Detail předmětu

Mechanika v medicíně

FSI-6MB-AAk. 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, 3D skenováním, 3D tiskem a jejich využití v klinické praxi a při tvorbě výpočtových modelů.

Jazyk výuky

angličtina

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 vypracování dílčích úloh. Konkrétní podobu zápočtu 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 v klinické praxi a při tvorbě biomechanických modelů.
  • Seznámit se s výpočtovým a experimentálním modelováním na konkrétním biomechanickém problému.

Základní 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)
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)
Warren Young, Richard Budynas, Ali Sadegh; Roark's Formulas for Stress and Strain; 9th Edition; 2020; ISBN 9781260453751  (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-STI-A bakalářský 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).
  • Biomateriály.
  • Modely materiálů v biomechanice.
  • Zobrazovací metody v lékařství a 3D vizualizace.
  • Implantáty používané ve svalově-kosterní a srdečně-cévní soustavě.
  • 3D skenování a 3D tisk v lékařské praxi.
  • Experiment a výpočtové modelování.
  • Proudění v cévách a v horních cestách dýchacích.
  • Princip lidského hlasu a sluchu.
  • Problémy klinické praxe – přednáška lékařů.
  • Bio-inspirovaná robotika

Cvičení s počítačovou podporou

7 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Marcián, Ph.D.

Osnova

  • Určování sil působících na lidské tělo.
  • Určování parametrů modelů materiálů a jejich závislost na struktuře tkáně.
  • Zpracování obrazu a tvorba modelu geometrie.
  • Nejjednodušší biomechanické modely v oblasti svalově-kosterní, řešení deformačních a napěťových stavů.
  • Nejjednodušší biomechanické modely v oblasti srdečně cévní.
  • Určování krevního tlaku v cévách.
  • Modální analýza vokálního traktu.

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.
  • DIC a tenzometrie v biomechanice.