Biomechanika I - úvod (FSI-RBA)

Cílem předmětu je osvojit si pojmový aparát nutný pro interdisciplinární komunikaci v rámci bioinženýrských oborů a získat přehled o struktuře bioinženýrských oborů se zaměřením na biomechaniku člověka a biomateriálové inženýrství; tj. získat základní poznatky o anatomii, fyziologii, histologii, patologii, vlastnostech a chování tkání a biomateriálů apod. Cílem je též seznámit se s metodologií řešení základních biomechanických problémů s důrazem na výpočtové modelování a získat přehled o principech zobrazovacích metod a reverzního inženýrství a jejich významu při řešení biomechanických problémů. 

Základní poznatky z biologie na úrovni střední školy a poznatky z termodynamiky, hydromechaniky a mechaniky těles na úrovni, přednášené v bakalářském studiu na strojní fakultě. Vhodná je základní orientace v metodologii modelování, zejména výpočtového a počítačově orientovaného.

Jedná se o vstupní předmět specializace Biomechanika, který zavádí terminologii a poskytuje základní znalosti potřebné pro mezioborovou komunikaci s lékaři, konkrétně o struktuře a funkcích buněk, tkání a orgánů; tedy úvod do anatomie, histologie, fyziologie a patologie. Studenti se dále seznámí se základními mechanickými vlastnostmi biologických materiálů a biomateriálů a možnostmi jejich modelování. Zvláštní zřetel bude věnován výpočtovému modelování biomechanických soustav a zobrazovacím metodám v lékařství a reverznímu inženýrství, jejichž výstupy jsou využívány právě pro tvorbu výpočtových modelů.

Požadavky na udělení zápočtu: aktivní účast na cvičení, vypracování a odevzdání dílčích protokolů.

Zkouška: úspěšné zvládnutí testu základních znalostí. Konkrétní podobu zkoušky, typy, počet otázek a podrobnosti hodnocení sdělí přednášející v průběhu semestru.

Účast na cvičení je povinná. Omluvená neúčast se nahrazuje samostatným
vypracováním úloh podle pokynů vyučujícího.

1. Základní pojmy. Vymezení a struktura biomechaniky se zaměřením na biomechaniku člověka.
2. Eukaryotická buňka: struktura, funkce a patologie.
3. Struktura lidských tkání.
4. Osteologie a arthrologie.
5. Svalově-kosterní soustava – obecná a speciální myologie
6. Kardiovaskulární soustava
7. Nervová soustava
8. Vymezení a struktura biomateriálového inženýrství.
9. Vymezení a struktura biomateriálového inženýrství - biomateriály pro implantáty.
10. Zobrazovací metody v lékařství, jejich historie, členění a principy.
11. Zobrazovací metody v lékařství - výpočetní tomografie (CT), mikro CT, magnetická rezonance.
12. Zobrazovací metody a jejich význam a přínos při řešení biomechanických problémů.
13. Možnosti řešení biomechanických problémů z oblasti svalově-kosterní a srdečně-cévní.

Možnosti digitalizace objektů, reverzní inženýrství (3D skener) a tvorba modelů geometrie.

Metody zpracování obrazu, seznámení se s praktickým využitím CT, MRI a mikro-CT dat.

Metody segmentace obrazu – manuální a automatická segmentace.

Tvorba modelu geometrie (ve formě polygonální sítě) z CT/mikro-CT snímků a MRI snímků.

Tvorba objemového modelu geometrie.

Ukázka tvorby výpočtového modelu v programovém prostředí ANSYS.
Výpočtové modely – submodeling.

Využití dat ze zobrazovacích metod pro tvorbu modelu materiálu.

Zápočet