FISICA APPLICATA STATISTICA MEDICA ED INFORMATICA

11 CFU - 1° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

ALESSANDRO RIDOLFO - Modulo FISICA APPLICATA - FIS/07 - 5 CFU
MASSIMO COSTANZO - Modulo STATISTICA MEDICA - MED/01 - 3 CFU
MARIO MASSIMILIANO SALFI - Modulo INFORMATICA - INF/01 - 3 CFU

Obiettivi formativi

FISICA APPLICATA
Comprensione dei principi fisici alla base dei processi biofisici nel corpo umano e delle strumentaxioni biomediche.
STATISTICA MEDICA
Data la natura degli obiettivi, il “format” del Corso privilegia la discussione e un’attiva partecipazione degli studenti in aula. Si consiglia di leggere preventivamente i contenuti della lezione in modo da facilitare la comprensione delle principali tematiche e la loro discussione in aula.
INFORMATICA
Il modulo di informatica intende fornire le conoscenze teoriche di base sull’uso del computer, sull’hardware e sul software, sulle applicazioni dell’informatica in contesti sanitari, oltre a fornire le conoscenze pratiche sull’uso di un computer e del pacchetto office (Word, Excel, Powerpoint, Access).

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

FISICA APPLICATA
Lezioni frontali ed esercitazioni.
STATISTICA MEDICA
Modalità di erogazione del corso di insegnamento:
Lezioni frontali, partecipazione attiva degli studenti tramite domande, preparazione di un questionario per la raccolta dei dati e la successiva raccolta dei dati ed esercizi.

VALUTAZIONE: Esame Scritto con due quesiti ed esame orale con commento di articolo scientifico.
INFORMATICA
Lezioni frontali

Prerequisiti richiesti

FISICA APPLICATA
Conoscenze di Matematica e Fisica a livello della scuola secondaria.
STATISTICA MEDICA
Conoscenze di base di matematica e statistica
INFORMATICA
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Frequenza lezioni

FISICA APPLICATA
Facoltativa, ma caldamente consigliata.
STATISTICA MEDICA
Obbligatoria
INFORMATICA
Obbligatoria

Contenuti del corso

FISICA APPLICATA
Cinematica: Misura dello spazio: posizione, spostamento, distanza. Velocità e accelerazione media e istantanea. Interpretazione grafica. Moto rettilineo uniformemente accelerato.

Le forze : Introduzione. I tre principi della dinamica. Sistemi di riferimento inerziali. Forze in due dimensioni. Forza di gravità. Forza normale. Forze di attrito. Forze elastiche. Forza centripeta. Quantità di moto e urti. Energia meccanica. Lavoro compiuto da una forza. Teorema dell’energia cinetica. Energia e lavoro. Potenza. Forze conservative. Energia potenziale. Conservazione dell’energia meccanica. Curve dell’energia potenziale. Forze non conservative.

Meccanica dei fluidi: Densità e pressione. Pressione atmosferica. Principio di Pascal. Legge di Stevino. Vasi comunicanti. Barometro di Torricelli. Principio di Archimede. Tensione superficiale. Capillarità. Fluidi in movimento: portata ed equazione di continuità. Teorema di Bernoulli e applicazioni: portanza, legge di Torricelli. Legge di Poiseuille per il moto di fluidi viscosi in regime laminare. Moto di oggetti in un fluido viscoso. Differenze tra flusso laminare e turbolento. Numero di Reynolds. Il sistema circolatorio. Viscosità, pressione e velocità del sangue. Miscele, soluzioni, sospensioni. Solubilità e legge di Henry. Membrane semipermeabili. Scambi gassosi nell' organismo.

Termodinamica: Equilibrio termico. Principio zero della termodinamica. Temperatura. Termometri. Scale termometriche. Dilatazione termica. Anomalia dell’acqua. Equivalente meccanico del calore. Calore specifico e capacità termica. Trasmissione del calore: conduzione, convezione, irraggiamento. Stati della materia. Cambiamenti di fase. Calore latente. Passaggio dalla fase liquida alla fase aeriforme (e viceversa). Sistemi termodinamici. Coordinate termodinamiche. Funzioni di stato. Equazione di stato dei gas ideali. Primo principio della termodinamica. Trasformazioni termodinamiche. Secondo principio della termodinamica. Entropia.

Fenomeni ondulatori: Moti periodici. Moto armonico semplice. Onde trasversali e longitudinali. Onde sull'acqua. Onde armoniche. Velocità di propagazione di un’onda. Intensità. Onde sonore. Infrasuoni e ultrasuoni. Intensità delle onde sonore. Effetto Doppler. Sovrapposizione di onde. Interferenza. Altri aspetti della propagazione delle onde. Onde stazionarie. Serie armonica delle frequenze.
STATISTICA MEDICA
Generalità e premesse
- Ruolo della statistica in medicina.
- Evidence Based Medicine e uso di motori di ricerca specializzati: Health on the Net foundation,
PubMed, Cochrane Library.
Statistica epidemiologica
- Eventi sanitari
- Misurare l'occorrenza di malattia: prevalenza, incidenza, rischio e tasso.
- Prevalenza e incidenza, relazione di causa-effetto, popolazioni e gruppi a rischio
- Studi sul rischio: Misure di associazione: il rischio relativo ed il rapporto tra odds. Studi osservazionali descrittivi. Studi osservazionali analitici (trasversali, longitudinali o di coorte e retrospettivi o caso-controllo). Studi sperimentali. Dalla fase I alla fase IV. Studi in cieco semplice e doppio. Il braccio di controllo. La randomizzazione. Etica e sperimentazione clinica.
- Test diagnostici e test di screening: loro valutazione
- Sensibilità e specificità di un test diagnostico.
- Valori predittivi: Valore predittivo di un test diagnostico (teorema di Bayes).
- Indicatori ospedalieri
- Indicatori di struttura e di utilizzo
- Nomogramma di Barber, e di Gandy
- Indicatori di processo e di esito
- VRQ: una metodologia per la valutazione di qualità
Conoscenze di base per l'osservazione statistica
- Variabilità Biologica
- Variabilità, variabilità casuale e costanti Variabili e dati. Variabili continue, discrete, ordinali.
- Concetto di misura e classificazione del carattere statistico delle osservazioni
- Caratteri qualitativi e quantitativi.
- Scala nominale (misure qualitative), scala ordinale o per ranghi (misure semiquantitative), scala
quantitativa intervallare, scala quantitativa di rapporto
Richiami di calcolo numerico
- Unità di misura e ordine di grandezza
- Misure analitiche, errore totale, attendibilità.
- Precisione e approssimazione della misura: Accuratezza e precisione.
- Errori sistematici e accuratezza.
- Errori casuali e precisione.
- Stime di precisione e accuratezza.
- Frequenze assolute relative e percentuali e specifiche per dati continui raggruppati in classi.
- Errori di misura
- Distribuzione degli errori di misura: la distribuzione Gaussiana.
- Distribuzione Gaussiana standard.
- Trasformazione dei dati
Raccolta e organizzazione dei dati
- Una tassonomia della ricerca. La piramide dell'evidenza.
- Programmazione di una ricerca
- Finalità della ricerca
- Metodologia statistica applicata alla ricerca
- Pianificazione di una ricerca
- Unità e popolazione statistica - popolazione e campione - parametri e stime
- Rilevazione e raccolta dei dati: la raccolta dei dati mediante la preparazione di un questionario.
- Controllo dei dati
- Organizzazione dei dati: classificazione e spoglio, distribuzioni di frequenza in tabelle a una o più
entrate, distribuzioni in classi, serie e seriazioni
- Serie statistiche e loro rappresentazioni tabulari e grafiche.
- Seriazioni statistiche e loro rappresentazioni tabulari e grafiche.
- Elaborazione dei dati
- Sintesi e rappresentazione dei dati
- Interpretazione e presentazione dei risultati
Rapporti statistici
- Rapporti e tassi.
- Rapporti di composizione e di derivazione
- Tassi o quozienti
- Tassi di morbosità, morbilità, mortalità, letalità
- Rapporti incrementali
- Numeri indici
Le rappresentazioni grafiche
- I grafici
- Sistema cartesiano - Diagrammi a bastoncini
- Diagrammi a barre: istogrammi
- Poligoni e curve di frequenza
- Grafici per punti e per spezzate
- Diagrammi logaritmici
- Diagrammi circolari o aerogrammi, diagrammi a torta
- Ideogrammi e pictogrammi
- Cartogrammi
- Piramidi delle età
- Stereogrammi
- Diagrammi polari
- Tabelle a doppia entrata: percentuali di riga e colonna
- Errori e distorsioni
Gli indici di tendenza centrale
- Sintesi dei dati
- Centro di una distribuzione campionaria: Indici di posizione
- Medie analitiche: Media aritmetica semplice Media aritmetica ponderata Media mobile Media geometrica Media armonica Relazioni tra medie analitiche
- Medie o indici di posizione: Moda Mediana
- Frattili di una distribuzione campionaria
- Quantili (quartili, decili e percentili). Centili e curve di crescita
- La forma di una distribuzione
- Relazioni tra indici di tendenza centrale e distribuzione dei dati
Gli indici di dispersione
- Dispersione di una distribuzione campionaria
- Indici di dispersione assoluta per misure quantitative
Range, range interquartile. Devianza. Varianza. Deviazione standard. Errore standard.
- Indici di dispersione assoluta per misure non quantitative
- Indici di dispersione relativa per misure quantitative. Coefficiente di variazione. Rapporto di concentrazione
- Indici di dispersione relativa per misure non quantitative
Cenni di calcolo delle probabilità
- Insiemistica operazioni tra insiemi
- Quesiti anomali, probabilità e inferenza statistica
- Frequenza relativa, esiti possibili, eventi.
- Teoria e calcolo delle probabilità
Probabilità di un evento
Principio della somma Principio del prodotto e probabilità indipendenti
Probabilità condizionate eventi indipendenti e dipendenti
Unione di eventi, eventi incompatibili
Eventi condizionati, intersezione di eventi, eventi indipendenti.
- Distribuzioni di probabilità discrete e continue
- Definizione di variabile casuale.
- Variabili casuali discrete Creazione di una variabile casuale discreta.
- Variabili casuali continue
- Variabile casuale Binomiale.
- Media e varianza di una variabile casuale.
Distribuzione binomiale, normale e di Poisson
- Il modello Gaussiano standard, gli z-scores, l'uso delle tavole e del calcolatore per il calcolo delle
probabilità.
- Distribuzione binomiale, multinomiale e di Poisson
Campionamento e inferenza statistica
- Popolazione e campione
Popolazione finita e infinita
Teoria elementare dei campioni
- Campioni casuali e numeri casuali
- Dimensione del campione
- Rappresentatività del campione
- Errore di campionamento
- Tecniche di campionamento
Campionamento con e senza ripetizione
Campionamento casuale (randomizzazione)
Campionamento stratificato
Campionamento sistematico
Campionamento a presentazione
- Tabelle dei numeri casuali
Suddivisione casuale di un campione in due o più gruppi
- Distribuzioni campionarie
- Errori standard
- Distribuzione della media campionaria: errore standard di una media campionaria e intervallo di
probabilità.
- Teorema del limite centrale.
- Distribuzione delle varianze campionarie (Chi-quadrato): forma della distribuzione χ2 in funzione
dei gradi di libertà (ν).
- Distribuzione dei rapporti tra una v.c. gaussiana con media 0 e la radice di una v.c. Chi-quadrato:
la v.c. t di Student
Teoria statistica della stima
- La logica dell'inferenza statistica.
Stima dei parametri: stime corrette ed efficienti
Stime puntuali e stime per intervalli
- Intervalli di confidenza per le stime dei parametri
Dimensione del campione per l'intervallo di confidenza.
Stima intervallare di una media: Intervallo di confidenza della media.
Stima intervallare di una frequenza percentuale
- Errore probabile
Teoria delle decisioni statistiche
- Il concetto di test di ipotesi: formulazione dell'ipotesi.
Ipotesi statistica, ipotesi nulla, Verifica d'ipotesi - Test di significatività e di ipotesi
- Il concetto di test di ipotesi: criterio di decisione e rischi di errore di tipo I (α) e di tipo II (β);
- Livello di significatività
- Test implicanti la distribuzione normale e binomiale
- Test a una e a due code
- Potenza di un test
- Test di significatività che implichino differenze campionarie
Teoria dei piccoli campioni
- La distribuzione t di STUDENT
- Intervalli di confidenza
- Test di ipotesi e di significatività
- La distribuzione CHI QUADRATO
- Intervalli di confidenza per CHI QUADRATO
- Gradi di libertà
- il test CHI QUADRATO: frequenze osservate e teoriche, definizione, test della significatività,
bontà di adattamento, tabelle di contingenza, correlazione di Yates per la continuità, formule per il
calcolo, coefficiente di contingenza, correlazione tra gli attributi
L'interpolazione e il metodo dei minimi quadrati
- relazioni tra variabili
- interpolazione
- il metodo dei minimi quadrati
- la regressione
Teoria della correlazione
- distribuzione campionaria congiunta di due variabili: codevianza, covarianza, e coefficiente di
correlazione.
- correlazione lineare
- errore standard della stima
- devianza spiegata e residua
- teoria campionaria della regressione e della correlazione
Correlazione multipla e parziale
- correlazione multipla
- equazione di regressione, piano di regressione
- errore standard della stima
- coefficiente di correlazione multipla
- correlazione parziale
- regressione multipla non lineare
Statistica non parametrica
- Semplici programmi informatici di calcolo statistico
- Campionamento di convenienza
- Shapiro-Wilk test o Normality test
- Test t-Student e Man Whitney per gruppi differenti non accoppiati
- Test t-Student e Wilcoxon test per gruppi accoppiati
- Test Anova e Kruskal-Wallis per una variabile in più gruppi di persone diverse o dopo trattamenti
differenti
- Test Anova e Friedman per più variabili o una stessa variabile in tempi differenti
- Correlazione negativa e positiva test di Pearson e di Spearman
- I box plot
Analisi della sopravvivenza
- Metodi di Kaplan-Meier
- Modello di Cox
- Metanalisi
Modelli di decisione in ambito medico
- Stochastic Multicriteria Acceptability Analysis (SMAA)
INFORMATICA
Principi di informatica

Software applicativi: Word

Software applicativi: Excel

Software applicativi: Powerpoint

Testi di riferimento

FISICA APPLICATA
1) Elementi di fisica. Per le lauree di primo livello dell'area medica, Romano Zannoli, Ivan Corazza

2) Fisica biomedica, Domenico Scannicchio
STATISTICA MEDICA
Materiale didattico e bibliografia
Bibliografia:
Lantieri, B.L., Risso D., Ravera G. (revisione Lama N., Signoriello G.) (2007). Elementi di Statistica Medica. Milano: McGraw-Hill.
Chiari, Mosci, Naldi, Evidence based clinical practice - La pratica clinico assistenziale basata su prove di efficacia - McGraw-Hill
Costanzo M. R, (2019). “Statistica sperimentale per le professioni sanitarie”, Createspace by Amazon
INFORMATICA
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Altro materiale didattico

FISICA APPLICATA
Trasparenze delle lezioni.
STATISTICA MEDICA
Testi di consultazione:
Daniel W Biostatistica EdiSES Napoli 1996 pp 736
Pagano M Gauvreau K Fondamenti di Biostatistica Gnocchi, Napoli 1994 pp 381
P. Armitage, G. Berry. Statistica medica. McGraw Hill Libri Italia, Milano, 1996. pp.619.
INFORMATICA
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Programmazione del corso

FISICA APPLICATA
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Grandezze fisiche	vedi testi di riferimento
2	Cinematica	vedi testi di riferimento
3	Dinamica	vedi testi di riferimento
4	Meccanica dei fluidi	vedi testi di riferimento
5	Termodinamica	vedi testi di riferimento
6	Fenomeni ondulatori	vedi testi di riferimento
STATISTICA MEDICA
	Argomenti	Riferimenti testi
1	STATISTICA DESCRITTIVA	LANTIERI
2	STATISTICA INFERENZIALE	LANTIERI
3	APPLICAZIONI IN AMBITO MEDICO	CHIARI
4	TEST DIAGNOSTICI	COSTANZO
INFORMATICA
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Introduzione all'informatica	Luca Mari, Giacomo Buonanno, Donatella Sciuto - Informatica e cultura dell'informazione (seconda edizione) , McGraw-Hill.
2	Codifica e rappresentazione delle informazioni	Luca Mari, Giacomo Buonanno, Donatella Sciuto - Informatica e cultura dell'informazione (seconda edizione) , McGraw-Hill.
3	Architettura degli elaboratori	Luca Mari, Giacomo Buonanno, Donatella Sciuto - Informatica e cultura dell'informazione (seconda edizione) , McGraw-Hill.
4	Sistema operativo e applicativi software	Luca Mari, Giacomo Buonanno, Donatella Sciuto - Informatica e cultura dell'informazione (seconda edizione) , McGraw-Hill.
5	informatica medica	Slide del docente
6	Introduzione alle basi di dati	Slide del docente

Verifica dell'apprendimento

MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

FISICA APPLICATA
Prova scritta
STATISTICA MEDICA
Esame Scritto con due quesiti ed esame orale con commento di articolo scientifico.
INFORMATICA
Esame orale

ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

FISICA APPLICATA
- Dinamica dei fluidi ideali

- Flussi attraverso le membrane biologiche

- Funzionamento apparecchiatura ecografica
STATISTICA MEDICA
QUESITO A)

Remein e Wilkerson (The efficiency of screening test s for diabetes. Journal of chronic diseases, 13:6-21; 1961) considerarono un certo numero di test per l’individuazione del diabete. Avevano un gruppo di criteri di raffronto, che costituivano il loro ‘gold standard’, per stabilire se un soggetto presentava realmente tale malattia. La tabella presenta i risultati dell’esame del sangue Folin-Wu effettuato 1 ora dopo il pasto e considerando positivi i soggetti con un livello di glicemia superiore a 150 mg/100ml. Furono screenati un totale di 580 soggetti, 70 dei quali erano diabetici. 475 soggetti risultarono negativi al test, di questi 14 erano diabetici.

Costruire la tavola di contingenza 2x2.

Si verifichi l'associazione tra i dati svolgendo il test con almeno due livelli di significatività. Si formulino correttamente le ipotesi.

QUESITO B)

Data la seguente serie di dati:

Si dica:
1. Il tipo di variabile
2. Si rappresenti graficamente la frequenza relativa e cumulata
3. Si calcoli moda, mediana e media
4. Si calcoli la deviazione standard
INFORMATICA
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