Biomechanika a biomateriály

Předmět lze klasifikovat až po klasifikaci předmětů:

Mechanika (17KBBMEC)

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra přírodovědných oborů

Anotace:

Studenti se seznámí s těmito okruhy biomechaniky: Předmět biomechaniky a její dělení: klinická, sportovní, ortopedická, forenzní biomechanika, biomechanika v ergonomii. Matematické metody v biomechanice - lineární algebra, numerické metody. Metody měření v experimentální biomechanice - tenzometrie, elektromyografie, sledovací systémy. Hodnocení pohybu ve sportovní biomechanice a rehabilitaci - antropometrie, popis pohybu lidského těla, kinematika a dynamika pohybu, práce a výkon, transformace sil a momentů, biomechanika chůze a stabilita, biomechanika horních končetin. Biomechanika svalově kosterního systému - průřezové charakteristiky, způsoby zatížení a deformace, řešení napjatosti MKP. Materiálové vlastnosti kostí, svalů, vazů, chrupavek a šlach, zlomeniny kostí a fixátory. Modely biomateriálů - reologické modely tkání. Materiály v biomechanice - biomateriály, biokompatibilita, bioaktivní materiál, komposity, sterilizační techniky. Ortetika a protetika - ortopedické a protetické pomůcky, způsoby léčení, exoprotézy a endoprotézy, implantáty, bandáže, namáhání a konstrukční návrh protéz, inteligentní protézy.

Požadavky:

Zápočet: aktivní účast na řešení úloh při cvičeních (min. 70 procent docházky), v závěru každého cvičení bude udělena známka, známky ze cvičení budou zohledněny u zkoušky.

Zkouška: splnění podmínek zápočtu, prokázání znalostí odpovídajících odpřednášené látce

Okruhy otázek ke zkoušce

Předmět biomechaniky a její dělení:

Příklady uplatnění teorií z mechaniky v klinické biomechanice,

Příklady uplatnění teorií z mechaniky ve sportovní biomechanice,

Využití ortopedické biomechaniky v praxi,

Fyzikální aspekty ve forenzní biomechanice,

Biomechanika v ergonomii.

Matematické a fyzikální metody v biomechanice:

Příklady využití numerických metod v biomechanice,

Silové a momentové účinky v biomechanice,

Lineární a vektorová algebra v biomechanice.

Metody měření v experimentální biomechanice:

Tenzometrie,

Elektromyografie,

Sledovací systémy,

Inerciální systémy.

Hodnocení pohybu ve sportovní biomechanice a rehabilitaci:

Antropometrie,

Popis pohybu lidského těla,

Kinematika a dynamika pohybu,

Práce a výkon,

Transformace sil a momentů,

Klinická biomechanika:

Biomechanika chůze a stabilita,

Biomechanika horních končetin,

Biomechanika dolních končetin.

Biomechanika svalově kosterního systému:

Průřezové charakteristiky,

Způsoby zatížení a deformace,

Modely biomateriálů,

Reologické modely tkání,

Řešení napjatosti MKP.

Charakteristiky biomateriálů a biokompatibilních materiálů

Vlastnosti kostí,

Vlastnosti svalů,

Vlastnosti vazů,

Vlastnosti chrupavek,

Vlastnosti šlach,

Zlomeniny kostí,

Konstrukce fixátorů,

Definice biomateriálů,

Biokompatibilita,

Bioaktivní materiál,

Komposity,

Sterilizační techniky.

Ortetika a protetika:

Ortopedické a protetické pomůcky,

Způsoby léčení,

Exoprotézy a endoprotézy,

Druhy implantátů a bandáží,

Namáhání a konstrukční návrh protéz,

Inteligentní protézy,

Zpracování EMG signálu,

Myoelektrické protézy.

Osnova přednášek:

Osnova přednášek (sylabus)

1.Předmět biomechaniky a její dělení: klinická, sportovní, ortopedická, forenzní biomechanika, biomechanika v ergonomii. [3, 2]

2.Matematické a fyzikální metody v biomechanice, lineární algebra, numerické metody, vektorová algebra, sílové a momentové účinky v biomechanice. [3, 17]

3.Metody měření v experimentální biomechanice, tenzometrie, elektromyografie, sledovací systémy. [1, 3]

4.Hodnocení pohybu ve sportovní biomechanice a rehabilitaci, antropometrie, popis pohybu lidského těla, [1, 7]

5.Kinematika a dynamika pohybu, práce a výkon, transformace sil a momentů, [1, 3, 15]

6.Biomechanika chůze a stabilita, biomechanika horních a dolních končetin. [17, 15, 3]

7.Biomechanika svalově kosterního systému, průřezové charakteristiky, [15, 16]

8.Způsoby zatížení a deformace, řešení napjatosti MKP. [1, 3, 11]

9.Materiálové vlastnosti kostí, svalů, vazů, chrupavek a šlach, zlomeniny kostí a fixátory. [11, 16]

10.Modely biomateriálů, reologické modely tkání, svalů. [1, 16, 17]

11.Materiály v biomechanice a jejich vlastnosti, biomateriály, biokompatibilita, bioaktivní materiál, komposity, sterilizační techniky. [2, 12, 14]

12.Ortetika a protetika - ortopedické a protetické pomůcky, způsoby léčení, exoprotézy a endoprotézy, implantáty, bandáže, [2, 3]

13.Namáhání a konstrukční návrh protéz [2, 3]

14.Inteligentní protézy - zpracování EMG signálu, myoelektrické protézy. [2, 3]

Osnova cvičení:

Početní úkoly podložené měřením:

1) Velikosti a sily svalů horní končetiny [1, 3]

2) Velikosti a sily svalů dolní končetiny [1, 3]

3) Funkce středního ucha [3, 17]

4) Reologické modely [1, 16, 17]

5) Zpracování a využití EMG signálu [2, 3]

6) Zatížení páteře během pohybu [1, 3, 11]

7) Kompresní zlomeniny [1, 3, 11]

8) Kinematika pohybu [1, 3, 15]

9) Dynamika pohybu [1, 3, 15]

10) Síly a momenty v ergonomii [3, 17]

11) Pohybové možnosti vybraných částí těla [17, 15, 3]

12 Pevnostní charakteristiky protetických pomůcek [1, 3, 11]

13) Využití stabilometrické plošiny [17, 15, 3]

14) Využití tenzometrie při návrhy protetických náhrad [1, 3, 11]

Cíle studia:

Předmět je určen pro všechny studenty, kteří si potřebují dostudovat znalosti a vytvořit si obecné povědomí o biomechanice a její uplatnění v konkrétních praktických problémech. Obsah je zvolen tak, aby postačil k pochopení a zvládnutí problematik v navazujících předmětech, především předmětu Robotika, Rehabilitační inženýrství. V případě, že si student daný předmět nezvolí a nikdy neměl možnost si tyto základy doplnit, bude vystaven riziku nepochopení následných problematik v navazujících předmětech, ve kterých není brán na toto zřetel.

Studijní materiály:

1. Kutílek P., Žižka A., Poušek L.: Praktika z rehabilitačního inženýrství, protetiky-ortotiky a biomechaniky, skripta, ČVUT, 2010.

2. Živčák J., Hudák R., Rehabilitačná technika : Rehabilitacia paraplégie a tetraplegie, Prešov: ManaCon, 2002, ISBN 80-890-40-13-6.

3. Živčák J. a kol., Základy bioniky a biomechaniky, Prešov : ManaCon, 2004, ISBN 80-89040-25-X.

4. Živčák J., Biomechanizmy : Sluchové stimulátory, Prešov : ManaCon, 2002, ISBN 80-89040-14-4.

5. Živčák J., Hudák J., Biomechanizmy, Prešov : ManaCon, 2001, ISBN 80-89040-06-3.

6. Kučera,M., Dylevský, I. a kol. Pohybový systém a zátěž, Grada 2000,

7. Valenta, J. a kol.: Biomechanika. Praha, Academia 1985,

8. Valenta, J.; Konvičková, S.: Biomechanika srdečně cévního systému člověka. Praha, Vydavatelství ČVUT 2006

9. Valenta, J.; Konvičková, S.: Biomechanika člověka 1. - svalově kosterní systém. Praha, Vydavatelství ČVUT 1997

10. Valenta, J.; Konvičková, S.; Valerián, D.: Biomechanika kosterního a hladkého svalstva člověka. Praha, Vydavatelství ČVUT 2008

11. Valenta, J.: Biomechanika kloubů člověka. Praha, Vydavatelství ČVUT 1999

12. Beznoska, S.; Čech, O.; Lobl, K.: Umělé náhrady lidských kloubů. Praha, SNTL 1987

13. Silver F. H.: Biomaterials, Medical Devices and Tissue Engineering. London, Chapman &Hall, 1994

14. Filip, P.: Progresivní typy biomateriálů, učební texty VŠB Ostrava. Ostrava 1995

15. Valenta J., Konvičková S.: Biomechanika člověka I, II., Praha, skriptum ČVUT-FS, 1997.

16. Valenta J., Konvičková S., Valerián D.: Biomechanika kosterního a hladkého svalstva člověka, skriptum ČVUT FS, 1998,

17. Pražák J: Úvod do biomechaniky, Praha, skriptum ČVUT, 2004.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bakalářský studijní obor Biomedicínský technik - kombinovaný (povinný předmět)