F7PMFEAB - Experimentální a aplikovaná biomechanika

Výuky bude zaměřena na okruhy z klinické, sportovní a ortopedické biomechaniky. Především se bude jednat o seznámení studentů s metodami měření v experimentální biomechanice, biomechanikou svalově kosterního systému, hodnocení pohybu v biomechanice a rehabilitaci, hodnocení chůze a klidného stoje, hodnocení práce a výkonu, silovými a momentovými účinky, antropometrií, materiálovými vlastnostmi, způsoby zatížení, deformacemi a modelování biomateriálů, reologickými modely tkání. Dále se posluchači seznámí s oblastmi konstrukce ortéz a protéz a ergonomií ve vztahu k biomechanice.

Forma ověření studijních výsledků: písemná zkouška.

Požadavky na studenty: minimálně 70% účast na laboratorních cvičeních.

Témata přednášek:

1. týden Předmět biomechaniky a její dělení, klinická, sportovní, ortopedická, forenzní biomechanika, biomechanika v ergonomii.

2. týden Matematické a fyzikální metody v biomechanice, lineární algebra, numerické metody, vektorová algebra, aplikace metod v experimentální biomechanice.

3. týden Objemové a průřezové charakteristiky, antropometrie.

4. týden Metody měření v experimentální biomechanice, tenzometrie, elektromyografie, MoCap systémy.

5. týden Kinematika a dynamika pohybu, práce a výkon, transformace sil a momentů.

6. týden Metody hodnocení pohybu ve sportovní biomechanice a rehabilitaci, antropometrie, popis pohybu lidského těla.

7. týden Biomechanika chůze a stabilita, biomechanika horních a dolních končetin.

8. týden Biomechanika svalově kosterního systému, mechanická triáda.

9. týden Základy pružnosti a pevnosti v biomechanice, způsoby namáhání, analýza napjatosti.

10. týden Biomechanika tvrdých a měkkých tkání.

11. týden Modely biomateriálů, reologické modely tkání, vazů, šlach a svalů.

12. týden Materiály v biomechanice a jejich vlastnosti, biomateriály, biokompatibilita, bioaktivní materiál, komposity, sterilizační techniky.

13. týden Protetika, ortetika a endoprotetika: namáhání, deformace a konstrukce ortéz, protéz a endoprotéz.

14. týden Inteligentní protézy, zpracování EMG signálu, myoelektrické protézy.

Témata laboratorních cvičení:

1. týden Měření a vyhodnocování okamžité polohy těla pomocí inerciálního systému.

2. týden Měření a vyhodnocování okamžité polohy těla pomocí kamerového systému.

3. týden Určování a vyhodnocování polohy těžiště stabilometrickou plošinou.

4. týden Měření a vyhodnocování sil pod chodidly na odrazové desce.

5. týden Určení velikosti a síly svalů horní končetiny.

6. týden Určení velikosti a síly svalů dolní končetiny.

7. týden Měření momentu sil dynamometrem a jeho využití v ergonomii.

8. týden Výpočet a využití energie a práce v biomechanice pohybu.

9. týden Analýza napětí a deformace.

10. týden Analýza mechanických vlastností tvrdých tkání.

11. týden Analýza mechanických vlastností měkkých tkání.

12. týden Experimentální analýza mechanických vlastností buněk, pomocí AFM.

13. týden Základy konstrukce endoprotéz.

14. týden Analýza pohybu a stupňů volnosti robotické paže a horní končetiny.

Cílem předmětu je seznámit posluchače se základními okruhy aplikované biomechaniky v praxi.

Povinná literatura:

•KUTÍLEK, Patrik a Adam ŽIŽKA. Vybrané kapitoly z experimentální biomechaniky. V Praze: České vysoké učení technické, 2012. ISBN 978-80-01-04993-8.

•ČAPEK, Lukáš, Petr HÁJEK a Petr HENYŠ. Biomechanika člověka. Praha: Grada Publishing, 2018. ISBN 978-80-271-0367-6.

•ŽIVČÁK, Jozef. Základy bioniky a biomechaniky. Prešov: ManaCon, 2004. ISBN 80-89040-25-x.

•PRAŽÁK, Josef. Úvod do biomechaniky. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2004. ISBN 80-01-03034-2.

•KUTÍLEK, Patrik, Lubomír POUŠEK a Adam ŽIŽKA. Praktika z rehabilitačního inženýrství a protetiky-ortotiky. V Praze: České vysoké učení technické, 2011. ISBN 978-80-01-04682-1.

Doporučená literatura:

•VALENTA, Jaroslav, David VALERIAN a Svatava KONVIČKOVÁ. Biomechanika kosterního a hladkého svalstva člověka. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2008. ISBN 80-01-01734-6.

•VALENTA, Jaroslav, Svatava KONVIČKOVÁ a David VALERIAN. Biomechanika kloubů člověka. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1999. ISBN 80-01-01943-8.

•KONVIČKOVÁ, Svatava a Jaroslav VALENTA. Biomechanika člověka: svalově kosterní systém. Vyd. 2. Praha: Česká technika – nakladatelství ČVUT, 2007. ISBN 80-01-03424-0.

• Navazující magisterský studijní program Aplikovaná fyzioterapie (povinný předmět)