Základní seznámení s biomechanikou

Prezentace na téma: "Základní seznámení s biomechanikou"— Transkript prezentace:

1 Základní seznámení s biomechanikou
Aplikace MKP v biomechanice - Modelování zatěžování obratle krční páteře pomocí softwaru ANSYS Základní seznámení s biomechanikou

2 Aplikace MKP v biomechanice - Modelování zatěžování obratle krční páteře pomocí softwaru ANSYS.
Obsah: Základní seznámení s biomechanikou Základní anatomie krční páteře. Základní vlastnosti biologických tkání. Metody vytváření biomechanických modelů. Řešení úlohy statického zatížení obratle C3. Zavedení materiálových vlastností, zavedení okrajových podmínek realizující působení lidské hlavy na krční obratel. Konečná vizualizace a vyhodnocení výsledků.

3 Aplikace MKP v biomechanice - Modelování zatěžování obratle krční páteře pomocí softwaru ANSYS.
Co je Biomechanika? Věda označovaná jako věda 21. století. Vyznačuje se značnou interdisciplinárnosti. Aplikuje znalosti mechaniky na oblast biologických organismů a jejich částí a mezi jejich interakcemi. Využívá sofistikovaných počítačových metod (numerické metody, výkonný hardware, software) moderních technologií a nejnovějších poznatků vědy a techniky.

4 Historie biomechaniky
Aplikace MKP v biomechanice - Modelování zatěžování obratle krční páteře pomocí softwaru ANSYS. Historie biomechaniky Za otce biomechaniky je považován Galileo Galilei ( ). Galileo nejdříve studoval medicínu, poté se však začal věnovat fyzice. Byl tedy prvním, kdo spojil lékařskou vědu s matematikou, resp. fyzikou. Od té doby je biomechanika neustále rozvíjena. A to díky rozvoji jednotlivých oborů a poznávání nových postupů. Giovani Alfonso Borelli (1604 – 1680) – první fundamentální studie biomechaniky: „DE MOTU ANIMALIUM“ Robert Hook – Hookeův zákon (1676) – „Ut tensio, sic vis“ Zavedl pojem buňka v publikaci „Micrographia“ (1665) – pro pozorování využíval jednoduchý mikroskop 20. století – technologický rozvoj Prof. Ing. Jaroslav Valenta, DrSc. „Biomechanika“ (1985) „Biomechanika srdečně-cévního systému“ (1992)

5 Biomechanika se rozděluje na několik podoborů: Makrobiomechanika:
Aplikace MKP v biomechanice - Modelování zatěžování obratle krční páteře pomocí softwaru ANSYS. Biomechanika se rozděluje na několik podoborů: Makrobiomechanika: makroskopický popis struktury z hlediska orgánů a jejich struktur, tedy tkání a jejich mechanických interakcí, studuje například mechanické vlastnosti kloubů, menisku, pevnost a pružnost vazů, atd. Mikrobiomechanika, popisuje struktury z mikroskopického hlediska (celulární a subcelulární popis), zaměřuje se tedy na popis v oblasti buněk, buněčných komplexů a jejich mechanického působení. Aplikovaná biomechanika člověka konkrétní využití v medicínské oblasti, například v ortopedii. Podrobnější dělení biomechaniky není příliš podstatné. Jednotlivé obory se rychle vyvíjejí, vznikají nové a jejich pojmenování a dělení spíše reflektuje aktuální potřeby praxe.

6 Aplikace MKP v biomechanice - Modelování zatěžování obratle krční páteře pomocí softwaru ANSYS.
Oblasti použití: Klinické problémy Chování implantátů – totální endprotéza, zubní implantáty. Interakce mezi různými orgány (svalově- kosterní, srdečně-cévní). Konstrukce vývoj chirurgických a ortopedických pomůcek, atd. Sportovní rehabilitace, tréninkové zatížení, atd. Kriminalistické vyšetřování trestných činů, poranění, atd. Biomateriálové vývoj a výroba biomateriálů.

7 Biomechanika v současnosti
Aplikace MKP v biomechanice - Modelování zatěžování obratle krční páteře pomocí softwaru ANSYS. Biomechanika v současnosti Pro tvorbu modelů se používají moderní metody (např. Rapid prototyping). Vstupem pro tyto modely můžou být CT snímky, rentgeny, scany reálných anatomických preparátů, atd. Pro přípravu modelů se používají CAD (Catia) a 3D modelářské(Rhinoceros, Blender) softwary. Pro simulaci chování modelů se využívají CAE softwary CAE na bázi metody konečných prvků (ANSYS) pro simulaci mechanického chování modelů. Příklady použití: Simulace chování kloubních náhrad – totální endoprotézy, Chování kostních implantátů, fixátorů, Chování kostní tkáně při zatěžování – remodelace kostní tkáně, Spousta dalších aplikací.

8 Příklady biomechanického modelování:
Aplikace MKP v biomechanice - Modelování zatěžování obratle krční páteře pomocí softwaru ANSYS. Příklady biomechanického modelování: Deformačně napěťová analýza obratle C3 při anteflexním pohybu – zobrazení maximálních hodnot distribuce mechanického napětí.

9 Aplikace MKP v biomechanice - Modelování zatěžování obratle krční páteře pomocí softwaru ANSYS.
Deformačně napěťová analýza páteřního prvku s aplikovaným fixátorem MACS – zobrazení celkových deformací.