ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE BIOMECHANIKA



Podobné dokumenty
Ukázka knihy z internetového knihkupectví

Dějiny somatologie hlavním motivem byla touha vědět, co je příčinou nemoci a smrti

Svatopluk Synek, Šárka Skorkovská. Fyziologie oka a vidění. 2., doplněné a přepracované vydání

ZÁKLADY BIOMECHANIKY SVALOVĚ KOSTERNÍHO SYSTÉMU

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ Fakulta strojní, Ústav mechaniky, biomechaniky a mechatroniky Technická 4, Praha 6 Akademický rok: 20011/2012

Maturitní okruhy Fyzika

OBOROVÁ RADA Fyziologie a patofyziologie člověka

Výpočtové modelování deformačně-napěťových stavů ve zdravých a patologických kyčelních kloubech

-v místě zlomeniny vzniká nejprve fibrózní tkáň, která je nahrazena spongiózní kostní tkání a nakonec kostí lamelární

laboratorní řád, bezpečnost práce metody fyzikálního měření, chyby měření hustota tělesa

Sofistikovaná biomechanická diagnostika lidského pohybu

Modelování a aproximace v biomechanice

Základní škola Náchod Plhov: ŠVP Klíče k životu

Ing. Martin Šindelář. Téma disertační práce: SLEDOVÁNÍ TECHNICKÉHO STAVU ZÁVĚSU KOLA VOZIDLA. Školitel: Doc. Ing. Ivan Mazůrek CSc.

CENTRUM ROZVOJE STROJÍRENSKÉHO VÝZKUMU LIBEREC

LITERATURA: Hamill, J., Knutzen, K., M. Biomechanical Basis of Human Movement. Lippincott Williams and Wilkins, 2003, 2. vyd. ISBN Janu

BEZNOSKA/ SVL/RP/N STANDARDNÍ CEMENTOVANÁ TOTÁLNÍ NÁHRADA KOLENNÍHO KLOUBU S.V.L./N KOMPONENTA FEMORÁLNÍ CEMENTOVANÁ 2 L

Anatomie a fyziologie člověka

Biomechanika srdečněcévnísoustavy a konstitutivnímodelování

KOSTRA KONČETIN OPĚRNÁ SOUSTAVA

Anatomie I pro studenty TV. Školní rok: 2008/2009 Semestr: zimní Počet kreditů: 2 Týdenní dotace: P 1, C 1 Zakončení: Z

Do vyučovacího předmětu Seminář z matematiky a fyziky jsou začleněna tato průřezová témata:

GENETIKA 1. Úvod do světa dědičnosti. Historie

CZ.1.07/2.3.00/

BIOMECHANIKA BIOMECHANIKA KOSTERNÍHO SUBSYSTÉMU

VŠB Technická univerzita a možnosti spolupráce v oblasti jaderné energetiky

KOSTRA OPĚRNÁ SOUSTAVA

Zdroj: Bioceramics: Propertie s, Characterization, and applications (Biokeramika: Vlastnosti, charakterizace a aplikace) Překlad: Václav Petrák

Zřízení studijního oboru HPC (High performance computing)

EVA VOLNÁ MARTIN KOTYRBA MICHAL JANOŠEK VÁCLAV KOCIAN

Zdravékončetiny-základní předpoklad úspěšnévýroby mléka. MVDr. Miroslav Novák Milkprogres poradenství s.r.o.

STANOVENÍ PŘEDMĚTŮ PROFILOVÉ ČÁSTI MATURITNÍ ZKOUŠKY PRO ŠKOLNÍ ROK 2016/2017

Analýza dynamiky pádu sportovní branky, vč. souvisejících aspektů týkajících se materiálu

tuhost, elasticita, tvrdost, relaxace a creep, únava materiálu, reologické modely, zátěž a namáhání

KREVNÍ ELEMENTY, PLAZMA. Tento výukový materiál vznikl za přispění Evropské unie, státního rozpočtu ČR a Středočeského kraje

Fyzika I. Něco málo o fyzice. Petr Sadovský. ÚFYZ FEKT VUT v Brně. Fyzika I. p. 1/20

Oceňovací tabulka plnění za trvalé následky úrazu. kód Zásady pro hodnocení trvalých následků úrazu (tn)

ČÁST VI - K M I T Y A V L N Y

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BIOMECHANICKÁ STUDIE KOLENNÍHO KLOUBU S ALOPLASTIKOU

Kosterní a svalová soustava. Kosterní soustava

Koncepce soudního lékařství. doc. MUDr. Alexander Pilin, CSc.

Řešení Synthes. Inovativní řešení pro traumatologii, ortopedii a pediatrii.

Využití zrcadel a čoček

Vítám vás na přednášce

Základy histologie. prof. MUDr. RNDr. Jaroslav Slípka, DrSc. Recenzovaly: doc. MUDr. Jitka Kočová, CSc. doc. RNDr. Viera Pospíšilová, CSc.

HEMODYNAMIKA A KUBICKÝ ZÁKON

Základy magnetohydrodynamiky. aneb MHD v jedné přednášce?! To si snad děláte legraci!

Projekt Velryba Ozdravné pobyty pro děti. Semestrální projekt

1.3. Cíle vzdělávání v oblasti citů, postojů, hodnot a preferencí

Předmět: PŘÍRODOPIS Ročník: 8. Časová dotace: 2 hodiny týdně. Konkretizované tématické okruhy realizovaného průřezového tématu

Obr. 3 Postranní vazy (Gross, Fetto, Rosen, 2005) (Gross, Fetto, Rosen, 2005)

Ukázka knihy z internetového knihkupectví

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky

Ukázka knihy z internetového knihkupectví

Rektor Univerzity Palackého v Olomouci vyhlašuje 2. ročník studentské grantové soutěže na UP

Digitální učební materiál

DEFORMAČNĚ NAPĚŤOVÁ ANALÝZA TEP KOLENNÍHO KLOUBU / STRESS- STRAIN ANALYSIS OF TOTAL KNEE REPLACEMENT

UČEBNÍ TEXTY UNIVERZITY KARLOVY V PRAZE VADEMECUM. Zdravotní tělesná výchova (druhy oslabení) Blanka Hošková a kolektiv KAROLINUM

Rekonstrukce portálního řečiště v rámci chirurgického řešení pokročilého karcinomu pankreatu experiment na velkém zvířeti (biomechanická část)

MZ ČR. Vzdělávací program oboru NUKLEÁRNÍ MEDICÍNA

Úvod (1) Pojem a rozdělení biologie, biologické vědy, význam biologie. (1/1) Pojem a rozdělení biologie, biologické vědy, význam biologie.

Zubní technik pro fixní a snímatelné náhrady

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Digitální učební materiál

5.2.4 Rayleighova Taylorova nestabilita

ZPRÁVA O ČINNOSTI RADY VĚDECKÝCH SPOLEČNOSTÍ ČESKÉ REPUBLIKY

Srovnání existujících mechanických modelů kolenního kloubu a definování zátěžných parametrů

Základní škola praktická Halenkov VY_32_INOVACE_03_03_12. Člověk I.

Technické vzdělávání na Jihočeské univerzitě

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE DYNAMIKA VÁZANÝCH MECHANICKÝCH SYSTÉMŮ

OOFEM: Implementace plasticitního materiálového modelu Cam-Clay. Ondřej Faltus, ZS 2016/17 Vyučující: Ing. Martin Horák, PhD.

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ Fakulta strojní, Ústav mechaniky, biomechaniky a mechatroniky Technická 4, Praha 6 Akademický rok: 2013/2014

Teplotní roztažnost Přenos tepla Kinetická teorie plynů

Osteoartróza (OA) je degenerativní, pomalé a progresivní onemocnění chrupavky synoviálního kloubu.

Věstník MINISTERSTVA ZDRAVOTNICTVÍ ČESKÉ REPUBLIKY OBSAH:

DIPLOMOVÁ PRÁCE OPTIMALIZACE MECHANICKÝCH

Druhá třída ČAVU se v roce 1928 rozdělila na

1. LF UK Vojtěch Malina

Stavba kosti (Viz BIOLOGIE ČLOVĚKA, s ) Mechanické vlastnosti kosti. Vznik a vývoj kosti

Projekt Talnet kurzů exkurzí soustředění, týdenní expedice Ročník

Biologie zadání č. 1

Proudění viskózní tekutiny. Renata Holubova

A B C D E F 1 Vzdělávací oblast: Doplňující vzdělávací obory 2 Vzdělávací obor: Fyzikální praktika 3 Ročník: 9. 4 Klíčové kompetence

Základní charakteristika výzkumné činnosti Ústavu fyzikální chemie

5. 17 Člověk, podpora a ochrana zdraví

Boulení stěn při normálovém, smykovém a lokálním zatížení (podle ČSN EN ). Posouzení průřezů 4. třídy. Boulení ve smyku, výztuhy stěn.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Ústav strojírenské technologie

Využití anatomie pohybového aparátu člověka pro tvorbu charakteru v programu 3ds Max

Stabilizace ramenního kloubu

5. 9. FYZIKA Charakteristika předmětu

Optika. Co je světlo? Laser vlastnosti a využití. Josef Štěpánek Fyzikální ústav MFF UK

Michal Vaverka: Přehled řešených projektů

WP08: Snižování mechanických ztrát pohonných jednotek

ZÁKLADY FUNKČNÍ ANATOMIE

Snížení transientního jevu při přechodu asynchronního motoru napájeného z měniče kmitočtu na napájení ze sítě

POŽADAVKY KE STÁTNÍ ZÁVĚREČNÉ ZKOUŠCE MAGISTERSKÉ STUDIUM POČÍTAČOVÉ MODELOVÁNÍ VE VĚDĚ A TECHNICE (NAVAZUJÍCÍ STUDIUM I DOBÍHAJÍCÍ 5-LETÉ STUDIUM)

Dynamika. Akademik Karel J uliš, Doc. Ing. Rudolf Brepta, DrSc. a kol. , f,,,.,'. < ... t- PRAHA 1987 SNTL - NAKLADATELSTVÍ TECHNICKÉ LITERATURY !

Název šablony: PRIR2 Inovace a zkvalitnění výuky v oblasti přírodních věd 6 Člověk a příroda Přírodopis Přírodopis Člověk sada 2


Co by mohl (budoucí) lékař vědět o materiálech tkáňových výztuží či náhrad. 20. března 2012

Transkript:

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE Přednáška č. 10 BIOMECHANIKA Prof. Ing. Jiří Křen, CSc.

BIOMECHANIKA - VĚDA 21. STOLETÍ? Motto: Biomechanika řeší problémy, aby člověk lépe žil, jejím největším problémem ale je, že člověk žije.

Proč??

Biomechanika nový impuls mechaniky Vývoj nových metod, teorií, algoritmů - současně uplatnění v neživé oblasti, vývoj od okouzlení technikou (kouřící komíny) k požadavku zajištění kvality života a přežití živých organismů, člověka především (není popření techniky-využití pro člověka), živý organismus=mikrokosmos, obtížně modelovatelný jako kosmos; BM naplňuje potřebu poznání jako např. kosmologie.

Struktura kosterního svalu

Biomotor svalovéčinnosti

MECHANIKA vědní obor, který se zabývá studiem mechanického pohybu objektů, v aplikaci na oblast techniky = inženýrsk enýrská mechanika, propojení na bioobory = biomechanika.

VÝLET DO HISTORIE Praotec biomechaniky - Aristoteles (384-322 př. n. l.) O částech živých tvorů, propojení fyziky se živými objekty, anatomie a fyziologie orgánů (peristaltický pohyb močovodu). Hippokrates (400-370 př. n. l.) obnovení mechanické funkce zlomené kosti, základ obnovy - kostní dřeň.

Výlet do historie Otec biomechaniky - Galileo Galilei 1564-1642, spojení matematiky s přírodními vědami, povýšení matematiky na základ vědeckého poznání, konstrukce mikroskopu. Giovanni Alfonso Borelli (1608-1679) matematik a astronom, mechanika svalů. Marcello Malpighi (1628-1694) 1661 - cirkulace krve, objevení kapilár.

Výlet do historie Robert Hooke (1635-1703) první popis živočišné buňky, Micrographia, mechanika kosterních svalů. Leonhard Euler (1707-1783) objevná práce o postupu tlakových a proudových vln v cévách. Thomas Young (1773-1829) základy teorie vlnění světla, popsal a vysvětlil šilhavost oka.

Výlet do historie Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) mechanismus pukání semeníků rostlin, skladba lamel a buňek kostí, pohyb epitelových řasinek. Jean Poiseuille (1797-1869) zákon tečení vazkých kapalin, rtuťový manometr pro měření tlaku krve. Hermann von Helmholtz (1821-1894) tepelné procesy při kontrakci svalů.

Výlet do historie Ernst Henry Starling (1866-1926) přenos hmoty biologickými membránami, činnost srdce při zvýšené námaze (Starlingův zákon). August Krogh (1874-1949, Nobelova cena) teorie mikrocirkulace krevní suspenze. A. Vivian Hill (1886-1977, Nobelova cena) základní principy svalové činnosti.

SOUČASNÍ BADATELÉ Yuan-Cheng Fung 1984 - Biodynamics: Circulation. 1990 - Biomechanics: Motion, Flow, Stress, and Growth 1994 - Biomechanics: Mechanical Properties of Living Tissues. Prof. Ing. Jaroslav Valenta, DrSc. 1985 - Biomechanika, 1992 - Biomechanika srdečně-cévního systému.

BIOMECHANIKA využití poznatků, přístupů, metod a teorií mechaniky v biologii ke studiu struktury a vlastností biologických objektů,, jejich chování, ke studiu a popisu probíhaj hajících ch procesů, k řešení problémů na bioobjektech, biomechanika člověka, fauny a flóry.

BIOMECHANICKÝ PROBLÉM Medicínský problém řešený v součinnosti s inženýrskou mechanikou, je řešen na biomechanickém objektu, který může mít charakter: technický objekt v různé interakci s lidským organismem, lidský organismus jako celek, jeho neoddělená, resp. oddělená část.

Biomechanické problémy - rozdělení Řešení v odvětví biomechaniky Problémy poznávací informace o vlastnostech a chování objektů a tkání na různých strukturních úrovních (ultra, mikro, mezo, makrostruktura - škálový přístup), tkáně in vivo a in vitro (fyziologické, patologické podmínky), remodelace tkání, biotekutiny, interakce s tkání, dynamika svalů.

Biomechanické problémy - rozdělení Problémy klinické problémy implantační - klouby kyčelní, loketní, kolenní, ramenní; umělé cévní náhrady, zubní implantáty, vnitrodřeňové hřeby, fixátory, problémy bezimplantační - v jednotlivých soustavách a orgánech lidského těla; svalově-kosterní, srdečně-cévní, močové ústrojí, vyměšovací ústrojí.

Biomechanické problémy - rozdělení Problémy konstruktivní chirurgické a ortopedické nástroje, dočasné nebo trvalé implantáty, udržení fyziologických funkcí organismu (kardiostimulátory) Problémy interaktivní nebiologický objekt a tělo - biokompatibilita (implantáty, dráty, šrouby, tribologie), interakce okolí - člověk (el. a mag. pole).

Biomechanické problémy - rozdělení Problémy sportovní odezva organismu na sportovní výkon (tréninkové zatížení, rehabilitace). Problémy kriminalistické komplexní vyšetřování stop, poranění. Problémy biomateriálové vývoj a výroba biomateriálů (mechanické, bio-toleranční, tribologické, s tvarovou pamětí).

ŘEŠENÍ BIOMECHANICKÝCH PROBLÉMŮ MODELOVÁNÍM Problém formulace cíle, úroveň řešení, omezení. Vytvoření systému relevantních veličin přímé řešení (pokus-omyl, pokus-naděje), nepřímé řešení - na modelovém objektu. Volba typu modelování experimentální modelování, výpočtové (počítačové) modelování.

Řešení problémů modelováním Experimentální modelování výběr měřicí metody, zajištění SW a HW, aktivace objektu, řízení měření, realizace experimentu, vyhodnocení výsledků experimentu, verifikace správnosti výsledků, implementace výsledků řešení.

Řešení problémů modelováním Výpočtové (počítačové) modelování výběr teorie (hypotézy, řešitelnost) - (E), zajištění SW a HW, zajištění vstupních údajů - (E), realizace výpočtu, vyhodnocení výsledků výpočtu - (E), verifikace správnosti výsledků - (E), implementace výsledků řešení.

OBECNÁ ÚLOHA INTERAKCE Interakce kontinuí různých fází. Úlohy s volnou hranicí. Interakce silně vázaných systémů. Nesdružená metoda řešení interakce. Sdružená metoda řešení interakce. Newtonova a nenewtonovské kapaliny.

Interakce kontinuí různých fází Nesdružená metoda řešení samostatné řešení úlohy proudění Newtonovy kapaliny a úlohy deformace stěny MT. proudění Newtonovy kapaliny Iteračním postupem postupně řešíme úlohu proudění tekutiny a úlohu deformace stěny, až do nalezení rovnováhy na hranici interakce. deformace stěny

Proudění kapalin Zobecněná Newtonova kapalina

Proudění Newtonovy kapaliny (laminární proudění) Rovnice zapíšeme v maticovém tvaru řešíme aplikací modifikované Newtonovy-Raphsononovy metody

PODPORA MEDICÍNY Rozvoj v oblasti kloubních náhradn Většina operací závisí na zkušenosti a šikovnosti chirurga Optimalizace polohy náhradyn Optimalizace tvaru náhradyn Interakce náhrady n a lidského těla t (biomedic( biomedicína) Posouzení výsledků léčby (z mechanického ho hlediska)

MKP model mužské uretry

Modelování močového traktu

Modelování močového traktu

Modelování v biomechanice

Stěna krevní cévy

Krevní cévy - kompozity Index Tsai-Hillovo kriteria porušení (media (vlevo),adventitia (vpravo) )

FIXACE PERTROCHANTERICKÉ ZLOMENINY STEHENNÍ KOSTI Posouzení namáhání kosti a náhradyn Statická nebo dynamická fixace

Aloplastika kolenního kloubu

TOTÁLNÍ KOLENNÍ NÁHRADA slitina CoCrMo F76 a polyethylen 1, 2 a 3 křivosti v laterálním a mediálním směru statická zátěž

TOTÁLN LNÍ KOLENÍ NÁHRADA Posouzení namáhání umělého kolena 1 o 2 o 3 o Stabilita a životnost umělého kolena po operaci s ohledem na sklon osy náhrady n vůčv ůči anatomické ose nohy 1 o 2 o 3 o

SIMULACE CHŮZE Kyčel Koleno

SIMULACE CHŮZE Podpora návrhu n optimáln lního tvaru kloubní náhrady Popis úspěšnosti léčbyl (biomedicína) Aktivní svalový model pro simulaci chůze

SIMULACE CHŮZE ZÁTĚŽ KOLENA MODEL MENISKŮ Odladěný a validovaný model kolenních menisků v interakci s kolenním m kloubem

DĚKUJI VÁMV ZA POZORNOST Jiří Křen