Biomechanika a biomateriály

Předmět lze klasifikovat až po klasifikaci předmětů:

Mechanika (17ABBMEC)

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:

Podmínky zápočtu - 70% prezence na cvičeních, odevzdání 70% jednostránkových protokolů z cvičení. Odevzdané protokoly budou splňovat normy formální úrovně a odbornou úroveň posledního ročníku bakalářského studia na vysoké škole. Formální a odborná úroveň protokolů bude hodnocena klasifikačním stupeněm A až F, který bude zohledněn u zkoušky.

Zkouška: splnění podmínek zápočtu, prokázání znalostí odpovídajících odpřednášené látce formou písemného testu obsahujícího jak teoretické otázky, tak početní příklady. Písemný test bude hodnocen známkou. Závěrečná známka bude reflektovat známku ze závěrečné písemky a protokolů odevzdaných během semestru. V případě nejednoznačné klasifikačního stupeně A až F bude navazovat zkouška ústní.

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:

Osnova laboratorního cvičení (sylabus)

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]

Zaměření prací studentů bude spočívat zejména ve vypracování samostatných úloh. Témata samostatných prací budou vždy zaměřena na vybranou problematiku. V laboratorních cvičeních studenti zpracují názorné laboratorní úlohy podle probíraných témat. Na konci každé laboratorní práce bude zhodnocení výsledků a udělena známka, známky z cvičení budou zohledněny u zkoušky.

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:

• Prospectus - bakalářský (!)
• Bakalářský studijní obor Biomedicínský technik v AJ (povinný předmět)