Detail předmětu

Mechanika v medicíně

FSI-6MBAk. rok: 2025/2026

Studenti se seznámí s možnostmi využívání mechaniky v medicíně, synergií těchto oborů v biomechanice a jejími základními pojmy a terminologií. V předmětu bude stručně pojednáno o historii biomechaniky člověka, mechanických vlastnostech živých tkání, včetně biomateriálů a jejich interakce s živým organismem. Důraz bude kladen na výpočtové a experimentální modelování s cílem určení a posouzení deformačních a napěťových stavů v oblasti svalově-kosterní biomechaniky, proudění krve a principu lidského hlasu a sluchu. Studující se seznámí také se zobrazovacími metodami, jejich základním principy a možnostmi využití při tvorbě počítačových modelů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

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 mechaniky těles na úrovni, přednášené v bakalářském studiu na strojní fakultě.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Požadavky na udělení klasifikovaného zápočtu: aktivní účast na cvičení a úspěšné zvládnutí testu základních znalostí. Konkrétní podobu zápočtu, 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

  • Seznámit se s biomechanikou člověka a využitím techniky v oblasti medicíny a pochopit vzájemnou synergii.
  • Získat základní přehled o mechanickém chování živých tkání a materiálech využívaných v lékařství.
  • Seznámit se s metodologií řešení základních biomechanických problémů.
  • Získat základní přehled o principech zobrazovacích metod a jejich významu při tvorbě biomechanických modelů.
  • Seznámit se s výpočtovým a/nebo experimentálním modelováním na konkrétním biomechanickém problému.

Základní literatura

Čihák Radomír; Anatomie; Třetí, upravené a doplněné vydání. Ilustroval Ivan Hekal, ilustroval Jan Kacvinský, ilustroval Stanislav Macháček. Praha: Grada, 2016. ISBN 978-80-247-3817-8  (CS)
Fung Y.C.; Biomechanics. Mechanical properties of living tissues. Springer, 1993. ISBN 978-1-4419-3104-7 (EN)
Marco Viceconti; Multiscale modeling of the skeletal system; 2011; ISBN 9781139049627 (EN)
Valenta a kol.: Biomechanika. Academia Praha, 1985. (CS)
Warren Young, Richard Budynas, Ali Sadegh; Roark's Formulas for Stress and Strain; 9th Edition; 2020; ISBN 9781260453751 (EN)

Doporučená literatura

Fung Y.C.; Biomechanics. Mechanical properties of living tissues. Springer, 1993. ISBN 978-1-4419-3104-7 (EN)
Marco Viceconti; Multiscale modeling of the skeletal system; 2011; ISBN 9781139049627 (EN)
Richard Budynas, Ali Sadegh; Roark's Formulas for Stress and Strain; 9th Edition; 2020; ISBN 9781260453751  (EN)
Titze, Ingo R., 1994. Principles of Voice Production. Englewood Cliffs, New Yersey: Prentice-Hall, Inc. ISBN 0-13-717893-X. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-ZSI-P bakalářský

    specializace STI , 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Marcián, Ph.D.

Osnova

  • Úvod, historie, nejznámější omyly v biomechanice (od prvních myšlenek až k výpočtovým modelům).
  • Mechanické vlastnosti tvrdých tkání, měkkých tkání a biomateriálů.
  • Nehookovské konstitutivní modely a jejich využití.
  • Zobrazovací metody v lékařství a význam pro výpočtové modelování.
  • Implantáty používané ve svalově-kosterní a srdečně-cévní soustavě.
  • Experiment a výpočtové modelování v medicíně (deformace a napětí v cévách, kostech, implantátech…).
  • Proudění v cévách a v horních cestách dýchacích.
  • Princip lidského hlasu a sluchu.
  • Problémy klinické praxe – přednáška lékařů.

Cvičení s počítačovou podporou

7 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Marcián, Ph.D.

Osnova

  • Určování sil působících na lidské tělo.
  • Určování konstitutivních parametrů biologických materiálů, jejich závislost na struktuře materiálu.
  • Nejjednodušší biomechanické modely v oblasti svalově-kosterní, řešení deformačních a napěťových stavů.
  • Nejjednodušší biomechanické modely v oblasti srdečně cévní. Výpočet napětí ve stěně tepny, srdeční komory.
  • Určování krevního tlaku v cévách s ohledem na jeho hydrostatickou, případně dynamickou složku.
  • Modální analýza vokálního traktu.
  • Zápočet.

Laboratorní cvičení

6 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Marcián, Ph.D.

Osnova

  • Viskozita krve a charakter proudění, podobnostní kritéria, šíření pulzní vlny v pružné trubici (experiment).