Detail předmětu

Biomechanika I - úvod

FSI-RBAAk. rok: 2022/2023

Jedná se o vstupní předmět specializace Biomechanika, který zavádí terminologii a poskytuje základní znalosti potřebné pro mezioborovou komunikaci s lékaři, konkrétně o struktuře a funkcích buněk, tkání a orgánů, tedy úvod do anatomie, histologie, fyziologie a patologie. V části vyhrazené biomateriálovému inženýrství se předmět zaměřuje především na konstitutivní a pevnostní vlastnosti základních biomechanických materiálů (kolagen, elastin) a na vlastnosti některých materiálů pro implantáty, tedy austenitických ocelí, legovaných slitin, vysokotlakého polyetylénu a keramik. Systémově je pojednáno o modelování v biomechanice a o zobrazovacích metodách v lékařství, jejichž výstupy jsou využívány pro tvorbu výpočtových modelů a ilustraci řešených biomechanických problémů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

Ing. Petr Marcián, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Výsledky učení předmětu

Posluchač získá orientaci jak v interdisciplinárních bioinženýrských oborech, tak i v biomechanice člověka členěné podle různých kritérií. Získá základní vědomosti z lékařských oborů, nutné pro vzájemnou mezioborovou komunikaci, a znalosti o vlastnostech biomateriálů, které zahrnují jak živé tkáně, tak i materiály implantátů. Posluchač získá také znalosti a dovednosti potřebné k vytvoření výpočtových modelů z dat pořízených na zobrazovacích zařízeních.

Prerekvizity

Základní poznatky z biologie na úrovni střední školy a poznatky z termodynamiky, hydromechaniky a mechaniky těles na úrovni, přednášené v bakalářském studiu na strojní fakultě. Vhodná je orientace v metodologii modelování, zejména výpočtového, počítačově orientovaného.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek (lékařskou část přednáší lékař), které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí tvorby výpočtových modelů v biomechanice.

Způsob a kritéria hodnocení

Požadavky na udělení zápočtu: aktivní účast na cvičení, vypracování a obhájení závěrečného projektu. Zkouška: úspěšné zvládnutí testu základních znalostí. Konkrétní podobu zkoušky, typy, počet otázek a podrobnosti hodnocení sdělí přednášející v průběhu semestru.

Učební cíle

Cílem předmětu je získat systémový přehled o bioinženýrských oborech, o struktuře biomechaniky (se zaměřením na biomechaniku člověka), biomateriálového inženýrství a lékařství; získat základní poznatky o anatomii, fyziologii, histologii a patologii; získat přehled o vlastnostech a chování tkání a biomateriálů, používaných na různé druhy implantátů. Cílem je též seznámit se s metodologií řešení základních biomechanických problémů a získat přehled o historii a principech zobrazovacích metod a jejich významu při řešení biomechanických problémů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast na cvičení je povinná. Omluvená neúčast se nahrazuje samostatným
vypracováním úloh podle pokynů vyučujícího.

Základní literatura

ČIHÁK, Radomír. Anatomie. Třetí, upravené a doplněné vydání. Ilustroval Ivan HELEKAL, ilustroval Jan KACVINSKÝ, ilustroval Stanislav MACHÁČEK. Praha: Grada, 2016. ISBN 978-80-247-3817-8
Odborné články z internetu
PETERSON, D. R.; BRONZINO, J. D. Biomechanics: Principles and Applications. Taylor & Francis, 2007-09-25. 357 p. ISBN: 9780849385346. (EN)
Valenta a kol.: Biomechanika. Academia Praha, 1985.
WINKELSTEIN, Beth A. Orthopaedic Biomechanics.První vydání. CRC Press, 2012. ISBN 978-1439860939 (EN)

Doporučená literatura

HOLIBKOVÁ, Alžběta a Stanislav LAICHMAN. Přehled anatomie člověka. 5. vyd. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci, 2010. ISBN 978-80-244-2615-0.
KŘEN, Jiří, Josef ROSENBERG a Přemysl JANÍČEK. Biomechanika. Plzeň: Západočeská univerzita, 1997. ISBN 80-7082-365-8.
VICECONTI, Marco. Multiscale modeling of the skeletal system. První vydání. Cambridge University Press, 2012. ISBN 0521769507 (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-IMB-P magisterský navazující

    specializace BIO , 1 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program CŽV celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu

    obor CZV , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Marcián, Ph.D.
Veronika Dzetkuličová, MSc, Ph.D.
prof. Ing. Přemysl Janíček, DrSc.

Osnova

1. Význam bioinženýrských oborů a jejich struktura. Vymezení a struktura biomechaniky se zaměřením na biomechaniku člověka.
2. Eukaryotická buňka: struktura, funkce a patologie.
3. Struktura lidských tkání.
4. Osteologie a arthrologie
5. Svalově-kosterní soustava – obecná a speciální myologie
6. Kardiovaskulární soustava
7. Nervová soustava
8. Základní vlastnosti materiálů lidského organismu.
9. Vymezení a struktura biomateriálového inženýrství. Biomateriály pro implantáty.
10. Biomechanické objekty, biomechanické problémy, scénář řešení biomechanických problémů.
11. Zobrazovací metody v lékařství, jejich historie, členění a principy.
12. Zobrazovací metody a jejich význam a přínos při řešení biomechanických problémů.
13. Možnosti řešení biomechanických problémů z oblasti svalově-kosterní a srdečně-cévní.

Cvičení s počítačovou podporou

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Marcián, Ph.D.

Osnova

Metody zpracování obrazu, seznámení se s praktickým využitím CT, MRI a mikro-CT dat.
Metody segmentace obrazu – manuální a automatická segmentace.
Tvorba modelu geometrie (ve formě polygonální sítě) z CT/mikro-CT snímků a MRI snímků.
Tvorba objemového modelu geometrie.
Ukázka tvorby výpočtového modelu v programovém prostředí ANSYS.
Výpočtové modely – submodeling. Využití dat ze zobrazovacích metod pro tvorbu modelu materiálu.
Zápočet

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz