Fisica medica e radioprotezione
Docente:
Fabrizio Boffelli
Università degli Studi di Pavia Facoltà di Medicina e Chirurgia
CLASSE LAUREE TRIENNALI PROFESSIONI SANITARIE
INFERMIERISTICHE E OSTETRICA
Corso Integrato di Fisica, Sta;s;ca, Informa;ca CORSO DI LAUREA IN INFERMIERISTICA
Sede di Vigevano
Insegnamento di
Fisica medica e radioprotezione
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Docente:
Fabrizio Boffelli
DiparDmento di Fisica -‐ Università degli Studi di Pavia Via A. Bassi, 6 -‐ Pavia
RecapiD:
E-‐mail: fabrizio.boffelli@pv.infn.it Tel: 0382 -‐ 987419
Ricevimento studenD: su appuntamento
hYp://www2.pv.infn.it/~boffelli/InfermierisDca_Vigevano/
Informazioni sul corso
Informazioni sugli argomen3
Informazioni sulle modalità d’esame
LUCIDI delle lezioni
Comunicazioni Varie
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Corso propedeuDco di MatemaDca e Fisica
Programma ASPETTI GENERALI:
Fisica e Medicina. Scienza esaBa.
Metodo Scien3fico
ASPETTI DI MATEMATICA:
Matema3ca linguaggio della Scienza . Equazioni: cosa sono e come si risolvono.
Proporzioni. Conversione di unità di Misura. Potenze e loro proprietà. Potenze a Esponente nega3vo. Potenze di 10. Notazione scien3fica. Lunghezze, superfici e volumi.
Misure di superfici e volumi. Calcolo percentuale e uso delle percentuali. Sistemi di riferimento a 2 e 3 dimensioni. Funzioni: definizione e generalità. Funzioni inver3bili.
Determinazione di una funzione a scopi sperimentali. Funzioni dipenden3 dal tempo.
Proporzione direBa inversa: reBa e iperbole. Proporzione quadra3ca direBa e inversa.
Esponenziale e logaritmo. Valori notevoli e proprietà dei logaritmi. Funzione esponenziale. Esponenziale nega3vo. Funzione logaritmica. Misura degli angoli. Seno e coseno. Valori notevoli di seno e coseno. Funzioni trigonometriche.
Corso di Fisica Medica e Radioprotezione
Nozioni introdu_ve
Definizione di una grandezza fisica e sue dimensioni. Sistemi di unità di misura. Grandezze scalari e grandezze veBoriali. Elemen3 di calcolo veBoriale.
Meccanica
Descrizione cinema3ca del moto: traieBoria e legge oraria, velocità e accelerazione. Le forze, le leggi della dinamica, i campi di forze, il campo gravitazionale, massa, peso e densità. Lavoro, energia e potenza: energia cine3ca e teorema dell'energia cine3ca, campi conserva3vi, energia potenziale e conservazione dell'energia meccanica, potenza e rendimento di una macchina.
Meccanica dei fluidi nei sistemi biologici. Trasporto in regime viscoso
Il moto dei fluidi: portata ed equazione di con3nuità. La pressione. Fluidi non viscosi: il teorema di Bernoulli. Fluidi viscosi: moto laminare e moto turbolento.
EffeBo della pressione idrosta3ca. Misura della pressione del sangue (sfigmomanometro). Cenni di idrodinamica nei sistemi biologici. Meccanismi di trasporto.
Termologia e termodinamica
Temperatura e scale termometriche (°K e °C). Energia interna. Calore e calore specifico. I gas perfeZ. I gas reali. I principi della termodinamica. Meccanismi di trasmissione del calore.
Diffusione e osmosi
Le membrane nei sistemi biologici. Il fenomeno della diffusione. La filtrazione. Cenni sugli equilibri gas-‐liquido. Membrane semipermeabili e osmosi. Cenni sulle applicazioni della diffusione, della filtrazione e dell’osmosi al corpo umano.
Fenomeni eleYrici
Carica eleBrica e forza di Coulomb. Il campo eleBrico e il potenziale eleBrico. La capacità di un conduBore e il condensatore. La corrente eleBrica e le leggi di Ohm. EffeBo termico della corrente eleBrica. Cenni sui fenomeni magne3ci.
Fenomeni ondulatori. Emissione ed assorbimento di radiazioni
Le onde: descrizione e caraBeris3che. Il suono, ultrasuoni ed applicazioni. Le onde eleBromagne3che.
Richiami sugli atomi. I nuclei e le forze nucleari. La radioaZvità in medicina nucleare. Le radiazioni X: produzione e assorbimento. Immagini radiologiche.
Radioprotezione dei lavoratori e dei pazien3 nelle aZvità sanitarie. Cenni di dosimetria. 5
PROGRAMMA DI ESAME
TESTI CONSIGLIATI:
F. Borsa, G. Introzzi, D. Scannicchio, ELEMENTI di FISICA -‐ per diplomi di indirizzo medico biologico, ed. UNICOPLI (1997)
Montagna P., Panzarasa A., Dalla matema;ca alla fisica: richiami di matema;ca e semplice esercizi di fisica tra scuola superiore e università, ed. CLU, Pavia 2003 (consigliato per chi è carente di matema3ca e fisica)
Per approfondire la materia:
D. Scannicchio, Fisica Biomedica, ed. Edises, II edizione, 2010
E. Zingoni, F. Tognazzi, A. Zingoni, Fisica biomedica, ed. Zanichelli, 1998
D. Scannicchio, Esercizi e problemi di Fisica -‐ con indirizzo medico biologico, ed.
Unicopli, Milano, 1996
M. Fazio, G. Tosi et al., Fondamen; di fisica e biofisica, ed. Sorbona, 1990
P. Davidovits, Physics in biology and medicine, ed. Pren3ce-‐Hall, 1975
Non solo libro,
non solo trasparenze
! 6Non importa!
Il corso di Fisica non presuppone conoscenze preliminari, ma al suo interno traBa tuZ gli argomen3 necessari a superare l’esame senza problemi e senza troppa fa3ca.
Però non senza studiare…
... ma io non so la MatemaDca ...
... ma io non ho mai faYo Fisica ...
ABenzione: questo è il vero problema!
Devi affrontarlo subito, non aspeBare gli esami:
forse devi ristudiare gli argomen3 fondamentali del corso propedeu3co o su un libro di scuola superiore, allenando3 a fare esercizi.
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Tutorato…
... hai voluto la bicicletta?
Pedala!!!
Buon lavoro e in bocca al lupo!
8Fisica e Medicina
A che serve la Fisica in ambito medico?
Ovvero:Perchè studiare Fisica anche se non interessa?
Che cosa è importante e che cosa invece si può dimenticare?
Scienza
= disciplina basata su fatti sperimentali
Scienza esatta
= scienza in grado di associare un errore alle proprie previsioni
Es. FISICA MEDICINA ASTROLOGIA SCIENZA SI SI NO
SCIENZA ESATTA SI NO NO
Fisica = dalla stessa causa discende lo stesso effetto
Medicina = dalla stessa causa possono discendere diversi effetti Il “ponte” tra le due scienze è dato dalla statistica.
Es. E’ impossibile prevedere la durata della vita (effeYo) di un paziente affeYo da tumore (causa).
E’ possibile stabilirne la probabilità di sopravvivenza sulla base dell’analisi staDsDca di molD altri pazienD con lo stesso tumore. 9
Il metodo scienDfico
Metodo scientifico
(sperimentale - galileiano)
• Esperimento riproducibile
in ogni tempo e in ogni luogo
• Valutazione dell’errore
• Elaborazione della teoria
• Uso della matematica
• Analisi statistica dei dati
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MatemaDca
linguaggio della Scienza
Metodo scientifico = Esperimento
+
TeoriaElaborazione e verifica quanDtaDva di leggi fisiche
Relazioni tra grandezze fisiche operazioni algebriche, potenze e loro proprietà,equazioni
Osservazione e descrizione quanDtaDva
dei fenomeni naturali
Misura di grandezze fisiche
unità di misura, equivalenze, notazione scientifica
(potenze di 10)11
La prova sperimentale
Giochiamo con l’oroscopo: settimana 22-28 settembre 2011
Oroscopi dei 12 segni in ordine casuale: identificate il numero di quello che rappresenta meglio ciò che vi è accaduto da giovedì 22 a martedì 28
1: Il vostro rapporto di coppia è stabile, ma per la vostra personalità forte c’è un po’ di trambusto.
2: Con energia cercate mete ambite, con successo. ABenzione alla superficialità nell’inves3re denaro.
3: Concentra3 sul lavoro: oZmo momento per la vostra immagine, o per inves3re o incassare denaro.
4: Le vostre idee troveranno difficoltà e saranno ostacolate sul lavoro, ma alla fine la spunterete.
5: Momento di riflessione, ogni parola viene pesata. Ma alla fine avrete chiare indicazioni su come lavorare.
6: Pensieri e progeZ posi3vi. Un po’ di nervosismo in casa.
7: Magnifica intesa di coppia. Siete in armonia con voi stessi, anche sul lavoro.
8: Evitate li3 in famiglia. Avete pesan3 mutui da pagare. Giornate con incontri diverten3.
9: Periodo par3colarmente fecondo: amore e denaro danno risulta3 mai vis3.
10: Lo stress rischia di rimandare un affare, si creano tensioni sul lavoro, ma alla fine si risolverà tuBo.
11: Giornate serene, appagherete il vostro bisogno di protezione e sicurezza.
12: Siete bravi nei rappor3 personali, addolcendo aBeggiamen3 duri e trovando sempre le parole giuste.
Che segni erano?
1. Leone 2. Sagittari 3. Gemelli 4. Bilancia 5. Capricorno 6. Cancro 7. Ariete 8. Acquario 9. Pesci 10.Scorpione 11.Toro 12.Vergine
CHE SIGNIFICA QUESTO GIOCO?
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Che significa?
Se l’astrologia fosse una scienza esatta come la Fisica, si dovrebbe
trovare una ben precisa corrispondenza tra i dati sperimentali (esperienze vissuta) e le previsioni teoriche (oroscopo), determinando anche un preciso margine di errore:
Es. su 100 persone, tutte, tranne al massimo ad es. 5, dovrebbero aver riconosciuto il proprio oroscopo.
Se l’astrologia fosse una scienza, per quanto non esatta come la Medicina, la stessa corrispondenza si dovrebbe trovare a livello statistico, per
quanto variabile entro precisi intervalli:
Es. su 100 persone, tra 70 e 90 dovrebbero aver riconosciuto il proprio oroscopo.
Se l’astrologia non è una scienza, l’esito delle sue previsioni è del tutto indipendente dal risultato sperimentale, cioè statisticamente casuale!
Poiché i segni sono 12, la probabilità casuale che ci si riconosca nell’oroscopo del proprio segno è 1/12, e viene verificata sempre più al crescere statistico del campione.
Es. su 100 persone, circa 8-9 (1/12 di 100) dovrebbero aver riconosciuto il proprio oroscopo. E’ quel che si verifica sperimentalmente!
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Metodo scienDfico:
un’ applicazione correYa…
www.cern.ch
The OPERA experiment, which observes a neutrino beam from CERN 730 km away at Italy's INFN
Gran Sasso Laboratory, will present new results in a seminar at CERN today.
The OPERA result is based on the
observation of over 15000 neutrino events measured at Gran Sasso, and appears to indicate that the neutrinos travel at a velocity 20 parts per million above the
speed of light, nature’s cosmic speed limit.
Given the potential far-reaching consequences of such a result,
independent measurements are needed before the effect can either be refuted or firmly established. This is why the OPERA collaboration has decided to open the result to broader scrutiny.
23.09.2011: OPERA experiment invites scruDny of unexpected results
A view of the OPERA detector in Gran Sasso, Italy. Neutrino beams from CERN in Switzerland are sent over 700 km through the Earth's crust to the laboratory in Italy.
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… e una meno correYa!
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