Detail předmětu

Biomechanické systémy

FSI-ZBSAk. rok: 2024/2025

Předmět poskytuje teoretické a praktické znalosti týkající se návrhu a funkce vybraných biomechanických a biotribologických systémů. Pozornost je kladena zejména na pochopení interakce mechaniky, tribologie a biologie. Výuka probíhá s důrazem na pochopení širšího kontextu propojení inženýrských a biologických disciplín. Předmět navazuje na předměty základního studia z oblasti pružnosti a pevnosti, konstruování strojů a materiálových věd. Výuka probíhá ve spolupráci s Ortopedickou klinikou Fakultní nemocnice Olomouc, Fakultou strojní ČVUT v Praze, Vysokou školou polytechnickou v Jihlavě a medicínským klastrem CZECHIMPLANT.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Martin Vrbka, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav konstruování (ÚK)

Vstupní znalosti

Znalosti z pružnosti a pevnosti, konstruování strojů a materiálových věd na úrovni bakalářského studia strojního inženýrství.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínky získání zápočtu: odevzdání semestrálního projektu analýzy vybraného biomechanického systému ve formě pěti reportů (max. 60 bodů).
Podmínky získání zkoušky: úspěšné absolvování individuální rozpravy nad tématikou související s přednáškami (max. 40 bodů).
Celkem je možno získat až 100 bodů, výsledná klasifikace se určí podle stupnice ECTS.


Přednášky: účast je povinná a kontrolovaná vyučujícím. Cvičení: účast je povinná a kontrolovaná vyučujícím. Povolují se maximálně dvě absence. V případě dlouhodobé nepřítomnosti je náhrada zameškané výuky v kompetenci garanta předmětu.

Učební cíle

Absolventi budou schopni porozumět vzájemnému vztahu mechaniky, tribologie a vybraných biologických systémů.
Znalost základních principů biologických systémů. Pochopení interakce inženýrství a biologie. Schopnost aplikovat znalosti z oblasti mechaniky a tribologie při návrhu a řešení vybraných biomechanických a biotribologických systémů. Schopnost při návrhu zohlednit podstatné vlivy biologického prostředí na funkci systému.

Studijní opory

Podklady pro studium budou poskytnuty na začátku semestru prostřednictvím platforem Moodle nebo MS Teams.

Základní literatura

HALL, S. Basic Biomechanics 8th edition. McGraw-Hill Education, 2018. ISBN10 1259913872. (EN)
BRONZINO, J.D., D.R. PETERSON. Biomedical Engineering Fundamentals 2nd edition, CRC Press, 2018. ISBN 9781138748071 (EN)
ČIHÁK, R. Anatomie 1 – 3. vydání. Grada, 2011. ISBN 9788024738178. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-KSI-P magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program C-AKR-P celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu

    specializace CZS , 1 ročník, zimní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

16 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Šperka, Ph.D.
doc. Ing. David Nečas, Ph.D.
doc. MUDr. Jiří Gallo, PhD.
prof. RNDr. Matej Daniel, Ph.D.
prof. Ing. Martin Vrbka, Ph.D.
doc. Ing. Zdeněk Horák, Ph.D.

Osnova

- Úvod do předmětu, biomechanických systémů a biotribologie.
- Svalově-kosterní soustava lidí – anatomie, materiálové vlastnosti, motorika, kinematika, zatížení.
- Biomechanika člověka I. – historie a podstata biomechaniky, biomechanika pohybu.
- Biomechanika člověka II. – materiály a biomechanika tkání.
- Implantáty a implantologie – konstrukce, materiály, výroba, použití.
- Biotribologie kloubních implantátů – kyčelní a kolenní náhrady.
- Biotribologie poddajných kontaktů – tribologický úvod, chrupavka, oko, fascie.
- Konstruování biomechanických systémů – case study konstrukce implantátu.

Laboratorní cvičení

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Čípek, Ph.D.
Ing. David Rebenda, Ph.D.

Osnova

- Biotribologická analýza TEP kyčle – experimentální analýza součinitele tření.
- Biotribologická analýza TEP kyčle – experimentální analýza mazacího filmu.

Cvičení s počítačovou podporou

20 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Martin Vrbka, Ph.D.
doc. Ing. David Nečas, Ph.D.

Osnova

- Zadání semestrálního projektu, analýza zadání.
- Uvolnění dolní končetiny člověka.
- Analýza zatížení kyčelního kloubu.
- Deformačně-napěťová analýza femorální komponenty TEP kyčle pomocí MKP.
- Kontaktní analýza styku hlavice a jamky TEP kyčle pomocí MKP.
- Biotribologická analýza tření a mazání TEP kyčle – analytický výpočet třecího momentu, predikce tloušťky mazacího filmu a parametru mazání.