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. Studenti se dále seznámí se základními mechanickými vlastnostmi biologických materiálů a biomateriálů a možnostmi jejich modelování. Zvláštní zřetel bude věnován výpočtovému modelování biomechanických soustav a zobrazovacím metodám v lékařství a reverznímu inženýrství, jejichž výstupy jsou využívány právě pro tvorbu výpočtových modelů.
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Prerekvizity
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 základní orientace v metodologii modelování, zejména výpočtového a počítačově orientovaného.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Způsob a kritéria hodnocení
Požadavky na udělení zápočtu: aktivní účast na cvičení, vypracování a odevzdání dílčích protokolů.
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.
Jazyk výuky
čeština
Cíl
Cílem předmětu je osvojit si pojmový aparát nutný pro interdisciplinární komunikaci v rámci bioinženýrských oborů a získat přehled o struktuře bioinženýrských oborů se zaměřením na biomechaniku člověka a biomateriálové inženýrství; tj. získat základní poznatky o anatomii, fyziologii, histologii, patologii, vlastnostech a chování tkání a biomateriálů apod. Cílem je též seznámit se s metodologií řešení základních biomechanických problémů s důrazem na výpočtové modelování a získat přehled o principech zobrazovacích metod a reverzního inženýrství a jejich významu při řešení biomechanických problémů.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-IMB-P: Inženýrská mechanika a biomechanika, magisterský navazující
obor BIO: Biomechanika, 5 kredity, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Osnova
1. Základní pojmy. 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. Vymezení a struktura biomateriálového inženýrství.
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
Možnosti digitalizace objektů, reverzní inženýrství (3D skener) a tvorba modelů geometrie.
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