Last update: Mgr. Dalibor Šmíd, Ph.D. (12.06.2021)
Multiphysics interactions and material models used in biomechanics, tissue modelling.
Last update: Mgr. Dalibor Šmíd, Ph.D. (12.06.2021)
Multifyzikální interakce a materiálové modely využívané v biomechanice, modelování tkání.
Course completion requirements -
Last update: Mgr. Dalibor Šmíd, Ph.D. (29.09.2022)
tbd
Last update: Mgr. Dalibor Šmíd, Ph.D. (29.09.2022)
tbd
Literature -
Last update: Mgr. Dalibor Šmíd, Ph.D. (29.09.2022)
tbd
Last update: Mgr. Dalibor Šmíd, Ph.D. (29.09.2022)
tbd
Syllabus -
Last update: Mgr. Dalibor Šmíd, Ph.D. (29.09.2022)
1. Intro to human biomechanics.
2. Multiphysical interactions and material models used in biomechanics.
3. Biomechanics and tissue modelling.
4. Modelling of biomechanical subsystems.
Last update: Mgr. Dalibor Šmíd, Ph.D. (30.09.2022)
1. Úvod do biomechaniky člověka.
Základní anatomické názvosloví. Modelování v biomechanice a experimentální metody -- metodologie, základní problémy, návaznost na lékařské obory. Historický vývoj biomechaniky\rela.
Mechanika buněk a mezibuněčné hmoty --- typy buněk a jejich funkce. Procesy na buněčné membráně. Funkce a mechanické vlastnosti mezibuněčné hmoty.
Základní typy tkání, jejich stavba a funkce, metody zjišťování tkáňové struktury.
2. Multifyzikální interakce a materiálové modely využívané v biomechanice.
Hyperelastické a viskoelastické reologické modely pro popis vláknitých struktur, creep, relaxace, hystereze, Mullinsův efekt, modely poškození.
Reologické modely biologických tekutin, hemodynamika, popis krve a její tokové vlastnosti.
Fenomenologický přístup k modelování tkání, směsové a kompozitní modely měkkých tkání -- zesílená anizotropie odezvy v tahu a tlaku.
Alternativní přístupy k modelování heterogenních kontinuí v kontextu biologických tkání, mikrokontinuální teorie, homogenizace lokálně periodických kontinuí\rela{}.
Modely vícefázových prostředí, Biotovo poroelastické kontinuum, porézní prostředí a vliv elektro-chemické interakce, elektrická dvojvrstva.
3. Biomechanika a modelování tkání.
Membránový transport. Elektrochemická a enzymová kinetika Michaelise-Mentenové, elektrodifúzní modely, membránový potenciál, aktivní transport a modely iontových kanálů. Model vzrušivé tkáně, FitzHughův -- Nagumův model.
Svalové tkáně -- modelování svalové kontrakce -- mechanika sarkomery, Huxleyho model příčných můstků, Hillův model svalu a energetická bilance.
Tkáň srdečního svalu, akční potenciál a modely elektrické aktivační vlny, tachykardie, fibrilace.
Kostní tkáň -- evoluce kosti a její hierarchické uspořádání, nehomogenita a anizotropie, kost jako porézní prostředí.
Chrupavky -- modelování některých významných procesů, viskoelasticita, elektro-osmotické jevy a kloubní mazání.
Transportní procesy v tkáních -- mikrocirkulace tekutin v tkáni a její okysličování.
Remodelace a růst tkání -- obecná metodologie modelování, popis konfigurací, růstové faktory a vliv mechanotransdukce.
4. Modelování biomechanických subsystémů.
Lagrangeovský, Eulerovský a ALE popis pro formulace úloh deformujících se tkání\rela{}. Popis interakce při proudění tekutin v poddajných kanálech.
Kardiovaskulární systém, hierarchické a vícekompártmentové modely, redukované modely (Windkessel model, sdružené 1D-3D modely).
Hierarchické modelování prokrvení, modelování jater a mozku.
Peristaltika při transportu v biologických kanálech, popis proudění v ureteru, v uretře a jiné problémy modelování v urologii.
Vybrané speciální problémy biomedicíny z pohledu matematického modelování (variabilní témata), segmentace obrazových dat a kompenzace deformací, modelování CT perfúzních vyšetření, radiofrekvenční ablace tkáně, elastografie a zjišťování patologických změn
