F7DTMSPO - Modelování a simulace pro protetiku a ortotiku

Předmět nabízí přehlednou informaci o možnostech využití moderních technologií v oblasti tvorby protetických a ortotických pomůcek. Pozornost je věnována technickým aspektům modelování a návrhu konstrukce takových zařízení i perspektivám dalšího vývoje s využitím výsledků moderních disciplín (např. robotika, umělá inteligence) a s přihlédnutím k medicínské problematice nejčastějších druhů postižení či poruch.

Forma ověření studijních výsledků: ústní zkouška

Standardně probíhá výuka kontaktní formou a předmět má přednášky a projektově orientovaná cvičení. V případě, že počet studentů je menší než 5, může výuka probíhat v podobě řízeného samostudia s pravidelnými konzultacemi. V tom případě je kromě zkoušky navíc požadováno vypracování písemné studie studentem na zadané téma.

1) Úvod do modelování a simulace v protetice; Definice základních medicínských a fyzikálních pojmů v protetice; Faktory a koncepty v protetice.

2) Typy protetických a ortoptických pomůcek; Základní pojmy konstrukce a návrhu mechanických konstrukcí, základní typy modelů, rozdělení sw pro modelování a simulace, modelování mechanických prvků protetických pomůcek, metoda konečných prvků.

3) Metody testování mechanických vlastností materiálů exoprotetických a endoprotetických náhrad pro modelování a konstrukci.

4) Typy, rozdělení, funkce a modelování elektrického, myoelektrického a hybridního ovládání protéz a ortéz;

5) Metody simulace a vývoje protéz dolních končetin; Typy protéz dolních končetin, metody jejich volby a aplikace; Optimalizace zavěšení a fixování protéz dolních končetin;

6) Výpočtový návrh kloubů a adaptérů protéz dolních končetin; Konstrukce a vývoj protetických chodidel (statických, dynamických).

7) Metody simulace a vývoje protéz horní končetiny; Perspektivní terminální zařízení protéz; Design zavěšení a řízení protéz horních končetin; Fyzikální aspekty návrhu kloubů a adaptérů protéz horních končetin.

8) Metody řízení kinematiky terminálních zařízení; Funkční režimy protéz HK a DK. Modelování a simulace mechanických soustav.

9) Endoprotézy; Moderní metody modelování a návrhu konstrukce endoprotetických protéz; Materiály v endoprotetice a jejich fyzikální vlastnosti pro modelování a simulace; Totální endoprotéza kyčelního, kolenního a ramenního kloubu a konstrukční omezení.

10) Obecné dělení ortéz; Moderní principy návrhu a stavby ortéz; Dělení ortéz podle funkce a fyzikálních vlastností; Fyzikálně-mechanické principy simulace a návrhu ortéz.

11) Přístroje pro měření kinematických a dynamických veličin pohybu s protetickými a ortotickými pomůckami, kamerové systémy, gyro-akcelerometrické systémy, tenzometrické systémy, nástroje předzpracování a zpracování měřených dat,

12) Využití kinematických a dynamických veličin pohybu v simulaci a modelování protetických a ortoptických pomůcek, metody kvantitativního hodnocení pohybu s protetickými a ortotickými pomůckami,

13) Metody testování konstrukcí exoprotetických a endoprotetických náhrad a ortéz; Testování in-vivo a in-vitro; porovnávání výsledků testování reálných pomůcek s modely

14) Presentace závěrečné samostatné práce z oboru

Cvičení budou řešena formou praktických projektů, v nichž si studenti ověří znalosti získané v přednáškách.

Předmět nabízí přehlednou informaci o možnostech využití moderních technologií v oblasti tvorby protetických a ortotických pomůcek.

Kutílek P., Žižka A.: Vybrané kapitoly z experimentální biomechaniky, skripta, ČVUT, 2012. ISBN 978-80-01-04993-8

Kutílek P., Žižka A., Poušek L.: Praktika z rehabilitačního inženýrství, protetiky-ortotiky a biomechaniky, skripta, ČVUT, 2011. ISBN: 978-80-01-04682-1

Murphy D. Fundamentals of amputation care and prosthetics. New York: Demos Medical Publishing, 2013, xiii, 234 p. ISBN 19-362-8770-6.

Lusardi M.M., Nielsen C.C.: Orthotics and prosthetics in rehabilitation. 2nd ed. St. Louis, Mo.: Saunders/Elsevier, c2007, xix, 904 p. ISBN 07-506-7479-2.

Agarwal A.K, Srivastava R.K.: Essentials of prosthetics. New Delhi: Jaypee Brothers, 2013. ISBN 978-935-0904-374.