Mechanika v medicíně (FSI-6MB-A)

• 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 poznatky z biologie na úrovni střední školy a poznatky mechaniky těles na úrovni přednášené v bakalářském studiu na strojní fakultě.

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.

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.

• 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

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


• DIC a tenzometrie v biomechanice.

• 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.

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

Marco Viceconti; Multiscale modeling of the skeletal system; 2011; ISBN 9781139049627

Fung Y.C.; Biomechanics. Mechanical properties of living tissues. Springer, 1993. ISBN 978-1-4419-3104-7 

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

Marco Viceconti; Multiscale modeling of the skeletal system; 2011; ISBN 9781139049627 

Fung Y.C.; Biomechanics. Mechanical properties of living tissues. Springer, 1993. ISBN 978-1-4419-3104-7