Akademický rok 2021/2022 |
Garant: | prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. | |||
Garantující pracoviště: | ÚMTMB | |||
Jazyk výuky: | čeština | |||
Cíle předmětu: | ||||
Podat základní všeobecné informace o vlastnostech tkání srdečně cévní soustavy a podrobně pojednat o vlivu jejich struktury na mechanické chování. Zvládnout výpočtové modely srdce a cév na úrovni odpovídající současnému stavu vědy a možnostem softwaru. Seznámit se se zákroky a implantáty používanými v srdečně-cévní soustavě a jejich funkčními a konstrukčními principy. | ||||
Výstupy studia a kompetence: | ||||
Posluchač bude schopen orientovat se v biomechanických problémech srdečně cévní soustavy a používaných umělých náhrad. Bude schopen modelovat tyto problémy na současné úrovni vědeckého poznání a technických možností. | ||||
Prerekvizity: | ||||
Znalost základních pojmů pružnosti a pevnosti a vybraných teorií v rozsahu kurzu 5PP (napětí, deformace, obecný Hookeův zákon, membránová teorie skořepin, řešení válcové tlustostěnné nádoby). Popis mechanických vlastností materiálů v oblasti velkých deformací pomocí hyperelastických konstitutivních modelů včetně anizotropních. Základní vlastnosti Newtonských kapalin (viskozita), teorie lineární viskoelasticity. Základy MKP a znalost práce se systémem ANSYS. | ||||
Obsah předmětu (anotace): | ||||
Předmět začíná bližším seznámením se strukturou srdečně cévní soustavy, její základní anatomií, fyziologií, histologií a aterosklerózou jako nejčastější patologií. Jsou prezentovány základní reologické vlastnosti krve a konstitutivní modely pro popis jejího nenewtonského chování. Je podán přehled struktury příslušných měkkých tkání a způsobů jejího určování na úrovni buněk a vláken a analyzován dopad struktury tkáně na její mechanické chování a konstitutivní popis. Všechny uvedené poznatky se aplikují ve výpočtových modelech buňky, tepny a srdeční komory, vytvářených v programu ANSYS. Dále se předmět zabývá technickou podstatou terapeutických zákroků a umělých náhrad používaných v léčbě srdečně cévní soustavy (cévní náhrady, arteriální stenty, umělé srdeční chlopně, umělá srdeční čerpadla). Pojednává především o jejich konstrukčních principech, materiálech, způsobech výroby a základních požadavcích na biokompatibilitu. |
||||
Metody vyučování: | ||||
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Úvod do anatomie, fyziologie a patologie srdečně cévní soustavy je přednášen externistou - erudovaným lékařským odborníkem (Mgr. MUDr. Michaela Vojnová Řebíčková). Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. | ||||
Způsob a kritéria hodnocení: | ||||
Aktivní účast na cvičeních, vypracování a obhájení závěrečného projektu a úspěšné absolvování testu základních teoretických znalostí. | ||||
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky: | ||||
Účast na cvičení je povinná. Omluvená neúčast se nahrazuje samostatným vypracováním úloh podle pokynů vyučujícího. | ||||
Typ (způsob) výuky: | ||||
Přednáška | 13 × 2 hod. | nepovinná | ||
Cvičení s počítačovou podporou | 13 × 1 hod. | povinná | ||
Osnova: | ||||
Přednáška | 1.Úvod, struktura a náplň předmětu, mechanické vlastnosti měkkých biologických tkání a jejich experimentální určování. 2. Základní medicínské informace o srdečně-cévní soustavě. 3. Základy fyziologických procesů v srdci (EKG, Starlingův zákon) a cévách. 4. Složení a reologické vlastnosti krve, modely chování krve, rychlostní profil nenewtonské kapaliny, Fahraeusův-Lindqvistův efekt. 5. Mechanické vlastnosti buněk a jejich výpočtové modelování. 6. Struktura a složení cévní stěny, její mechanické vlastnosti a vlastnosti jejích komponent, poroelastické modely, zbytková napětí v tepnách. Struktura myokardu. 7. Mechanické ovlivnění sklerotických procesů v tepnách, principy lékařských zákroků na sklerotických tepnách. 8. Arteriální stenty, princip funkce, návrh a technologie výroby. 9.Cévní náhrady, členění, vlastnosti, použití. Výroba cévních protéz. 10.Přirozené a umělé srdeční chlopně, principy funkce, přehled produktů. 11.Podpůrná srdeční čerpadla a totální srdeční náhrady ("umělá srdce"). 12. Anizotopní konstitutivní modely měkkých tkání, určování orientace kolagenních vláken a hlavních materiálových směrů. 13.Současné možnosti výpočtového modelování srdečně-cévní soustavy. |
|||
Cvičení s počítačovou podporou | 1.-2. Analytické výpočty napětí v cévní stěně, jejich omezení. 3.-4. Výpočty reologických parametrů krevního oběhu, FSI analýza. 5.-6. MKP tensegritní model živočišné buňky. 7.-8. MKP model levé srdeční komory. 9.-10. MKP model aorty, zbytková napjatost 11.-12. Určování zbytkových napětí v tepně pomocí metody objemového růstu (fiktivní teploty). 13. Zadání zápočtových projektů |
|||
Literatura - základní: | ||||
1. Ethier, Simmons: Introductory biomechanics. Cambridge University Press, 2007. | ||||
2. Fung: Biomechanics. Mechanical properties of living tissues.Springer, 1993. | ||||
3. Holzapfel G.A., Ogden R.W.: Biomechanics of soft tissue in cardiovascular system. Springer 2003. | ||||
4. Humphrey: Cardiovascular solid mechanics. Cells, Tissues and Organs.Springer, 2002. | ||||
Literatura - doporučená: | ||||
1. HOLIBKOVÁ, Alžběta a Stanislav LAICHMAN. Přehled anatomie člověka. 5. vyd. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci, 2010. ISBN 978-80-244-2615-0. | ||||
2. Křen J., Rosenberg J., Janíček P.: Biomechanika. Vydavatelství ZČU, 1997. | ||||
4. Trojan S. , Schrieber M.: Atlas biologie člověka. Scientia, 2013 |
Zařazení předmětu ve studijních programech: | |||||||||
Program | Forma | Obor | Spec. | Typ ukončení | Kredity | Povinnost | St. | Roč. | Semestr |
N-IMB-P | prezenční studium | BIO Biomechanika | -- | kl | 6 | Povinný | 2 | 2 | Z |
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta strojního inženýrství
Technická 2896/2,
616 69 Brno
IČ 00216305
DIČ CZ00216305
+420 541 141 111
+420 726 811 111 – GSM O2
+420 604 071 111 – GSM T-mobile