Biomechanika III - srdečně-cévní (FSI-RBM)

Předmět začíná základními medicínskými informacemi o vymezení a částech srdečně-cévní soustavy. Dále se zabývá  zatížením a mechanickými vlastnostmi jejích orgánů a tkání, včetně krve a jejích reologických vlastností. Vlastnosti tkání jsou analyzovány v souvislosti se strukturou, a to přes jejich vrstevnaté a vláknité uspořádání až do úrovně jednotlivé buňky, její struktury a mechanického chování. Předmět dále představuje nejčastější patologie srdečně-cévní soustavy, především aterosklerózu a její ovlivnění mechanickými faktory. Všechny uvedené poznatky se aplikují ve výpočtových modelech izolované buňky, tepny a srdeční komory, vytvářených v programu ANSYS, a to nejen v deformačně napěťových analýzách, ale i simulacích interakce měkkých tkání s kapalinou (krví).

Dále se předmět zabývá technickou podstatou terapeutických zákroků a umělých komponent 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.

1.Úvod, struktura a náplň předmětu, mechanické vlastnosti měkkých biologických tkání a jejich experimentální určování.
2. Základní medicínské informace o srdečně-cévní soustavě.
3. Struktura a činnost myokardu. Anatomie, histologie a fyziologie cév.
4.Struktura a složení cévní stěny, její mechanické komponenty. Složení krve.

5. Fyziologie srdce, Starlingův zákon. Charakteristiky proudění v tepnách.

6. Modely chování krve, rychlostní profil nenewtonské kapaliny, Fahraeusův-Lindqvistův efekt.
7. Mechanické vlastnosti buněk a jejich výpočtové modelování
8. Určování orientace kolagenních vláken, jejich rozptylu a vlnitosti.
9. Mechanické ovlivnění sklerotických procesů v tepnách, principy lékařských zákroků na sklerotických tepnách. Arteriální stenty.

10.Cévní náhrady, členění, vlastnosti, použití. Výroba cévních protéz.

11.Přirozené a umělé srdeční chlopně, principy funkce, přehled produktů.
12.Podpůrná srdeční čerpadla a totální srdeční náhrady ("umělá srdce").
13.Současné možnosti výpočtového modelování srdečně-cévní soustavy.

1.-2. MKP model levé srdeční komory.
3.-4. MKP tensegritní model živočišné buňky. 
5.-6. MKP model aorty, zbytková napjatost
7.-8. Určování zbytkových napětí v tepně pomocí metody objemového růstu (fiktivní teploty).
9.-10. Experiment - pulzační tok v pružné trubici, orientace kolagenních vláken, konstitutivní modely tepny.
11.-12. FSI simulace proudění v tepnách
13. Zadání zápočtových projektů