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
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
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: 4.0 39 HORAS TOTALES: 121 Horas presneciales Horas NO presneciales Total ACTIVIDADES - TEORIA...35......30... - PRACTICAS DE LABORATORIO Y/O HABILIDADES...13......15... - PRACTICAS DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS (Seminarios, Discusión prácticas e informes Discusión de casos clinicos y/o artículos)...... -Etc.......58... -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
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 http://www.ugr.es/ http://www.ugr.es/~facmed/ 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 http://www.ugr.es/ 4
PROGRAMA COMPLETO DE LA ASIGNATURA PROGRAMA DE TEORIA INTRODUCCIÓN 1. FÍSICA MÉDICA, CONCEPTO Y OBJETIVOS 1.1.- Relaciones entre Física y Medicina 1.2.- Física Médica y Radiología y Medicina Física 2. MAGNITUDES FÍSICAS. 2.1.- Concepto de Magnitud. Sistemas de Unidades 2.2.- Análisis dimensional y teoría de la medida 2.3.- Incertidumbre en las medidas experimentales 2.4.- Precisión. Cifras significativas y error experimental 2.5.- Variables biológicas. 2.6.- Propagación de errores en medidas indirectas complejas BASES DE LA BIOMECÁNICA 3. ASPECTOS GENERALES DE LA MECÁNICA 3.1.- Naturaleza vectorial de las fuerzas 3.2.- Composición de fuerzas 3.3.- Algunas fuerzas específicas 3.4.- Biomecánica del sistema músculo esquelético 3.5.- Momento de una fuerza. Equilibrio 3.6.- Equilibrio del sistema músculo-esquelético 3.7.- Campo gravitatorio 3.8.- Efectos fisiológicos de las aceleraciones 4. BIOELASTICIDAD 4.1.- Esfuerzo y deformación 4.2.- Ley de Hooke 4.3.- Energía potencial elástica 4.4.- Elasticidad y deformación de sólidos biológicos 4.5.- Elasticidad del músculo en reposo. Trabajo muscular 4.6.- Materiales de interés en Medicina 5. MECÁNICA DE FLUIDOS. ESTÁTICA 5.1.- Presión de un fluido 5.2.- Ecuación fundamental de la hidrostática 5.3.- Efecto de la gravedad sobre los fluidos 5.4.- Medida de la presión sanguínea. Manómetros 6. FENÓMENOS DE SUPERFICIE 6.1.- Efectos de superficie. Tensión superficial 6.2.- Capilaridad 6.3.- Mezclas de gases. Solubilidad en líquidos. 5
6.4.- Tensión superficial de las disoluciones 6.6.- Medida de la tensión superficial 6.7.- Tensión superficial en los alvéolos pulmonares. Oxigenación sanguínea TERMODINÁMICA DE LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS 7. TEMPERATURA 7.1.- Sistemas termodinámicos. Conceptos previos 7.2.- El concepto de proceso en termodinámica 7.3.- Primer Principio de la termodinámica 7.4.- Segundo Principio 7.5.- Termodinámica de los sistemas abiertos 7.6.- Entropía y seres vivos 7.7.- Regulación de la temperatura del cuerpo humano. 7.8.- Hipertermia. Hipotermia. Aplicaciones clínicas 7.9.- Termografía. Aplicaciones en Medicina PRINCIPIOS FÍSICOS DE LA ELECTROLOGÍA MÉDICA 8. CAMPO ELÉCTRICO Y CORRIENTE ELÉCTRICA 8.1.- Las fuerzas fundamentales 8.2.- Intensidad y densidad de corriente 8.4.- Energía y potencia eléctrica 8.5.- Efecto Joule 8.6.- Efectos biológicos de las corrientes. Aplicaciones médicas 9. CAMPO MAGNÉTICO E INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA 9.1.- Flujo magnético 9.2.- Inducción magnética 9.4.- Generadores eléctricos. Ondas electromagnéticas 9.5.- Biomagnetismo 9.6.- Precesión y frecuencia de Larmor. Resonancia 9.7.- Nociones de instrumentación FENÓMENOS ONDULATORIOS 10. MOVIMIENTO ONDULATORIO 10.1.- Movimiento oscilatorio armónico simple 10.2.- Concepto y tipos de ondas 10.3.- Teorema de Fourier 10.4.- Energía e intensidad del movimiento ondulatorio 10.5.- Ondas estacionarias 11. ELEMENTOS DE ACÚSTICA FÍSICA 11.1.- Ondas sonoras 11.2.- Magnitudes del campo acústico 6
11.3.- Impedancia acústica 11.4.- Transmisión sonora 11.5.- Efecto Doppler. 11.6.- Tipos de sonido 11.7.- Características biofísicas del sonido. 12. ULTRASONIDOS 12.1.- Mecanismos de producción de ultrasonidos 12.2.- interacción de los ultrasonidos con los materiales biológicos 12.3.- Efectos físicos y biofísicos de los ultrasonidos 12.4.- Bases físicas de las aplicaciones terapéuticas de ultrasonidos 12.5.- Aplicaciones diagnósticas de los ultrasonidos 12.6.- Fundamentos físicos de la obtención de imágenes ecográficas FÍSICA DE LAS RADIACIONES NO IONIZANTES 13. CUANTIZACIÓN DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA 13.1.- Concepto de las radiaciones electromagnéticas 13.2.- Propiedades físicas generales: Frecuencia. Longitud de onda 13.3.- Espectro energético 13.4.- Interacción de las radiaciones electromagnéticas. Detección y medida 13.5.- Dualismo-onda partícula 14. LUZ VISIBLE: OPTICA FÍSICA Y GEOMÉTRICA 14.1.- Propagación de la luz visible 14.2.- Fenómenos de interferencia y difracción 14.3.- Reflexión y refracción 14.4.- Polarización de la luz 14.5.- Óptica de fibras aplicables en Medicina: Escopia 14.6.- Color 15. SISTEMAS ÓPTICOS CENTRADOS. 15.1.- Terminología. Centro óptico y puntos modales 15.2.- Lentes esféricas delgadas. Asociación de lentes 15.3.- Aberraciones de los sistemas ópticos 15.4.- El ojo humano como sistema óptico. Descripción dióptrica del ojo 15.5.- Agudeza visual. Acomodación. Defectos de la visión. Corrección 16. RADIACIONES DE BAJA FRECUENCIA: ONDA CORTA Y MICROONDAS 16.1.- Origen, propiedades y clasificación 16.2.- Efectos fisiológicos generales 16.3.- Onda corta: producción y aplicaciones 7
16.4.- Microondas: producción y aplicaciones 17. RADIACIÓN INFRARROJA, LUZ VISIBLE Y LUZ ULTRAVIOLETA 17.1.- Propiedades y efectos fisiológicos generales 17.2.- Instrumentación y dosimetría 17.3.- Termografía infrarroja. Aplicaciones diagnósticas 17.4.- Luz visible. Efectos fisiológicos generales 17.5.- Producción de la radiación ultravioleta 17.6.- Aplicaciones médicas de la luz ultravioleta 18. RADIACIÓN LASER: FÍSICA E INSTRUMENTACIÓN EN MEDICINA 18.1.- Producción de la radiación láser 18.2.- Parámetros físicos y absorción del láser 18.3.- Efectos biológicos 18.4.- Láser terapéutico. Esquema general de aplicaciones FÍSICA DE LAS RADIACIONES IONIZANTES 19. ESTRUCTURA DE LA MATERIA 19.1.- El átomo. Organización y niveles de energía 19.2.- Modelo de Bohr para el átomo de hidrógeno 19.3.- Otros modelos de estructura atómica 19.4.- Concepto de orbitales y suborbitales 19.5.- Energía de ligadura de los electrones. Potencial de ionización 20. ESTRUCTURA NUCLEAR 20.1.- El núcleo atómico, propiedades del núcleo 20.2.- Constituyentes elementales de la materia 20.3.- Isótopos, Isóbaros, Isótonos e Isómeros 20.4.- Masa y energía de ligadura. Defecto de masa 20.5.- Estabilidad e inestabilidad nuclear 21. RADIACTIVIDAD 21.1.- Descubrimiento de la radiactividad natural 21.1.- Las sustancias radiactivas y el origen de sus radiaciones 21.3.- Familias o series radiactivas 21.4.- Transformaciones nucleares artificiales 21.5.- Radiactividad artificial 22. DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA 22.1.- Tipos de desintegración. Esquemas 22.2.- Ley general del proceso de desintegración radiactiva 22.3.- Período de semidesintegración 22.4.- Vida media de un isótopo radiactivo 22.5.- Equilibrios radiactivos 22.6.- Isótopos de interés en medicina 23. RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS IONIZANTES 8
23.1.- Distinción entre fotones X y fotones γ 23.2.- Aspectos tecnológicos de la producción de rayos X 23.3.- El generador tradicional 23.4.- Acelerador lineal. Interés en Radioterapia 24. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN IONIZANTE CON LA MATERIA 24.1.- Fenómenos fundamentales 24.2.- Interacción fotón-electrón y fotón-núcleo 24.3.- Probabilidad de efecto fotoeléctrico, Compton y de formación de pares 24.4.- Ley del proceso de atenuación de la radiación electromagnética 24.5.- Atenuación de un haz poli-energético. Filtración 24.6.- Avance de las aplicaciones diagnósticas y terapéuticas 25. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CORPUSCULAR CON LA MATERIA 25.1.- Interacción de partículas pesadas 25.2.- Interacción de electrones 25.3.- Interacción de neutrones 25.4.- Ejemplos de aplicaciones médicas 26. UNIDADES Y MAGNITUDES RADIOLÓGICAS 26.1.- Magnitudes relacionadas con el haz de radiación 26.2.- Magnitudes relacionadas con la interacción radiación materia 26.3.- Magnitudes relacionadas con los efectos biológicos 26.4.- Nociones sobre protección radiológica 27. DETECCIÓN Y MEDIDA DE LAS RADIACIONES 27.1.- Introducción 27.2.- Cámaras de ionización; Contadores proporcionales y Geiger-Müller 27.3.- Contadores de centelleo sólido y líquido 27.4.- Métodos dosimétricos. Dosimetría biológica PRINCIPIOS FÍSICOS DEL EMPLEO DE LAS RADIACIONES EN MEDICINA 28. FÍSICA DEL DIAGNÓSTICO RADIOLÓGICO 28.1- Introducción a la Radiología diagnóstica 28.1- La imagen latente. La imagen Radiográfica 28.3.- Físico-química de la formación de la imagen visible 28.4.- Películas y pantallas radiográficas. Intensificadores de imagen 28.4.- Calidad de la imagen: Contraste, nitidez, resolución 29. GENERALIDADES DE LA UTILIZACIÓN DE ISÓTOPOS EN MEDICINA 29.1.- Trazadores y moléculas vectoras. Radiofármacos 29.2.- Instrumentación: Gammacámara 29.3.- Estudios dinámicos. Ejemplos de análisis compartimental 9
29.4.- Estudios estáticos. Gammagrafía. 29.5.- Tomografía de emisión de positrones 30. TOMOGRAFÍA AXIAL COMPUTARIZADA 30.1.- Atenuación tisular y valores 30.2.- Reconstrucción de la imagen 30.3.- Resolución espacial y de contraste 30.4.- Sistemas de TAC: Secuencial, Dinámico, Helicoidal y Multicorte 30.5.- Reconstrucción tridimensional 31. RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR 31.1.- Fundamentos. Comportamiento magnético de los protones 31.2.- Acción de un campo magnético exterior 31.3.- El fenómeno de la resonancia magnética 31.4.- Los valores de la relajación 31.5.- Reconstrucción de la imagen. Pulsos de radiofrecuencia 32. PRINCIPIOS FÍSICOS Y MODALIDADES DE LA RADIOTERAPIA 32.1.- Cesión de energía y consecuencias biológicas 32.2.- Radioterapia externa 32.3.- Braquiterapia 32.4.- Radioterapia metabólica 32.5.- 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
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