Detail předmětu
Biomechanika I - úvod
FSI-RBA Ak. rok: 2025/2026 Zimní semestr
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. V části vyhrazené biomateriálovému inženýrství se předmět zaměřuje především na konstitutivní a pevnostní vlastnosti základních biomechanických materiálů (kolagen, elastin) a na vlastnosti některých materiálů pro implantáty, tedy austenitických ocelí, legovaných slitin, vysokotlakého polyetylénu a keramik. Systémově je pojednáno o modelování v biomechanice a o zobrazovacích metodách v lékařství, jejichž výstupy jsou využívány pro tvorbu výpočtových modelů a ilustraci řešených biomechanických problémů.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
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 orientace v metodologii modelování, zejména výpočtového, počítačově orientovaného.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Požadavky na udělení zápočtu: aktivní účast na cvičení, vypracování a obhájení závěrečného projektu. 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.
Učební cíle
Cílem předmětu je získat systémový přehled o bioinženýrských oborech, o struktuře biomechaniky (se zaměřením na biomechaniku člověka), biomateriálového inženýrství a lékařství; získat základní poznatky o anatomii, fyziologii, histologii a patologii; získat přehled o vlastnostech a chování tkání a biomateriálů, používaných na různé druhy implantátů. Cílem je též seznámit se s metodologií řešení základních biomechanických problémů a získat přehled o historii a principech zobrazovacích metod a jejich významu při řešení biomechanických problémů.
Posluchač získá orientaci jak v interdisciplinárních bioinženýrských oborech, tak i v biomechanice člověka členěné podle různých kritérií. Získá základní vědomosti z lékařských oborů, nutné pro vzájemnou mezioborovou komunikaci, a znalosti o vlastnostech biomateriálů, které zahrnují jak živé tkáně, tak i materiály implantátů. Posluchač získá také znalosti a dovednosti potřebné k vytvoření výpočtových modelů z dat pořízených na zobrazovacích zařízeních.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-IMB-P: Inženýrská mechanika a biomechanika, magisterský navazující
specializace BIO: Biomechanika, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Osnova
1. Význam bioinženýrských oborů a jejich struktura. 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. Základní vlastnosti materiálů lidského organismu.
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.
Cvičení s počítačovou podporou
13 hod., povinná
Osnova
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