Physics with Medical Physics MPhys

The University of Sheffield

Ce module présente les concepts clés des champs et des quanta : les champs électriques et magnétiques, le comportement des charges et des courants électriques, les vecteurs et les densités, les potentiels, les états quantiques et leur évolution, la nature probabiliste des lois physiques fondamentales et l'effondrement de la physique classique. Ce module t'apprendra comment les problèmes de physique sont liés à ces concepts fondamentaux, et comment ces concepts sont utilisés pour construire des solutions.

Ce module présente les concepts et les outils analytiques permettant de prédire le comportement de combinaisons d'éléments de circuits passifs, de résistance, de capacité et d'inductance pilotés par des sources de tension et/ou de courant idéales qui peuvent être des sources de courant alternatif ou continu. Les idées impliquées sont importantes non seulement du point de vue de la modélisation de circuits électroniques réels mais aussi parce que de nombreux processus compliqués en biologie, en médecine et en ingénierie mécanique sont eux-mêmes modélisés par des circuits électriques. Les idées passives sont étendues aux composants électroniques actifs ; diodes, transistors et amplificateurs opérationnels et aux circuits dans lesquels ces dispositifs sont utilisés. Les transformateurs, le magnétisme et les moteurs à courant continu sont également couverts.

Ce module fournit les mathématiques de niveau 1 nécessaires aux étudiants qui suivent un cursus de physique et/ou d'astronomie. Les sujets suivants seront abordés : algèbre de base (fonctions, systèmes de coordonnées, manipulation algébrique, etc.), séries de Taylor et binomiales, fonctions communes d'une variable, techniques de différenciation et d'intégration, nombres complexes de base, équations différentielles du premier et du second ordre, calcul vectoriel, propriétés et applications des matrices et théorie élémentaire des probabilités.

Ce module présente et applique les concepts clés du mouvement et de la chaleur : la force, les équations du mouvement, l'espace des phases, le déterminisme et le libre arbitre, la symétrie et les lois de conservation, les ondes et les oscillations, la cohérence et l'incertitude classique fréquence-temps, les lois de la thermodynamique, l'équilibre thermique, l'entropie et la flèche du temps. Tu apprendras comment les problèmes de physique sont liés à ces concepts fondamentaux, et comment ces concepts sont utilisés pour construire des solutions. Tu appliqueras les concepts clés pour concevoir des expériences afin de tester des hypothèses scientifiques. Tu développeras tes compétences en analyse de données et en communication et tu utiliseras différentes sources d'information dans ton apprentissage. Tu travailleras de manière indépendante et en groupe, en développant une grande variété de compétences d'étude qui te prépareront pour le reste de ton programme diplômant.

L'objectif est d'introduire des descriptions biomécaniques du corps humain. Nous examinons sa structure et ses performances en tant que machine physique. Les caractéristiques structurelles des os et des tissus humains sont étudiées, ainsi que les fonctions mécaniques du squelette et de la musculature. Des caractéristiques simples de dynamique des fluides du corps sont introduites, y compris des descriptions de l'écoulement du sang dans les artères et les veines et de l'écoulement de l'air dans les poumons.

Ce module fournit une introduction à la technologie médicale, avec un penchant particulier pour les rayonnements électromagnétiques ionisants et non ionisants et leur rôle diagnostique en médecine. Le module commence par la génération et le comportement des ondes électromagnétiques et l'étendue de l'application technologique à travers le spectre électromagnétique. Cela va de l'imagerie par résonance magnétique à faible énergie aux photons à haute énergie dans les systèmes à rayons X. L'importance du rayonnement dans le diagnostic est reconnue par une discussion sur la théorie de l'imagerie et les principales modalités d'imagerie, telles que la radiographie planaire et le CT. Le rôle thérapeutique est examiné par une brève considération de la radiothérapie.

Ce module donne un aperçu des sujets importants de l'instrumentation biomédicale. Le module est conçu autour des besoins de mesure dans le cadre de la surveillance des soins intensifs en milieu hospitalier et, en particulier, de la façon dont l'ingénieur en instrumentation peut aider le clinicien à répondre à une question spécifique mais vitale : l'apport d'oxygène aux tissus est-il adéquat ? Ce scénario clinique central est utilisé comme base pour décrire un certain nombre de sujets clés dans la conception des transducteurs et le traitement des signaux. Les sujets clés de l'électrocardiographie et du traitement du signal sont illustrés par 2 sessions de laboratoire pratiques, dont l'évaluation continue constitue 10% de la note globale du module.

Le module enseignera le logiciel Labview et permettra aux élèves d'expérimenter l'instrumentation et l'électronique de base. Ces compétences seront utiles dans les années d'études suivantes, notamment en ce qui concerne les projets des niveaux 3 et 4. Ces compétences seront également utiles dans les futurs emplois dans le domaine des sciences et de l'ingénierie, tant au niveau académique qu'industriel, où être capable de développer des instruments de laboratoire pour résoudre des problèmes expérimentaux sera hautement souhaitable.

Ce module fournit une base pour des études avancées en physique en développant des compétences et des connaissances intégrées associées aux sujets fondamentaux de la physique. Ces sujets comprennent la mécanique quantique, la physique classique, l'optique, la physique thermique, l'électromagnétisme et les propriétés de la matière. Les principales méthodes mathématiques sont enseignées parallèlement aux sujets de physique. Les compétences en laboratoire et en informatique sont appliquées aux sujets afin de renforcer les concepts clés, de développer les compétences d'investigation, d'expérimentation et de travail en groupe et de développer un large éventail d'approches pour résoudre les problèmes. Le module aide également les élèves à placer leurs connaissances et compétences en physique dans un contexte global en leur donnant l'occasion d'appliquer ces attributs à des problèmes externes. Ces opportunités favorisent le développement de compétences transférables telles que le travail en groupe, la gestion de projet et la maîtrise de l'information.

La relativité restreinte est une base essentielle de la physique moderne, en particulier dans les contextes de la physique des particules et de l'astrophysique où E = mc2 et les vitesses relativistes sont des concepts cruciaux. Dans ce module, les principes fondamentaux de la relativité restreinte seront expliqués, en mettant l'accent sur le quadruple vecteur énergie-momentum et ses applications aux collisions et désintégrations de particules. Les applications à la physique nucléaire comprennent la masse nucléaire et l'énergie de liaison, la désintégration radioactive, les réactions nucléaires, la fission et la fusion nucléaires. Nous couvrirons également la structure du noyau (modèle de la goutte liquide et introduction au modèle de la coquille).

Ce cours présente aux élèves les tissus du corps humain. Les principaux tissus qui composent le corps seront décrits, y compris les cellules, les protéines et autres composants extracellulaires qui constituent le tissu. La structure du tissu sera discutée en détail, en particulier comment elle est liée à sa fonction spécifique dans un corps humain sain. L'anatomie de base - comment les tissus se combinent pour créer des organes et où se trouve chaque organe dans le corps humain - sera étudiée. Des cours pratiques d'anatomie humaine et d'histologie seront utilisés pour démontrer la structure des tissus. Enfin, la façon dont les lésions tissulaires entraînent une perte de fonction sera examinée. Ce cours devrait permettre aux élèves de comprendre suffisamment les tissus humains pour qu'ils puissent passer à la compréhension de la façon dont les techniques d'ingénierie sont utilisées pour soutenir, surveiller et réparer les tissus humains endommagés.

La complexité de la géométrie et des conditions aux limites des structures à l'intérieur du corps est telle que les équations physiques directrices ont rarement des solutions analytiques à forme fermée. Ce module décrit certaines des techniques numériques qui peuvent être utilisées pour explorer les systèmes physiques, avec des illustrations tirées de la biomécanique, de la mécanique des biofluides, du traitement des maladies et des processus d'imagerie. La principale technique qui sera utilisée est la méthode des éléments finis, et les concepts fondamentaux de cette puissante technique seront décrits. Les cours magistraux seront étayés par des séances de laboratoire au cours desquelles l'élève appliquera des codes commerciaux pour étudier des problèmes dans la sphère médicale.

Cette unité fournira une introduction pratique aux techniques utilisées pour modéliser et simuler les systèmes naturels dynamiques. De nombreux systèmes naturels peuvent être modélisés de manière appropriée à l'aide d'équations différentielles ou de méthodes basées sur les individus. Dans cette unité, les élèves exploreront et comprendront les deux approches de modélisation. Ils acquerront des connaissances sur les hypothèses qui sous-tendent ces modèles, leurs limites et la façon dont ils sont dérivés. Les élèves apprendront à utiliser MATLAB pour simuler et explorer la dynamique des modèles informatiques, à l'aide de divers exemples tirés des deux systèmes naturels. Les étudiants doivent savoir que le nombre de places disponibles dans ce cours est limité.

Ce module couvre la physique des atomes et des lasers à un niveau intermédiaire. Le cours commence par la résolution de l'équation de Schrodinger pour l'atome d'hydrogène et les fonctions d'onde atomiques qui en découlent. Il couvre ensuite les règles de sélection atomique, la structure fine spectrale et les effets des champs externes. Les spectres d'atomes multi-électroniques sélectionnés sont décrits. Le fonctionnement de base du laser est ensuite couvert en introduisant les concepts d'émission stimulée et d'inversion de population. Le cours se termine par une description des lasers courants et de leurs applications.

Ce module de base présente aux élèves le domaine passionnant de la physique moderne des particules. Il leur fournit les outils mathématiques de la cinématique relativiste, leur permettant d'étudier les interactions et les désintégrations et d'évaluer les facteurs de forme de la diffusion. Les particules sont classées comme fermions, les constituants de la matière (quarks et leptons), ou comme bosons, les propagateurs de champ. Les quatre interactions fondamentales sont décrites. Trois d'entre elles sont étudiées en détail : Les diagrammes de Feynman sont introduits pour décrire l'électrodynamique quantique d'ordre supérieur ? Les interactions faibles sont discutées depuis la désintégration bêta jusqu'à l'unification électrofaible à haute énergie ? Les interactions fortes, qui lient les quarks en hadrons, sont présentées avec les preuves expérimentales d'un nombre quantique "coloré". Le rôle que joue la symétrie dans les particules existantes et leurs interactions, est souligné.

Il s'agit du dernier module de base de physique de l'état solide. Il couvre la classification des solides en trois types - conducteurs, semi-conducteurs et isolants, le modèle de l'électron libre, l'origine de la structure de bande électronique, les propriétés fondamentales des conducteurs et des semi-conducteurs, les statistiques des porteurs, les techniques expérimentales utilisées pour étudier les porteurs dans un solide, la classification et la physique des principaux types de magnétisme.

Ce cours de physique de niveau 3 en demi-module a pour objectif de couvrir les propriétés générales des noyaux, d'examiner les caractéristiques de la force nucléaire, d'introduire les principaux modèles du noyau, de discuter de la radioactivité et des interactions avec la matière, d'étudier les réactions nucléaires, en particulier la fission, la fusion et la bombe, et de développer des compétences de résolution de problèmes dans tous ces domaines. La motivation est que les processus nucléaires jouent un rôle fondamental dans le monde physique, dans l'origine de l'univers, dans la création des éléments chimiques, comme source d'énergie des étoiles et dans les constituants de base de la matière - plus le meilleur de tous les motifs - la curiosité.

La physique statistique est la dérivation des propriétés thermiques de la matière à l'aide des hamiltoniens microscopiques sous-jacents. Les objectifs de ce cours sont de présenter les techniques de la mécanique statistique et de les utiliser pour décrire une grande variété de phénomènes de la physique, de la chimie et de l'astronomie.

L'objectif du projet de physique médicale est de donner aux élèves l'occasion de développer et d'appliquer leurs compétences à un problème de recherche. Une gamme de projets est proposée dans tout le spectre des applications de la physique et de l'ingénierie, et beaucoup répondront à des besoins médicaux ou cliniques actuels. Les élèves sont encouragés à travailler en groupes de deux ou trois afin de développer leurs compétences en équipe. En plus de la création de rapports écrits, les étudiants concluront le projet par une viva impliquant une présentation formelle au personnel diplômé des hôpitaux de la ville.

Ce demi-module vise à donner un aperçu et un soutien au programme de physique du niveau 3 dans son ensemble. Les cours magistraux et les tutoriels s'appuieront sur les compétences précédemment développées impliquant l'analyse et les erreurs de données, la recherche d'informations et la rédaction scientifique. Les cours de problèmes visent à transmettre une compréhension large, cohérente et critique des principes fondamentaux de la physique. Les élèves sont encouragés à tenter des problèmes peu familiers, à en extraire l'essentiel et à obtenir ainsi des solutions rapides, grossières mais solides. Le module implique un travail de groupe et est évalué au moyen de tests en classe et d'examens écrits. Ces derniers sont conçus pour tester les concepts de base de la physique et la capacité à les appliquer à des situations non répétées.

Il est reconnu que les élèves de quatrième année souhaitent faire l'expérience de l'environnement professionnel pour les aider à choisir leur carrière. Ce module répond à ce besoin en donnant l'occasion de travailler avec un physicien ou un ingénieur en exercice dans un environnement hospitalier ou industriel approprié.

Version du site Web:Ce projet destiné aux étudiants en double cursus de physique médicale permet d'approfondir un sujet qui présente un intérêt particulier. L'étudiant travaillera seul ou dans une petite équipe sous supervision académique et/ou clinique (les étudiants sont encouragés à être proactifs dans la spécification de ces projets dans les domaines d'intérêt du personnel académique). Le travail du projet permettra aux étudiants d'acquérir une expérience et des compétences pratiques en laboratoire/ordinateur dans un véritable environnement de recherche/clinique. Ils développeront des hypothèses et des idées liées à un projet de recherche spécifique et entreprendront des expériences et des analyses approfondies pour tester l'hypothèse, avec une connaissance approfondie de la littérature de recherche spécifique. Ils découvriront les facteurs critiques impliqués dans l'élaboration de calendriers de recherche, la lecture, l'évaluation critique et les compétences rédactionnelles.