Mechanika biologických tkání (FSI-9MBT)

Akademický rok 2019/2020

Garant:	prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.
Garantující pracoviště:	ÚMTMB	všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky:	čeština či angličtina
Cíle předmětu:
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.
Výstupy studia a kompetence:
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
Prerekvizity:
Znalosti základní lékařské anatomické terminologie, týkající se srdečně-cévní soustavy, znalosti základních analytických a numerických metod deformačně-napěťové analýzy.
Obsah předmětu (anotace):
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.)
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou individuálních konzultací a samostudia zadané literatury, podávající přehled základních principů a teorie dané disciplíny.
Způsob a kritéria hodnocení:
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.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
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.
Typ (způsob) výuky:
Přednáška	10 × 2 hod.	nepovinná
Osnova:
Přednáška	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).

Literatura - základní:
1. J.D.Humphrey: Cardiovascular Solid Mechanics. Springer
2. Y.C.Fung: Biomechanics; Mechanical Properties of Living Tissues. Springer
3. G.A.Holzapfel: Nonlinear Solid Mechanics. Wiley
Literatura - doporučená:
1. J.Valenta a kol.: Biomechanika srdečně cévního systému. ČVUT Praha