Biomechanika a biomateriály

Předmět lze klasifikovat až po klasifikaci předmětů:

Mechanika (17PBBMEC)

Garant předmětu:

Patrik Kutílek

Přednášející:

Matej Daniel, Patrik Kutílek

Cvičící:

Slávka Čubanová, Patrik Kutílek, Petr Volf

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 (tři), tak početní příklady (tři). Z každé otázky je možné získat 0,5 nebo 1 bod. Písemný test bude hodnocen stupněm A-F. Pro získání E je nutné získat minimálně 3 body, pro A je nutné získat 5 a více bodů.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, Matematické a fyzikální metody v biomechanice, Metody měření v experimentální biomechanice, Hodnocení pohybu ve sportovní biomechanice a rehabilitaci, Klinická biomechanika, Biomechanika svalově kosterního systému, Charakteristiky biomateriálů a biokompatibilních materiálů, Definice biomateriálů, Komposity, Ortetika a protetika, Namáhání a konstrukční návrh protéz, Inteligentní 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 [18]:

1) Určení velikosti a sily svalů horní končetiny (učebna A-114) [1, 3]

2) Určení velikosti a sily svalů dolní končetiny (učebna A-114) [1, 3]

3) Studium funkce středního ucha (učebna A-114) [3, 17]

4) Základní reologické modely (učebna A-114) [1, 16, 17]

5) Měření okamžité polohy očí, hlavy a těla v neurologii (učebna A-114) [2, 3]

6) Zatížení páteře a meziobratlových plotének (učebna A-114) [1, 3, 11]

7) Měření kroutícího momentu v biomechanice (učebna A-114) [1, 3, 11]

8) Měření pohybu pomocí kamery a inerciálního systému (učebna A-114) [1, 3, 15]

9) Měření sil pod chodidly na odrazové desce (učebna A-114) [1, 3, 15]

10) Měření kinematiky a dynamiky pohybu osoby v prostoru pomocí ultrazvukového radaru (učebna A-114) [3, 17]

11) Měření kinematiky a dynamiky pohybu končetin pomocí akcelerometrů (učebna A-114) [17, 15, 3]

12) Určování polohy těžiště stabilometrickou plošinou (učebna A-114) [17, 15, 3]

13) Měření zatížení protéz dolní končetiny tenzometrickou soupravou (učebna A-114) [1, 3, 11]

14) Analýza pohybu a stupňů volnosti robotické paže a horní končetiny (učebna A-114) [1, 3, 15]

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

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

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

4. Kutílek, P., Žižka, A. Vybrané kapitoly z experimentální biomechaniky. 1. Vydání.Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2012, 165 s.,

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2022/2023:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost KL:B-220 Daniel M. Kutílek P. 12:00–13:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Učebnamístnost KL:B-307 Čubanová S. Volf P. 14:00–15:50 (přednášková par. 1 paralelka 1) Kladno FBMI Učebnamístnost KL:B-307 Čubanová S. Volf P. 16:00–17:50 (přednášková par. 1 paralelka 2) Kladno FBMI Učebna
Út
St
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2022/2023:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

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