Medizinische Physik und Statistik I. 2016/17, I. Semester

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1 Medizinische Physik und Statistik I. 2016/17, I. Semester Pflichtkurs DATEN DES KURSES Titel des Kurses: Medizinische Physik und Statistik I. Kreditpunkte: 5 Kreditpunkte Vorlesung: 3 Stunden pro Woche, Kurscode: AOK-KUN051 Prüfungsform: schriftliche/mündliche Prüfung Medizinische Physik: Mittwoch, 8:00 s.t. 9:30 Uhr Biostatistik: Donnerstag, 13:00 s.t. 13:45 Uhr Praktika/Seminar: 2 Stunden 14-tägig im Wechsel Kurscode: AOK-KUN052 Prüfungsform: Unterschrift Pflichtliteratur: Damjanovich, S. Fidy, J. Szöllősi, J. (Verf.): Biophysik für Mediziner. Budapest, Medicina Verlag, Prof. Dr. Leonhard Held Dr. Kaspar Rufibach Prof. Dr. Burkhardt Seifert: Medizinische Statistik, Pearson, 2013 Empfohlene Literatur: Volkers Harms: Physik für Mediziner und Pharmazeuten, Harms Verlag, 17., überarbeitete Auflage. Paul Davidovits: Physics in Biology and Medicine. Fourth edition. Academic Press, (auf Englisch) Alle Informationen zum Kurs sind auch unter folgendem Link zu finden: www2.szote.u-szeged.hu/dmi/ger/

2 ZIELE DES KURSES Der Kurs besteht aus zwei Einheiten. Es sind die Medizinische Physik und die Biostatistik. Das Ziel der Einheit Medizinische Physik ist im Hinblick auf die immer größere Verbreitung der physikalischen Prinzipien und Methoden auf fast allen Gebieten der Medizin die nötigen theoretischen und praktischen Physikkenntnisse für das Medizinstudium bereitzustellen. Ausgehend von einer Wiederholung bzw. Erweiterung der relevanten Gymnasialkenntnisse in Physik, werden die für das Medizinstudium wichtigen Kapitel mit den speziellen Kenntnissen der Medizinischen Physik ergänzt. Es werden die wichtigsten physikalischen Grundlagen, die für das Verständnis der Lebensprozesse Bewegung, Muskeltätigkeit, Kreislauf, Atmung, Sinnesempfindung, Zelltransportprozesse, usw., nötig sind, vermittelt. Diese werden so aufbereitet, dass die Voraussetzungen für den optimalen Fortgang des Medizinstudiums gegeben sind. Die in der Einheit Medizinische Physik angebotene Vorlesung wird in Verbindung mit einem Seminar und einer Messübung ergänzt. Die Funktion des Seminars ist es, den Vorlesungsstoff in kleinen Gruppen zu diskutieren und Fragen zu klären. Die Messübung (Praktikum) bereitet die späteren Untersuchungen von physiologischen Erscheinungen vor. Durch diese modellhafte Herangehensweise dienen sie dem direkten Verständnis der in der ärztlichen Praxis angewandten physikalischen Vorgänge und Methoden. Diese Messübungen, die in kleinen Gruppen durchgeführt werden, führen die Studenten in die experimentelle Arbeit und in die praktische Anwendung der Grundlagen der Datenverarbeitung ein. Das Ziel der Einheit Biostatistik (Vorlesung, eine Stunde wöchentlich) ist, solche Kenntnisse aus der Statistik bereitzustellen, die in der Praxis sowohl bei der Heilung als auch in der Forschung auf hohem Niveau unerlässlich sind. Es werden die Begriffe Daten und Datenerhebung eingeführt. Es werden weiterhin die Möglichkeiten für die Datenverarbeitung, Datendarstellung und Dateninterpretation geboten. Es werden weiterhin die Methoden der Trendprüfung, das Testen von statistischen Hypothesen und die am häufigsten benutzten statistischen Prüfverfahren und ihre Anwendungen eingeführt. Neben der wöchentlichen Vorlesung Biostatistik empfehlen wir die Teilnahme an der Wahlpflichtübung Biostatistische Rechnungen (2 Stunden pro Woche, Kurscode: AOK-KN1801). Das Semester schließt mit schriftlichen und/oder mündlichen Semesterabschlussprüfungen. Diese Prüfungen basieren auf den Themen der Vorlesungen, Seminare, Übungen, Praktika und auf den passenden Kapiteln der Pflichtliteratur.

3 BESTIMMUNGEN FÜR DIE TEILNAHME AN DEN LEHRVERANSTALTUNGEN Die Teilnahme an den Vorlesungen, sowohl in Medizinischer Physik als auch in der Biostatistik, wird dringend empfohlen. Das Herunterladen der Vorlesungspräsentationen kann die Teilnahme nicht ersetzen. Am Ende des Semesters muss ein Leistungsnachweis in Form der erfolgreichen Teilnahme an den Semesterabschlussprüfungen erbracht werden. Die Physik Vorlesung (zwei Stunden wöchentlich) wird in Verbindung mit einem Seminar (2 Stunden, 14-tägig, in kleinen Gruppen) und einer Messübung (Praktikum, 2 Stunden, 14-tägig) angeboten. Die Funktion des Seminars ist es, den Vorlesungsstoff in kleinen Gruppen zu diskutieren und Fragen zu klären. Die Messübung (Praktikum) bereitet die späteren Untersuchungen von physiologischen Erscheinungen vor. Diese Messübungen, die in kleinen Gruppen durchgeführt werden, führen die Studenten in die experimentelle Arbeit und in die praktische Anwendung der Grundlagen der Datenverarbeitung ein. Die Voraussetzung für die Zulassung zur Prüfung ist die Erfüllung der Mindestanforderungen für sowohl die Seminare, als auch für die Praktika (siehe unten). Die aktive Teilnahme an den Seminaren und Praktika ist obligatorisch. Im Falle von unentschuldigter Abwesenheit gilt der Kurs als nicht bestanden. Bei den Seminaren werden nur zwei entschuldigte Abwesenheiten toleriert, die entsprechend der Anweisung des Seminarleiters nachgeholt werden müssen. Die versäumten Praktika müssen ebenfalls nachgeholt werden. Eine Zulassung zur Prüfung kann nur nach dem erfolgreichen Absolvieren aller 5 Laborpraktika und nach dem Erhalt der Bestätigung über die akzeptierte Seminar- und Praktikumsarbeit erteilt werden. Eine zusätzliche Bedingung für die Zulassung zur Prüfung ist eine besser als 20%-ige Leistung sowohl in den Seminartests, als auch in den Praktikumstests. Die Hilfsmaterialen zu den einzelnen Versuchen sind auf der Webseite des Instituts (www2.szote.u-szeged.hu/dmi/ger/ [Unterricht» Handouts]) und im Coospace- System zu finden. Vor den Praktika wird eine sorgfältige Vorbereitung anhand der Handouts erwartet. Ohne eine angemessene Vorbereitung darf der Praktikumsleiter die Anerkennung des Laborversuches verweigern. Ein sachgerechter und vorsichtiger Umgang mit den in den Laborräumen bereitgestellten Gegenständen und Geräten wird vorausgesetzt! Nur im Falle einer entschuldigten Abwesenheit kann der entsprechende Versuch nachgeholt werden. Dieses kann entweder in dem gleichen Zeitraum des entsprechenden Versuches (wenn die Kapazität der Räume mit deutschsprachiger Betreuung es zulässt) oder einzeln in einer anderen Nachholgruppe in der letzten Woche des Semesters (Datum und Zeitpunkt wird später veröffentlicht) erfolgen:

4 In der Nachholwoche können maximal zwei Praktika (im Rahmen der getrennten Nachholgruppen) nachgeholt werden. Wird die erfolgreiche Teilnahme nicht für alle angebotenen Messungen vorgelegt, so gilt das Praktikum als nicht bestanden und kann erst im nächsten akademischen Jahr nachgeholt werden! LEISTUNGSKONTROLLEN WÄHREND DES SEMESTERS UND BONUSPUNKTE Am Anfang jedes Seminars und Praktikums wird die Vorbereitung im Rahmen eines Tests kontrolliert. Die Praktikumstests befassen sich mit dem theoretischen Hintergrund des aktuellen Versuches und mit dem theoretischen Hintergrund UND mit den Beobachtungen, den Instrumenten usw. der bisherigen Praktika. Jeder Praktikumstest enthält 3 Multiple- Choice Fragen (je 1 Punkt) in gleicher Form, wie die Prüfungsfragen. Am Ende des Semesters wird der erwartete Wissensstand im Rahmen einer Klausur kontrolliert, wodurch man weitere 10 Punkte erhalten kann. Die Seminartests prüfen den Stoff des vorigen Seminars. Jeder Seminartest enthält 3 Multiple-Choice Fragen (je 1 Punkt) und eine Rechenaufgabe (2 Punkte). Die Voraussetzung der Unterschrift der Anleiter für die Seminare und Praktika ist, dass sowohl für die Seminartests, als auch für die Praktikumtests mehr als 20 % (mind. 6 Punkte) der Gesamtpunktzahl (25 Punkte) erreicht werden. Ansonsten muss am Ende des Semesters eine Nachholklausur aus dem ganzen Material der Seminare und/oder der Praktika erfolgreich absolviert werden. Das Umrechnen der Seminar- und Praktikumspunkte zu Prüfungspunkten: 0 5 Punkte: Nachholklausurpflicht 6 8 Punkte: 0 Prüfunkspunkt 9 11 Punkte: 1 Prüfunkspunkt Punkte: 2 Prüfunkspunkte Punkte: 3 Prüfunkspunkte Punkte: 4 Prüfunkspunkte Punkte: 5 Prüfunkspunkte Für herausragende Leistungen in den Seminaren kann 1 Bonuspunkt vergeben werden. Die Teilnahme an den Vorlesungen wird regelmäßig kontrolliert. Die Anwesenheit wird für jede Person dreimal, zu zufälligen Zeitpunkten, dokumentiert und die dokumentierten Anwesenheiten werden in max. 3 Prüfungsbonuspunkten konvertiert. Für die Registration an den Anwesenheitskontrollen ist immer ein Personalausweis oder ein Reisepass erforderlich. Die o.g. Bonuspunkte werden zu den Prüfungspunkten addiert.

5 LEISTUNGSKONTROLLEN AM ENDE DES SEMESTERS Der erfolgreiche Abschluss des Kurses Medizinische Physik und Statistik I. ist an die erfolgreiche Teilnahme an den Semesterabschlussprüfungen, sowohl in Physik als auch in Statistik, gebunden. Die Abschlussprüfungen, sowohl für Physik als auch für Statistik, werden an einem gemeinsamen Termin abgehalten. Beide Teilprüfungen müssen voneinander unabhängig die Mindestanforderungen ergeben. Die Abschlussprüfungen werden an einem Institutscomputer im Coospace-System der Universität Szeged durchgeführt. Es werden gleichzeitig zwei unabhängige Listen mit Fragen für Physik und Statistik angeboten. Es besteht die Möglichkeit, jederzeit beliebig zwischen dem Teil für Physik bzw. Statistik hin und her zu wechseln. Ein Ungenügend in Statistik oder Physik bedeutet, dass der gesamte Kurs als nicht bestanden gilt. Form der Prüfung Für den Physik Teil der Abschlussprüfung werden sowohl Multiple Choice Fragen als auch in geringem Umfang (weniger als 20 %) Rechenaufgaben im Coospace System gestellt. Die Ergebnisse der Rechenaufgaben werden als Zahlenwerte in die entsprechen Felder eingeben. Für den Statistik Teil der Abschlussprüfung werden Multiple Choice Fragen gestellt. Anzahl der Fragen Physik 40 Fragen Statistik 20 Fragen Zeitdauer Insgesamt für beide Teile der Prüfung 80 Minuten. Hilfsmittel Physik: Schreibzeug, Taschenrechner Statistik: gestellte Formelsammlung und Tabelle, Schreibzeug, Taschenrechner Elektronische Geräte mit zusätzlichen Rechnerfunktion (Mobiltelefone, etc.) sind nicht zugelassen. Zulassung zur Prüfung Mindestens 6 Seminartestpunkte von den 25 maximal möglichen. Unterschrift für die erfolgreiche Teilnahme an allen 6 Seminaren. Mindestens 6 Praktikumstestpunkte von den 25 maximal möglichen. Unterschrift für die erfolgreiche Teilnahme an allen 5 Praktikumsterminen.

6 Anmeldung zur Prüfung Die Prüfungsanmeldung erfolgt im ETR-System. Die Anmeldung für eine Prüfung im ETR endet automatisch 24 Stunden vor der Prüfung. Die möglichen Prüfungstermine werden im ETR-System in angemessenem Abstand vor dem ersten Prüfungstermin angekündigt. Bewertungskriterien Die Abschlussprüfung besteht aus zwei Teilen, Physik und Biostatistik. Ein Ungenügend in einem der beiden Fächer bedeutet, dass der gesamte Kurs als nicht bestanden gilt. In der Semesterabschlussprüfung in der Einheit Medizinische Physik können max. 40 Punkte erreicht werden. Die für die Berechnung des Gesamtergebnisses erreichbare Punktzahl ergibt sich aus der Addition der in der Abschlussprüfung erzielten Punkte, der Seminar- und Praktikumspunkte und der eventuellen Bonuspunkte. Das Gesamtergebnis ergibt sich nach folgender Tabelle: 0 25 Punkte: ungenügend (1) Punkte: genügend (2) Punkte: befriedigend (3) Punkte: gut (4) Punkte: sehr gut (5) In der Semesterabschlussprüfung in der Einheit Biostatistik können max. 20 Punkte erreicht werden. Das Ergebnis ergibt sich nach folgender Tabelle: 0 9 Punkte: ungenügend (1) Punkte: genügend (2) Punkte: befriedigend (3) Punkte: gut (4) Punkte: sehr gut (5) Es wird darauf hingewiesen, dass die Prüfung in Biostatistik als unbestanden gilt, wenn nicht mindestens 50% der möglichen Punktzahl erreicht wird! Für die Berechnung des Gesamtergebnisses für den Kurs Medizinische Physik und Statistik gehen die Leistungen aus der Einheit in Medizinischer Physik zu 2/3 und aus der Einheit in Biostatistik zu 1/3 ein. Wiederholung der Prüfung

7 Bei ungenügender Leistung darf die Prüfung zweimal wiederholt werden. Wenn auch die dritte Prüfung nur mit ungenügend bewertet wurde, kann noch eine mündliche Prüfung erfolgen. Die Möglichkeit einer eventuellen Nachholprüfung richtet sich nach den Regeln der Allgemeinen Studiengesetze für Studierende. In der Nachholprüfungsperiode können keine regulären Prüfungen ablegt werden. Prof. Ferenc Bari Institutsleiter

8 Themenplan der Physik-Vorlesungen 1. Einleitung 2. Die Mechanik des menschlichen Körpers Die Mechanik des menschlichen Körpers Mechanische Schwingungen in dem lebenden Organismus. 5. Die Grundlagen der Wellentheorie. Der Doppler-Effekt. Der Schall und der Ultraschall: die Beschreibung der physikalischen Erscheinung, die Eigenschaften der Wechselwirkung zwischen Ultraschall und Gewebe, die Grundlagen der medizinische Anwendungen. 6. Biophysik der Sinnesorgane: das Hören. 7. Gesetzmäßigkeiten der Strömung von Gasen und Flüssigkeiten Gesetzmäßigkeiten der Strömung von Gasen und Flüssigkeiten Physik von biologischen Membranen, Diffusion, Osmose. 10. Die thermischen Wechselwirkungen des menschlichen Körpers und der Umgebung. Die Temperatur und die Temperaturmessung, Wärme, Wärmeübertragung. 11. Optik. 12. Biophysik der Sinnesorgane: das Sehen. 13. Thermodynamische Beziehungen von Transportprozessen. Themenplan der Statistik-Vorlesungen 1. Einleitung. Beispiele für biostatistische Probleme und die Verwendung von Biostatistik. Datentypen, Verteilungen. 2. Datentypen, Grundstatistiken nach dem Datentyp (Häufigkeiten, Mittelwerte, Maßzahlen der Streuung), Darstellungen, Punktrepräsentation für Korrelation. 3. Wahrscheinlichkeit, Population, Stichprobe. Statistische Auswahl, bedingte Wahrscheinlichkeit, diagnostische Tests. 4. Bekannte Verteilungen (Gleich-, Binomial-, Normalverteilung). Verteilung der Population mit einem bestimmten Mittelwert und einer bestimmten Standardabweichung (eine Normalverteilung angenommen). 5. Standardfehler, Konfidenzintervalle. 6. Hypothesentests: Einstichproben- und gepaarter t-test. 7. Zweistichproben-t-Test, F-Test. 8. Varianzanalyse: einfaktorielle ANOVA. 9. Korrelation- und Regressionsmodelle, Regressionen durch Transformationen. Hypothesentests für die Korrelation und die Regressionskoeffizienten. 10. Chi-Quadrat-Test Tabellen. Odd ratio, relatives Risiko, Kappa-Koeffizient. 12. Rangtest: Wilcoxon- und Mann Whitney-Test. Rangkorrelationskoeffizient. 13. Überlebensanalyse. 14. Zusammenfassung.

9 Themenplan für die Praktika 1. Einleitung zum Biopac-Messsystem. 2. Grundkenntnisse der Messkunde: Messfehler, Fehlerfortpflanzung im Falle von abgeleiteten Größen, Auswertung von Messungen. Anthropometrische Messungen: Körpermaße (Körpergewicht, Körperhöhe, Oberfläche, Volumen, Dichte). 3. Der Schall als mechanische Welle. 4. Prinzipien für die Blutdruckmessung und ihre Anwendungen. 5. Auswertung der Daten der Blutdruckmessung. 6. Die Optik der Augen. Themenplan für die Seminare 1. Mechanik 1 2. Mechanik 2 3. Schwingungen und Wellen 4. Strömungen 5. Thermodynamik 6. Optik