Detail předmětu
Biomechanika III - srdečně-cévní
FSI-RBM Ak. rok: 2025/2026 Zimní semestr
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.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
6
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
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.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Aktivní účast na cvičeních, vypracování a obhájení závěrečného projektu a úspěšné absolvování testu základních teoretických znalostí.
Účast na cvičení je povinná. Omluvená neúčast se nahrazuje samostatným vypracováním úloh podle pokynů vyučujícího.
Učební cíle
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.
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.
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.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.
Cvičení s počítačovou podporou
13 hod., povinná
Osnova
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