Biomechanika a modelování tkání - KME/BMT
Garant
Přednášející
Cvičící
Rozvrhové akce
| Přednáška | UN 453 | ZS | Čtvrtek 7-8 (13:00-14:40) | |
| Cvičení | UN 453 | ZS | Čtvrtek 9-10 (14:50-16:30) |
Cíle předmětu
Předmět si klade cíl seznámit studenty s problematikou modelování biologických tkání jako heterogenních deformovatených prostředí se složitou strukturou, zejména svalovými a pojivovými tkáněmi a tkání kosti z pohledu jejich kostituce, základních funkcí a procesů, které v nich probíhají. Těžiště obsahu předmětu spočívá ve výkladu matematických modelů popisující jevy významné z funkčního hlediska tkání, jako jsou deformace, svalová kontrakce, elektroosmoza a difúze dalších látek, prokrvení a mikroproudění v porézním deformujícím se prostředí, mechanismy remodelace a růstu. Studenti se seznámí s metodikou mikrostrukturálně orientovaného modelování a zejména s využitím metod homogenizace.Přehled látky
1 Základní typy tkání, jejich stavba a funkce, metody analýzy tkáňové struktury.2 Popis velkých deformací, kinematika, napěťově-deformační vztahy, přehled používaných hyperelastických modelů.
3 Reologie viskoelastických modelů, creep, relaxace, disipace.
4 Úvod do poroelasticty, fenomenologické teorie, Darcyho proudění a Biotův model.
5 Elektrodifúze elektrolytů v porézním prostředí, základní vztahy, modely elektrické dvojvrstvy.
6 Reakčně difúzní mechanismy v tkáních, kinetické rovnice, popis některých enzymaticky řízených proceů.
7 Úvod do fyziologie svalové kontrakce, Hillova a Huxleyova teroie kontrakce.
8 Modelování svalových tkání jako 3D kontinua: hladký sval, kosterní sval, srdeční sval.
9 Chrupavky: základní procesy, viskoelasticita a elektro-osmoza, použití vícefázových teorií.
10 Stavba kostní tkáně, kompaktní a trabekulární kost, hierarchické uspořádání porézní struktury, používané poroelastické modely, elektrické potenciály a mechanotransdukce.
11 Modely růstu tkání, aplikace na kost, vliv dynamického zatížení.
12 Modelování prokrvení tkání, hierarchické modely, aplikace na modelování některých orgánů, vliv deformace.
13 Metody identifikace materiálových parametrů, optimalizační úlohy, nepřímá měření.
Odborné dovednosti po absolvování předmětu
- využívat odborných znalostí pro řešení některých jednodušších úloh z oblasti modelování tkání
- orientovat se v odborné literatuře zaměřené na modelování tkání a experimentální studie
- charakterizovat mechanické vlastnosti tkání
- pro daný případ (problém) analyzovat nároky na komplexnost tkáňového modelu, vybrat jeho rozhodující vlastnosti a jevy, které by měl popisovat
- formulovat jednodušší úlohy pro simulace mechanicky zatížených tkání
Požadavky na studenta
Požadavky k zápočtu:Vypracování a odevzdání semestrální práce na odpovídající úrovni.
Požadavky ke zkoušce:
Aktivní znalost přednášené látky a schopnost aplikovat teorii při rozboru jednodušších problémů.
Doporučená literatura
- Křen, Rosenberg: Biomechanika ,
- Marsik: Biotermodynamika ,
- Cowin: Bone biomechanics ,
- Holzaplfel: Cardiovascular biomechanics ,
- Keener, Sneyd: Mathematical physiology ,
- Quarteroni: Model. Bio. Flows ?. ,