SylabUZ
Course name | Design of Biomechatronic Systems |
Course ID | 06.9-WM-IB-P-49_15gen |
Faculty | Faculty of Mechanical Engineering |
Field of study | Biomedical Engineering |
Education profile | academic |
Level of studies | First-cycle studies leading to Engineer's degree |
Beginning semester | winter term 2018/2019 |
Semester | 5 |
ECTS credits to win | 7 |
Course type | optional |
Teaching language | polish |
Author of syllabus |
|
The class form | Hours per semester (full-time) | Hours per week (full-time) | Hours per semester (part-time) | Hours per week (part-time) | Form of assignment |
Lecture | 30 | 2 | 18 | 1,2 | Exam |
Laboratory | 30 | 2 | 18 | 1,2 | Credit with grade |
Project | 15 | 1 | 9 | 0,6 | Credit with grade |
Celem kształcenia jest nabycie przez studentów umiejętności w zakresie prowadzenia analiz obciążeniowo-anatomicznych elementów układu kostno-mięśniowego człowieka. Projektowanie modeli wyrobów medycznych i ich testowanie biomechaniczne pod kątem oceny funkcjonalności.
Znajomość zagadnień z zakresu mechaniki i wytrzymałości materiałów, biomechaniki inżynierskiej, rysunku technicznego i podstaw projektowania oraz podstaw statystyki i analizy matematycznej.
Wykład:
Podstawy projektowania z wykorzystaniem oprogramowania inżynierskiego CAD (SolidWorks, AutoCAD). Podstawy wytrzymałości materiałów - wytrzymałość na zginanie, skręcanie i naciski powierzchniowe, wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie oraz wyboczenie na przykładzie wyrobów medycznych. Podstawy konstrukcji maszyn - połączenia rozłączne i nierozłączne (śrubowe, nitowe, spawane, zgrzewane, klejone) w elementach wyrobów medycznych. Podstawy teorii maszyn i mechanizmów w układach biomechanicznych– łańcuchy kinematyczne, dźwignie biomechaniczne; budowanie układów równań z wykorzystaniem wektorów w parach kinematycznych (np. w stawie człowieka). Metody doświadczalne/badawcze w biomechanice. Aparatura badawcza. Oprzyrządowanie badawcze. Metody diagnostyczne w chirurgii. Biomechanika biernego narządu ruchu – kości, morfologia i fizjologia kości, biomechaniczne procesy dostosowawcze, modelowanie struktury kości, wytrzymałość mechaniczna kości, zmiany wytrzymałości strukturalnej kości. Biomechanika stawów – anatomia połączeń stawowych, charakterystyka ruchów stawowych, patologiczne zmiany, fizjologiczne mechanizmy zabezpieczające. Biomechanika mięśni – struktura mięśnia szkieletowego, charakterystyki mechaniczne mięśnia, kontrola aktywności mięśnia, ocena stanu funkcjonalnego mięśni. Biomechanika ruchu człowieka – parametry i fazy chodu, parametry kinematyczne i kinetyczne lokomocji. Biomechanika postawy stojącej - ocena stabilności postawy, zaburzenia stabilności postawy, rola układów sensorycznych. Zastosowanie metod numerycznych w rozwiązywaniu problemów wytrzymałości połączenia implant/endoproteza-staw/kość. Etapy modelowania matematycznego z wykorzystaniem oprogramowania inżynierskiego. Modele numeryczne układów biomechanicznych w ujęciu liniowym i nieliniowym.
Laboratorium:
Wykorzystanie oprogramowania inżynierskiego ze środowiska CAD (AutoCad, SolidWorks) w modelowaniu układów biomechanicznych. Wykorzystanie oprogramowania do modelowania zagadnień inżynierskich wykorzystującego metodę elementów skończonych (Ansys, SolidWorks). Projektowanie modeli elementów wyrobów medycznych (implant, narzędzie chirurgiczne). Obliczenia wytrzymałościowe (rozciąganie, ściskanie i wyboczenie, zginanie, skręcanie i naciski powierzchniowe) dotyczące wytypowanych elementów konstrukcyjnych wyrobów medycznych. Obliczenia połączeń rozłącznych i nierozłącznych w mechanizmach wytypowanych wyrobów medycznych. Analiza biomechaniki i kinematyki wytypowanego stawu; budowanie układów równań z wykorzystaniem wektorów. Poznanie oprogramowania związanego z realizacją prac badawczych na maszynie wytrzymałościowej, planowanie eksperymentu. Planowanie i przeprowadzenie doświadczeń układu biomechanicznego ze stabilizatorem kostnym z wykorzystaniem metod tensometrycznych. Wyznaczanie stanów obciążeń oraz charakterystyk bezwładnościowych elementów ciała człowieka.
Projekt:
Projektowanie wytypowanego urządzenia medycznego (implant/narzędzie chirurgiczne) , analiza stanów naprężeń i odkształceń w układzie implant-kość, optymalizacja konstrukcji. Modelowanie wytypowanego stawu ludzkiego/części układu kostnego człowieka, symulacje stanu patologicznej deformacji stawu/kości oraz wpływu określonej techniki leczenia na korektę dysfunkcji (np. szpotawości w stawie kolanowym, zwyrodnienie krążków międzykręgowych kręgosłupa). Opracowanie geometrii układu stawowego na podstawie obrazów medycznych. Projektowanie oprzyrządowania do stanowiska biomechanicznego z uwzględnieniem metodyki badawczej oraz obiektu badań. Obliczenia inżynierskie układu.
Wykład informacyjny z wykorzystaniem technik aktywizujących.
Laboratorium: Studenci realizują zadane ćwiczenia laboratoryjne indywidualnie lub w zespołach 2-osobowych z wykorzystaniem oprogramowania CAD oraz oprogramowania wspomagającego obliczenia inżynierskie Ansys. Celem poszczególnych ćwiczeń jest rozwiązanie konkretnego problemu z zakresu układów biomechanicznych poprzedzonego samodzielną analizą stanu wiedzy zagadnienia, obliczeniami analitycznymi oraz budową modelu numerycznego i weryfikacją numeryczną. W efekcie student przedstawia sprawozdanie z uzyskanych wyników oraz odniesienia rezultatów do aktualnego stanu wiedzy.
Projekt wykonywany w grupach (nie przekraczających 3 osób) poprzez opracowanie dokumentacji wytypowanego urządzenia medycznego. W ramach projektu przedstawienie na forum etapów rozplanowania realizacji – diagnoza problemu, ścieżki poszukiwania rozwiązań – wskazanie wyboru i optymalizacja rozwiązania. Opracowanie pełnej inżynierskiej dokumentacji przy wsparciu dyskusyjnym prowadzącego i pozostałych grup studentów.
Outcome description | Outcome symbols | Methods of verification | The class form |
Wykład: Warunkiem zaliczenia części wykładowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z pisemnych odpowiedzi na pytania egzaminacyjne dotyczące teoretycznych zagadnień przedmiotu.
Laboratorium: Na ocenę z laboratorium składa się weryfikacja wstępnego przygotowania studenta do zajęć z materiałów udostępnionych przez prowadzącego, realizacja zdanych zagadnień oraz sprawozdań/raportów będących efektem wykonania wszystkich przewidzianych ćwiczeń (średnia arytmetyczna z ocen cząstkowych)
Projekt: Ocena z projektu jest określana na podstawie średnie arytmetycznej z ocen cząstkowych z poszczególnych etapów wykonanego przez studenta projektu. Oceniana jest również trafności doboru użytych technik i metod oraz jakości wykonania projektu całościowo.
Modified by dr inż. Agnieszka Mackiewicz (last modification: 14-09-2018 07:54)