FÍSICA MÉDICA ESTUDIOS DE MEDICINA Troncal. PRIMER CURSO Primer cuatrimestre.

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1 GUIA DOCENTE DE LA ASIGNATURA DESCRIPTION OF INDIVIDUAL COURSE UNIT Nombre de la asignatura/módulo/unidad y código Course title and code Nivel (Grado/Postgrado) Level of course (Undergraduate/ Postgraduate) Plan de estudios en que se integra Programme in which is integrated FÍSICA MÉDICA ESTUDIOS DE MEDICINA 2002 English version Tipo (Troncal/Obligatoria/Optativa) Type of course (Core/Compulsory/Elective) Año en que se programa Year of study Calendario (Semestre) Calendar (Semester) Troncal. PRIMER CURSO Primer cuatrimestre. Créditos teóricos y prácticos Créditos teóricos: 4 Credits (theory and practics) Créditos prácticos. 2 Créditos expresados como volumen total de trabajo del estudiante (ECTS) Number of credits expressed as student workload (ECTS) Inicialmente calculados a partir del numero de créditos asignados en el plan de estudios 2002 (1 ECTS= 30 h) Descriptores (BOE) Descriptors 4.0 E C T S Introducción a la medicina y metodología científica. Historia de la salud, de la enfermedad y del ejercicio médico. Teoría y Método de la Medicina. Información, Documentación y terminologías Médicas. Bioestadística. Física Médica. Objetivos (expresados como resultados de aprendizaje y competencias) Objectives of the course (expressed in terms of learning outcomes and competences) La Física Médica está formada por un conjunto de saberes diversos, relativos al estudio y la aplicación de los conceptos, leyes, métodos e instrumentos de la Física a los seres humanos. El desarrollo de la enseñanza de la Física Médica exige de un sistema docente coordinado, tanto horizontal como verticalmente, con las restantes disciplinas del currículum de Medicina. De manera especial los contenidos de esta asignatura deben estar coordinados con los de Biofísica para evitar, en todo caso, ausencias o repeticiones de temas fundamentales. Situada en el Primer Curso de la Licenciatura en Medicina, la Física Médica precede en el tiempo a la explicación de los contenidos pertenecientes a Radiología General y Principios de Medicina Física, materia en la que el esfuerzo docente debe ser encaminado hacia la profundización teórica en contenidos relativos a las acciones biológicas de la radiación y del resto de los agentes físicos, por un 1

2 lado, y a sus aplicaciones diagnósticas y terapéuticas, por otro. El objetivo docente general de la Física Médica es el estudio de las propiedades de la materia viva, en particular de los órganos y sistemas del cuerpo humano. Mediante este estudio se trata de establecer relaciones entre fenómenos que se condicionan mutuamente, entre causas y efectos, para deducir de tales relaciones esquemas explicativos. El conocimiento de los hechos científicos subyacentes al funcionamiento de los sistemas corporales, la descripción de las propiedades y las relaciones existentes entre los fenómenos derivados de la interacción de los agentes físicos con el organismo y sus aplicaciones médicas, forman parte de los contenidos doctrinales de la Física Médica. Los objetivos docentes específicos, los contenidos y las horas lectivas de Física Médica en la Licenciatura de Medicina, estructurados por bloques de temas relacionados, de acuerdo con la programación que se ha acordado, se citan más adelante. (Ver programa de la asignatura) Prerrequisitos y recomendaciones Prerequisites and advises Contenidos (palabras clave) Course contents (ey words) Bibliografía recomendada Recommended reading No hay requisitos previos. D. JOU, J.E. LLEBOT, C. PÉREZ GARCÍA: Física para las ciencias de la vida (1994). Mc Graw- Hill /Interamericana de España, S.A.V. España. JUAN R. ZARAGOZA: Física e Instrumentación Médicas. 2ª edición (1992). Editorial Masson- Salvat. Barcelona ALAN H. CROMER: Física para las Ciencias de la vida. 2ª edición (1994). Editorial Reverté. Barcelona P. P. DENDY, B HEATON: Physics for Diagnostic Radiology. 2ª edición (1999) Institute of Physic Publishing. Londres ROBIN WILKS: Principles of Radiological Physics. 2ª Edición (1993). Editorial Churchill Livingstone. Edimburgo 2

3 B. H. BROWN, R. H. SMALLWOOD, DC BARBER, PV LAWFORD & D. R. HOSE. Medical Physics and Biomedical Engineering. (1999). Taylor and Francis Group, LLC. Métodos docentes Teaching methods 1. Lección magistral. 2. Seminarios. 3. Practicas de laboratorio. Actividades y horas de trabajo estimadas Activities and estimated workload (hours) ECTS: HORAS TOTALES: 121 Horas presneciales Horas NO presneciales Total ACTIVIDADES - TEORIA PRACTICAS DE LABORATORIO Y/O HABILIDADES PRACTICAS DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS (Seminarios, Discusión prácticas e informes Discusión de casos clinicos y/o artículos) Etc Etc EXAMENES. Total CRONOGRAMA (Se editará anualmente) Tipo de evaluación y criterios de calificación Assessment methods La evaluación constará de tres pruebas distintas: A. Evaluación de la enseñanza teórica El examen constará de dos partes: 1) 40 preguntas tipo test de elección múltiple (5 respuestas posibles) 2) 4 preguntas cortas La máxima nota correspondiente al examen teórico será de 7 puntos B. Evaluación de la enseñanza práctica Las/os alumnas/os deberán presentar debidamente terminado con las gráficas cálculos y comentarios que se piden en el cuaderno de prácticas que se les entrega al comienzo de las mismas. La asistencia a las clases prácticas y la entrega del cuaderno será obligatoria. 3

4 El trabajo individual presentado será calificado por los profesores que, en su caso, podrán convocar a determinados alumnos para realizar una entrevista personal y matizar la calificación. El examen teórico incluirá una pregunta que estará directamente relacionada con las enseñanzas impartidas en las clases prácticas La máxima nota correspondiente a la evaluación de la enseñanza práctica será de 2 puntos C. Evaluación del informe científico Las/os alumnas/os deberán elaborar y presentar en una sesión abierta a todos (alumnos y profesores) el resumen del tema que les haya sido asignado. La calidad de la presentación y los contenidos del informe serán valorados por los profesores que podrán calificar el trabajo nopresencial de los alumnos/as con una nota que alcanzará hasta un máximo de 1 punto. D. Calificación final La calificación final será la que resulte de sumar la puntuación obtenida en cada uno de los apartados A, B y C teniendo en cuenta que los alumnos han de superar unos conocimientos mínimos en los apartados A y B para aprobar la asignatura. Resultará así una nota que como máximo tendrá la puntuación de 10. Idioma usado en clase y exámenes Language of instruction Enlaces a más información Links to more information Español Nombre del profesor(es) y dirección de contacto para tutorías Name of lecturer(s) and address for tutoring Consultar ordenación docente de los departamentos mediante acceso identificado 4

5 PROGRAMA COMPLETO DE LA ASIGNATURA PROGRAMA DE TEORIA INTRODUCCIÓN 1. FÍSICA MÉDICA, CONCEPTO Y OBJETIVOS Relaciones entre Física y Medicina Física Médica y Radiología y Medicina Física 2. MAGNITUDES FÍSICAS Concepto de Magnitud. Sistemas de Unidades Análisis dimensional y teoría de la medida Incertidumbre en las medidas experimentales Precisión. Cifras significativas y error experimental Variables biológicas Propagación de errores en medidas indirectas complejas BASES DE LA BIOMECÁNICA 3. ASPECTOS GENERALES DE LA MECÁNICA Naturaleza vectorial de las fuerzas Composición de fuerzas Algunas fuerzas específicas Biomecánica del sistema músculo esquelético Momento de una fuerza. Equilibrio Equilibrio del sistema músculo-esquelético Campo gravitatorio Efectos fisiológicos de las aceleraciones 4. BIOELASTICIDAD Esfuerzo y deformación Ley de Hooke Energía potencial elástica Elasticidad y deformación de sólidos biológicos Elasticidad del músculo en reposo. Trabajo muscular Materiales de interés en Medicina 5. MECÁNICA DE FLUIDOS. ESTÁTICA Presión de un fluido Ecuación fundamental de la hidrostática Efecto de la gravedad sobre los fluidos Medida de la presión sanguínea. Manómetros 6. FENÓMENOS DE SUPERFICIE Efectos de superficie. Tensión superficial Capilaridad Mezclas de gases. Solubilidad en líquidos. 5

6 6.4.- Tensión superficial de las disoluciones Medida de la tensión superficial Tensión superficial en los alvéolos pulmonares. Oxigenación sanguínea TERMODINÁMICA DE LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS 7. TEMPERATURA Sistemas termodinámicos. Conceptos previos El concepto de proceso en termodinámica Primer Principio de la termodinámica Segundo Principio Termodinámica de los sistemas abiertos Entropía y seres vivos Regulación de la temperatura del cuerpo humano Hipertermia. Hipotermia. Aplicaciones clínicas Termografía. Aplicaciones en Medicina PRINCIPIOS FÍSICOS DE LA ELECTROLOGÍA MÉDICA 8. CAMPO ELÉCTRICO Y CORRIENTE ELÉCTRICA Las fuerzas fundamentales Intensidad y densidad de corriente Energía y potencia eléctrica Efecto Joule Efectos biológicos de las corrientes. Aplicaciones médicas 9. CAMPO MAGNÉTICO E INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Flujo magnético Inducción magnética Generadores eléctricos. Ondas electromagnéticas Biomagnetismo Precesión y frecuencia de Larmor. Resonancia Nociones de instrumentación FENÓMENOS ONDULATORIOS 10. MOVIMIENTO ONDULATORIO Movimiento oscilatorio armónico simple Concepto y tipos de ondas Teorema de Fourier Energía e intensidad del movimiento ondulatorio Ondas estacionarias 11. ELEMENTOS DE ACÚSTICA FÍSICA Ondas sonoras Magnitudes del campo acústico 6

7 Impedancia acústica Transmisión sonora Efecto Doppler Tipos de sonido Características biofísicas del sonido. 12. ULTRASONIDOS Mecanismos de producción de ultrasonidos interacción de los ultrasonidos con los materiales biológicos Efectos físicos y biofísicos de los ultrasonidos Bases físicas de las aplicaciones terapéuticas de ultrasonidos Aplicaciones diagnósticas de los ultrasonidos Fundamentos físicos de la obtención de imágenes ecográficas FÍSICA DE LAS RADIACIONES NO IONIZANTES 13. CUANTIZACIÓN DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Concepto de las radiaciones electromagnéticas Propiedades físicas generales: Frecuencia. Longitud de onda Espectro energético Interacción de las radiaciones electromagnéticas. Detección y medida Dualismo-onda partícula 14. LUZ VISIBLE: OPTICA FÍSICA Y GEOMÉTRICA Propagación de la luz visible Fenómenos de interferencia y difracción Reflexión y refracción Polarización de la luz Óptica de fibras aplicables en Medicina: Escopia Color 15. SISTEMAS ÓPTICOS CENTRADOS Terminología. Centro óptico y puntos modales Lentes esféricas delgadas. Asociación de lentes Aberraciones de los sistemas ópticos El ojo humano como sistema óptico. Descripción dióptrica del ojo Agudeza visual. Acomodación. Defectos de la visión. Corrección 16. RADIACIONES DE BAJA FRECUENCIA: ONDA CORTA Y MICROONDAS Origen, propiedades y clasificación Efectos fisiológicos generales Onda corta: producción y aplicaciones 7

8 Microondas: producción y aplicaciones 17. RADIACIÓN INFRARROJA, LUZ VISIBLE Y LUZ ULTRAVIOLETA Propiedades y efectos fisiológicos generales Instrumentación y dosimetría Termografía infrarroja. Aplicaciones diagnósticas Luz visible. Efectos fisiológicos generales Producción de la radiación ultravioleta Aplicaciones médicas de la luz ultravioleta 18. RADIACIÓN LASER: FÍSICA E INSTRUMENTACIÓN EN MEDICINA Producción de la radiación láser Parámetros físicos y absorción del láser Efectos biológicos Láser terapéutico. Esquema general de aplicaciones FÍSICA DE LAS RADIACIONES IONIZANTES 19. ESTRUCTURA DE LA MATERIA El átomo. Organización y niveles de energía Modelo de Bohr para el átomo de hidrógeno Otros modelos de estructura atómica Concepto de orbitales y suborbitales Energía de ligadura de los electrones. Potencial de ionización 20. ESTRUCTURA NUCLEAR El núcleo atómico, propiedades del núcleo Constituyentes elementales de la materia Isótopos, Isóbaros, Isótonos e Isómeros Masa y energía de ligadura. Defecto de masa Estabilidad e inestabilidad nuclear 21. RADIACTIVIDAD Descubrimiento de la radiactividad natural Las sustancias radiactivas y el origen de sus radiaciones Familias o series radiactivas Transformaciones nucleares artificiales Radiactividad artificial 22. DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA Tipos de desintegración. Esquemas Ley general del proceso de desintegración radiactiva Período de semidesintegración Vida media de un isótopo radiactivo Equilibrios radiactivos Isótopos de interés en medicina 23. RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS IONIZANTES 8

9 Distinción entre fotones X y fotones γ Aspectos tecnológicos de la producción de rayos X El generador tradicional Acelerador lineal. Interés en Radioterapia 24. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN IONIZANTE CON LA MATERIA Fenómenos fundamentales Interacción fotón-electrón y fotón-núcleo Probabilidad de efecto fotoeléctrico, Compton y de formación de pares Ley del proceso de atenuación de la radiación electromagnética Atenuación de un haz poli-energético. Filtración Avance de las aplicaciones diagnósticas y terapéuticas 25. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CORPUSCULAR CON LA MATERIA Interacción de partículas pesadas Interacción de electrones Interacción de neutrones Ejemplos de aplicaciones médicas 26. UNIDADES Y MAGNITUDES RADIOLÓGICAS Magnitudes relacionadas con el haz de radiación Magnitudes relacionadas con la interacción radiación materia Magnitudes relacionadas con los efectos biológicos Nociones sobre protección radiológica 27. DETECCIÓN Y MEDIDA DE LAS RADIACIONES Introducción Cámaras de ionización; Contadores proporcionales y Geiger-Müller Contadores de centelleo sólido y líquido Métodos dosimétricos. Dosimetría biológica PRINCIPIOS FÍSICOS DEL EMPLEO DE LAS RADIACIONES EN MEDICINA 28. FÍSICA DEL DIAGNÓSTICO RADIOLÓGICO Introducción a la Radiología diagnóstica La imagen latente. La imagen Radiográfica Físico-química de la formación de la imagen visible Películas y pantallas radiográficas. Intensificadores de imagen Calidad de la imagen: Contraste, nitidez, resolución 29. GENERALIDADES DE LA UTILIZACIÓN DE ISÓTOPOS EN MEDICINA Trazadores y moléculas vectoras. Radiofármacos Instrumentación: Gammacámara Estudios dinámicos. Ejemplos de análisis compartimental 9

10 Estudios estáticos. Gammagrafía Tomografía de emisión de positrones 30. TOMOGRAFÍA AXIAL COMPUTARIZADA Atenuación tisular y valores Reconstrucción de la imagen Resolución espacial y de contraste Sistemas de TAC: Secuencial, Dinámico, Helicoidal y Multicorte Reconstrucción tridimensional 31. RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR Fundamentos. Comportamiento magnético de los protones Acción de un campo magnético exterior El fenómeno de la resonancia magnética Los valores de la relajación Reconstrucción de la imagen. Pulsos de radiofrecuencia 32. PRINCIPIOS FÍSICOS Y MODALIDADES DE LA RADIOTERAPIA Cesión de energía y consecuencias biológicas Radioterapia externa Braquiterapia Radioterapia metabólica Dosimetría y control de calidad PROGRAMA DE PRÁCTICAS SEMINARIOS Seminario 1: Desintegración radiactiva. Ley general. Aproximación empírica al periodo de semidesintegración. Seminario 2: Fundamentos de radioprotección: Distancia, blindaje y tiempo de exposición. Seminario 3: Espectrofotometría. Ley de Lambert-Beer. Seminario 4: Conversión de la imagen radiológica en imagen radiográfica. Densidades radiológicas. Seminario 5: Fundamentos físicos de la propagación y reflexión de ondas sonoras. Seminario 6: Construcción óptica de imágenes. Simulación del ojo reducido. 10

11 EXPERIMENTACIÓN Práctica 1: Medidas de radiactividad: Estadística de contaje. Práctica 2: Interacción de la radiación con la materia: a) ley del inverso del cuadrado de la distancia. Práctica 3: Medidas cuantitativas de concentración basadas en la absorción de la luz. Práctica 4: Interacción de la radiación con la materia: atenuación de la radiación. Práctica 5: Experimentación: Óptica Práctica 6: Propagación y reflexión de las ondas sónicas en al materia Práctica 7: Experimentación: Reflexión de Rayos X. Ley de Bragg 11