SylabUZ

Wygeneruj PDF dla tej strony

Projektowanie układów biomechanicznych - opis przedmiotu

Informacje ogólne
Nazwa przedmiotu Projektowanie układów biomechanicznych
Kod przedmiotu 06.9-WM-IB-P-54_19
Wydział Wydział Mechaniczny
Kierunek Inżynieria biomedyczna
Profil ogólnoakademicki
Rodzaj studiów pierwszego stopnia z tyt. inżyniera
Semestr rozpoczęcia semestr zimowy 2022/2023
Informacje o przedmiocie
Semestr 5
Liczba punktów ECTS do zdobycia 7
Typ przedmiotu obieralny
Język nauczania polski
Sylabus opracował
  • dr inż. Agnieszka Mackiewicz
Formy zajęć
Forma zajęć Liczba godzin w semestrze (stacjonarne) Liczba godzin w tygodniu (stacjonarne) Liczba godzin w semestrze (niestacjonarne) Liczba godzin w tygodniu (niestacjonarne) Forma zaliczenia
Wykład 30 2 - - Egzamin
Laboratorium 30 2 - - Zaliczenie na ocenę
Projekt 15 1 - - Zaliczenie na ocenę

Cel przedmiotu

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.

Wymagania wstępne

Znajomość zagadnień z zakresu mechaniki i wytrzymałości materiałów, biomechaniki inżynierskiej, rysunku technicznego i podstaw projektowania oraz podstaw statystyki i analizy matematycznej.

Zakres tematyczny

Wykład:

  • Podstawy projektowania z wykorzystaniem oprogramowania inżynierskiego typu CAD (2h).
  • Podstawy wytrzymałości materiałów - wytrzymałość na zginanie, skręcanie i naciski powierzchniowe, wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie oraz wyboczenie na przykładzie układu implant-kość/staw (2h).
  • Podstawy konstrukcji maszyn - połączenia rozłączne i nierozłączne (śrubowe, nitowe, spawane, zgrzewane, klejone) w elementach implantów i protez (2h).
  • 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) (4h).
  • Metody doświadczalne/badawcze w biomechanice. Aparatura badawcza. Oprzyrządowanie badawcze (4h).
  • Metody diagnostyczne w chirurgii (2h).
  • Biomechanika biernego narządu ruchu – kości, morfologia i fizjologia kości, biomechaniczne procesy dostosowawcze, modelowanie struktury kości, wytrzymałość mechaniczna kości, zmiany wytrzymałości strukturalnej kości (4h).
  • 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 (2h).
  • Biomechanika ruchu człowieka i zwierzęcia – parametry i fazy chodu, parametry kinematyczne i kinetyczne lokomocji. Biomechanika postawy stojącej - ocena stabilności postawy, zaburzenia stabilności postawy, rola układów sensorycznych (2h).
  • Zastosowanie metod numerycznych w rozwiązywaniu problemów wytrzymałości połączenia implant/endoproteza-staw/kość (2h).
  • Etapy modelowania matematycznego z wykorzystaniem oprogramowania inżynierskiego (2h).
  • Modele numeryczne układów biomechanicznych w ujęciu liniowym i nieliniowym. (2h) 

Laboratorium:

  • Wykorzystanie oprogramowania inżynierskiego ze środowiska CAD  w modelowaniu układów biomechanicznych (6h).
  • Wykorzystanie oprogramowania do modelowania zagadnień inżynierskich wykorzystującego metodę elementów skończonych (8h).
  • Projektowanie modeli elementów wyrobów medycznych (implant, proteza) (4h).
  • Obliczenia wytrzymałościowe (rozciąganie, ściskanie i wyboczenie, zginanie, skręcanie i naciski powierzchniowe) dotyczące wytypowanych elementów konstrukcyjnych wyrobów medycznych (2h). 
  • Analiza biomechaniki i kinematyki wytypowanego stawu; budowanie układów równań z wykorzystaniem wektorów (2h).
  • Poznanie oprogramowania związanego z realizacją prac badawczych na maszynie wytrzymałościowej, planowanie eksperymentu (4h). 
  • Analiza korekcji stanów patologicznych zniekształceń kończyny dolnej. Wpływu określonej techniki leczenia na korektę dysfunkcji (np. szpotawości w stawie kolanowym, zwyrodnienie krążków międzykręgowych kręgosłupa) (4h)

Projekt:

  • Projektowanie wytypowanego układu biomechanicznego (implant lub proteza w połączeniu z stawem), optymalizacja konstrukcji (6h).
  • Opracowanie geometrii układu stawowego na podstawie obrazów medycznych (2h). 
  • Modelowanie wytypowanego stawu/części układu kostnego człowieka lub zwierzęcia, symulacje stanu  prawidłowego i patologicznej deformacji stawu/kości (2h).
  • Obliczenia inżynierskie układu analiza stanów naprężeń i odkształceń w układzie implant-kość lub proteza/staw (3h). 
  • Wykonanie dokumentacji konstrukcyjnej z doborem: biomateriału, technologii produkcji i wykończenia powierzchni (2h).

Metody kształcenia

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. Celem poszczególnych ćwiczeń jest rozwiązanie konkretnego problemu z zakresu układów biomechanicznych poprzedzonego samodzielną analizą stanu wiedzy zagadnienia, obliczeniami analitycznymi 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 układu biomechanicznego. W ramach projektu przedstawienie na forum etapów rozplanowania realizacji – diagnoza problemu, ścieżki poszukiwania rozwiązań – wskazanie układu i optymalizacja rozwiązania. Opracowanie pełnej inżynierskiej dokumentacji przy wsparciu dyskusyjnym prowadzącego i pozostałych grup studentów.

Efekty uczenia się i metody weryfikacji osiągania efektów uczenia się

Opis efektu Symbole efektów Metody weryfikacji Forma zajęć

Warunki zaliczenia

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.

Ocena końcowa jest średnią ważoną: 40% - ocena z wykładu, 25% ocena z laboratorium, 35% ocena z projektu

Literatura podstawowa

  • Bober T., Zawadzki J.: Biomechanika układu ruchu człowieka, Wydawnictwo BK, Wrocław 2006.
  • Błaszczyk J. W.: Biomechanika kliniczna, PWWL, Warszawa, 2004.
  • Ethier C.R., Simmons C.A.: Introductory Biomechanics, Cambridge University Press, 2008.
  • Gzik M.: Biomechanika kręgosłupa człowieka, Politechnika Śląska, Gliwice 2007.
  • Będziński R.: Biomechanika Inżynierska, Oficyna Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1997.
  • Będziński R., „Biomechanika tom12 Mechanika techniczna”, IPPT PAN, Warszawa 2011
  • Praca zbiorowa pod red. M. Nałęcza: Biomechanika i Inżyniera Rehabilitacyjna, EXIT, Warszawa 2004.
  • Erdmann W.S.: Biomechanika. Przewodnik do ćwiczeń. 1999, Gdańsk.
  • Tejszerska D., Świtoński E. (Red.): Biomechanika inżynierska. Zagadnienia wybrane. Laboratorium (Wyd. I, 2004).
  • Babiuch M.: SolidWorks 2006 w praktyce, Helion, 2007. 11. Gronowicz A.: Podstawy analizy układów kinematycznych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2003.
  • Osiński Z. (pod red.): Podstawy konstrukcji maszyn, PWN 2003.
  • Mazanek E. (pod red.): Przykłady obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn, t.1,2, WNT 2005.
  • Morecki A., Knapczyk J., Kędzior K., Teoria mechanizmów i manipulatorów, WNT 2002

Literatura uzupełniająca

  • Normy.
  • Czasopisma z zakresu biomechaniki (Elektroniczna Baza Czasopism UZ).

Uwagi


Zmodyfikowane przez dr inż. Agnieszka Mackiewicz (ostatnia modyfikacja: 11-05-2022 10:18)