Biomechanické systémy (FSI-ZBS)

Akademický rok 2023/2024
Garant: prof. Ing. Martin Vrbka, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚK všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Absolventi budou schopni porozumět vzájemnému vztahu mechaniky, tribologie a vybraných biologických systémů.
Výstupy studia a kompetence:
Znalost základních principů biologických systémů. Pochopení interakce techniky a biologie. Schopnost aplikovat znalosti z oblasti mechaniky a tribologie při návrhu a řešení vybraných biomechanických a biotribologických systémů. Schopnost při návrhu zohlednit podstatné vlivy biologického prostředí na funkci systému.
Prerekvizity:
Znalosti z pružnosti a pevnosti, konstruování strojů a materiálových věd na úrovni bakalářského studia strojního inženýrství.
Obsah předmětu (anotace):

Předmět poskytuje teoretické a praktické znalosti týkající se návrhu a funkce vybraných biomechanických a biotribologických systémů. Pozornost je kladena zejména na pochopení interakce mechaniky, tribologie a biologie. Výuka probíhá s důrazem na pochopení širšího kontextu propojení inženýrských a biologických disciplín. Předmět navazuje na předměty základního studia z oblasti pružnosti a pevnosti, konstruování strojů a materiálových věd. Výuka probíhá ve spolupráci s Ortopedickou klinikou Fakultní nemocnice Olomouc, Fakultou strojní ČVUT v Praze a medicínským klastrem CZECHIMPLANT.
Metody vyučování:
Přednášky, cvičení, laboratoře, samostudium.
Způsob a kritéria hodnocení:

Podmínky získání zápočtu: - odevzdání semestrálního projektu analýzy vybraného biomechanického systému ve formě pěti reportů (max. 60 bodů).
Podmínky získání zkoušky: - úspěšné absolvování individuální rozpravy nad tématikou související s přednáškami (max. 40 bodů).
Celkem je možno získat až 100 bodů, výsledná klasifikace se určí podle stupnice ECTS.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Přednášky: účast je povinná a kontrolovaná vyučujícím. Cvičení: účast je povinná a kontrolovaná vyučujícím. Povolují se maximálně dvě absence. V případě dlouhodobé nepřítomnosti je náhrada zameškané výuky v kompetenci garanta předmětu.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  8 × 2 hod. povinná                  
    Laboratorní cvičení  6 × 2 hod. povinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  10 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška - Úvod do předmětu, biomechanických systémů a biotribologie.
- Svalově-kosterní soustava lidí – anatomie, materiálové vlastnosti, motorika, kinematika, zatížení.
- Biomechanika člověka I. – historie a podstata biomechaniky, biomechanika pohybu.
- Biomechanika člověka II. – materiály a biomechanika tkání.
- Implantáty a implantologie – konstrukce, materiály, výroba, použití.
- Biotribologie kloubních implantátů – kyčelní a kolenní náhrady.
- Biotribologie poddajných kontaktů – tribologický úvod, chrupavka, oko, fascie.
- Konstruování biomechanických systémů – case study konstrukce implantátu.
    Laboratorní cvičení - Biotribologická analýza TEP kyčle – experimentální analýza součinitele tření.
- Biotribologická analýza TEP kyčle – experimentální analýza mazacího filmu.
    Cvičení s počítačovou podporou - Zadání semestrálního projektu, analýza zadání.
- Uvolnění dolní končetiny člověka.
- Analýza zatížení kyčelního kloubu.
- Deformačně-napěťová analýza femorální komponenty TEP kyčle pomocí MKP.
- Kontaktní analýza styku hlavice a jamky TEP kyčle pomocí MKP.
- Biotribologická analýza tření a mazání TEP kyčle – analytický výpočet třecího momentu, predikce tloušťky mazacího filmu a parametru mazání.
Literatura - základní:
1. HALL, S. Basic Biomechanics 8th edition. McGraw-Hill Education, 2018. ISBN10 1259913872.
2. ČIHÁK, R. Anatomie 1 – 3. vydání. Grada, 2011. ISBN 9788024738178.
3. BRONZINO, J.D., D.R. PETERSON. Biomedical Engineering Fundamentals 2nd edition, CRC Press, 2018. ISBN 9781138748071
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-KSI-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 4 Povinný 2 2 Z