Detail předmětu

Mechanika biologických tkání

FSI-9MBTAk. rok: 2024/2025

Předmět se zabývá konstitutivními vztahy především tzv. měkkých biologických tkání, tj. tkání vykazujících velká přetvoření. Jedná se o materiály nehomogenní, obvykle s vláknitou strukturou, která způsobuje, že se u nich výrazně projevuje jak anizotropie vlastností, tak nelinearita deformačně napěťových závislostí daná velkými deformacemi a různým prostorovým uspořádáním vláken. Rovněž vykazují tyto materiály významnou hysterezi, kterou lze spolu s tečením a relaxací napětí vysvětlit jejich viskoelastickými vlastnostmi. Vykazují také řadu dalších specifických vlastností, které se u technických materiálů nevyskytují vůbec (růst, nekróza, změna materiálových vlastností se zatížením, remodelace atd.)

Jazyk výuky

čeština

Garant předmětu

prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Vstupní znalosti

Znalosti základní lékařské anatomické terminologie, týkající se srdečně-cévní soustavy, znalosti základních analytických a numerických metod deformačně-napěťové analýzy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Předmět je ukončen zkouškou, při níž se hodnotí jednak zvládnutí teorie formou ústní zkoušky nebo písemného testu, jednak úroveň vypracování zadaného praktického úkolu z oblasti výpočtového modelování.
Výuka je individuální s průběžným zadáváním témat a jejich samostatným studiem ze zadané literatury. Zvládnutí dílčích úkolů se kontroluje průběžnými individuálními konzultacemi, jejichž rozsah je stanoven podle potřeby.

Učební cíle

Cílem kurzu je získání znalostí o chování a mechanických vlastnostech biologických tkání (především měkkých) a zvládnutí terminologie a základních poznatků nutných pro interdisciplinární spolupráci v této oblasti.
Absolvent by měl zvládnout teorii popisu konstitutivních vlastností níže uvedených materiálů, včetně jejich výpočtového modelování v rámci možností poskytovaných programovým systémem ANSYS, příp. Abaqus:
• Teorie neizotropních lineárně elastických materiálů
• Teorie hyperelastických izotropních materiálů
• Teorie lineární viskoelasticity (izotropní)
• Mechanické vlastnosti strukturních složek tkání
• Struktura a topologie měkkých tkání
• Teorie nelineární viskoelasticity (izotropní)
• Možnosti výpočtového modelování hyperelastických neizotropních materiálů
• Možnosti výpočtového modelování specifických vlastností biologických tkání

Základní literatura

G.A.Holzapfel: Nonlinear Solid Mechanics. Wiley
J.D.Humphrey: Cardiovascular Solid Mechanics. Springer
Y.C.Fung: Biomechanics; Mechanical Properties of Living Tissues. Springer

Doporučená literatura

J.Valenta a kol.: Biomechanika srdečně cévního systému. ČVUT Praha
Křen J., Rosenberg J., Janíček P.: Biomechanika. Vydavatelství ZČU, 1997. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program D-IME-P doktorský 1 ročník, letní semestr, doporučený kurs
  • Program D-IME-K doktorský 1 ročník, letní semestr, doporučený kurs

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

20 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.

Osnova

1. Základy anatomie a fyziologie srdečně cévní soustavy
2. Základy histologie a patologie měkkých tkání – struktura, složení, patologické změny.
3. Mechanické vlastnosti strukturních složek tkání
4. Teorie neizotropních lineárně elastických materiálů
5. Teorie hyperelastických izotropních materiálů a jejich popis.
6. Teorie hyperelastických anizotropních materiálů a jejich popis.
7. Základy teorie lineární a nelineární viskoelasticity (izotropní).
8. Struktura a topologie měkkých tkání.
9. Možnosti výpočtového modelování mechanických vlastností biologických materiálů.
10. Možnosti výpočtového modelování speciálních vlastností biologických tkání (např. kontraktilita).