Detail předmětu

Biomechanika I - úvod

FSI-RBAAk. rok: 2025/2026

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. Studenti se dále seznámí se základními mechanickými vlastnostmi biologických materiálů a biomateriálů a možnostmi jejich modelování. Zvláštní zřetel bude věnován výpočtovému modelování biomechanických soustav a zobrazovacím metodám v lékařství a reverznímu inženýrství, jejichž výstupy jsou využívány právě pro tvorbu výpočtových modelů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

Ing. Petr Marcián, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Vstupní znalosti

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 základní orientace v metodologii modelování, zejména výpočtového a počítačově orientovaného.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Požadavky na udělení zápočtu: aktivní účast na cvičení, vypracování a odevzdání dílčích protokolů.

Zkouška: úspěšné zvládnutí testu základních znalostí. Konkrétní podobu zkoušky, typy, počet otázek a podrobnosti hodnocení sdělí přednášející v průběhu semestru.

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

Učební cíle

Cílem předmětu je osvojit si pojmový aparát nutný pro interdisciplinární komunikaci v rámci bioinženýrských oborů a získat přehled o struktuře bioinženýrských oborů se zaměřením na biomechaniku člověka a biomateriálové inženýrství; tj. získat základní poznatky o anatomii, fyziologii, histologii, patologii, vlastnostech a chování tkání a biomateriálů apod. Cílem je též seznámit se s metodologií řešení základních biomechanických problémů s důrazem na výpočtové modelování a získat přehled o principech zobrazovacích metod a reverzního inženýrství a jejich významu při řešení biomechanických problémů. 

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

BUDYNAS, R, SADEGH, A; Roark's Formulas for Stress and Strain; 9th Edition; 2020; ISBN 9781260453751   (EN)
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)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-IMB-P magisterský navazující

    specializace BIO , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Marcián, Ph.D.

Osnova

1. Základní pojmy. 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. Vymezení a struktura biomateriálového inženýrství.
9. Vymezení a struktura biomateriálového inženýrství - biomateriály pro implantáty.
10. Zobrazovací metody v lékařství, jejich historie, členění a principy.
11. Zobrazovací metody v lékařství - výpočetní tomografie (CT), mikro CT, magnetická rezonance.
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

Možnosti digitalizace objektů, reverzní inženýrství (3D skener) a tvorba modelů geometrie.

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