolo 10 + materiale didattico integrativo |
6 | Stime di parametri per intervallo | Capitolo 9 + materiale didattico integrativo |
7 | Test di ipotesi | Capitolo 10 + materiale didattico integrativo |
La valutazione delle conoscenze acquisite viene realizzata in due fasi: una prova scritta seguita da un colloquio.
La prova scritta consiste di domande a scelta multipla, domande aperte e problemi sugli argomenti trattati a lezione con particolare attenzione a quelli riguardanti le applicazioni della fisica alle
tecniche di imaging clinico e di radioterapia. Le risposte alle domande e le soluzioni devono essere opportunamente commentate e giustificate
La prova orale consiste nella discussione dello svolgimento della prova scritta e, insieme ai colleghi degli altri moduli del Corso Integrato, su argomenti delle tre discipline. Generalmente si tratta di 3
domande su altrettanti argomenti delle 3 discipline.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
L'esame finale consiste in una prova scritta ed un colloquio orale.
La prova scritta è costituita da esercizi e domande di teoria.
Chi non supera la prova scritta, non può sostenere l'orale. La prova scritta può essere visionata prima delle prove orali.
Salvo diversa comunicazione:
Note:
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
L'esame finale consiste in una prova scritta ed un colloquio orale.
La prova scritta è costituita da esercizi e domande di teoria.
Chi non supera la prova scritta, non può sostenere l'orale. La prova scritta può essere visionata prima delle prove orali.
Salvo diversa comunicazione:
Note:
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Esercizio 1.
Trasformare nelle unità del Sistema Internazionale (senza multipli e sottomultipli) scrivendo il risultato in notazione scientifica:
Dato | SI | Dato | SI |
364 ore | 532 giorni | ||
36.8 mm2 | 0.978 cm3 | ||
7.33 mm | 13484 minuti | ||
52938 kWh | 0.016 nm |
Esercizio 2
A quale differenza di potenziale deve essere caricato un defibrillatore, con elettrodi di circa 120 mm2 di sezione, al cui interno è presente un condensatore di capacità pari a 250 μF per liberare
un’energia di 400 J?
Esercizio 3
Una particella carica si muove su un piano orizzontale con una velocità di 7,80 × 106 m/s. Quando questa particella incontra un campo magnetico uniforme nella direzione verticale, comincia a
muoversi su traiettorie circolari di raggio 18,4 cm. Se l’intensità del campo magnetico è di 6,12 T, quale è il rapporto carica/massa (q/m) di questa particella?
Esercizio 4
Dopo aver definito il decibel (dB) e la soglia di udibilità, calcolare l’intensità totale del suono prodotto da 4 sorgenti sonore di intensità pari ciascuna a 40 dB.
Durante il corso saranno forniti diversi esercizi risolti che verranno pubblicati sul portale studium.unict.it
Sul portale studium.unict.it saranno messi a disposizione esercizi svolti.