Biomechanika inżynierska - opis przedmiotu

Informacje ogólne

Nazwa przedmiotu	Biomechanika inżynierska
Kod przedmiotu	06.9-WM-IB-P-22_19
Wydział	Wydział Mechaniczny
Kierunek	Inżynieria biomedyczna
Profil	ogólnoakademicki
Rodzaj studiów	pierwszego stopnia z tyt. inżyniera
Semestr rozpoczęcia	semestr zimowy 2023/2024

Informacje o przedmiocie

Semestr	3
Liczba punktów ECTS do zdobycia	7
Typ przedmiotu	obowiązkowy
Język nauczania	polski
Sylabus opracował	prof. dr hab. inż. Romuald Będziński 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	15	1	-	-	Zaliczenie na ocenę
Projekt	30	2	-	-	Zaliczenie na ocenę

Cel przedmiotu

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z podstawowymi zagadnieniami dotyczącymi biomechaniki inżynierskiej w tym ruchu oraz metod badania i wspomagania układu kostnomięśniowego człowieka, a także nabycie umiejętności w zakresie wyznaczania własności biomechanicznych tkanek i definiowania środków wspomagających dysfunkcję układu ruchu. Zrozuminie pojęć przebudowy struktur tkankowych

Wymagania wstępne

Podstawowa znajomość zagadnień z mechaniki i wytrzymałości materiałów oraz metod statystycznej analizy danych. Wiedza z zarysu anatomii i fizjologii człowieka

Zakres tematyczny

Treść wykładów

Biomateriały: klasyfikacja, struktura i właściwości biomateriałów, deformacje sprężyste i plastyczne, modyfikacja biomateriałów w celu poprawy bioakceptowalności. 2h
Istota oddziaływań biomateriał/tkanka w aspekcie biotolerancji. 2h
Reakcja komórek na implant: stan zapalny, proces naprawczy, biozgodność z krwią, kancerogenność. Sposoby oceny reakcji biologicznej. 2h
Układ kostno-mięśniowy człowieka. 2h
Kinematyka układu kostno-mięśniowego. 2h
Podstawowe parametry wytrzymałościowe, własności mechaniczne i fizyczne wybranych struktur tkankowych.2h
Biotribologia, tarcie, rodzaje tarcia w biołożysku. 2h
Elementy bioniki, biomimetyki. 2h
Struktury tkankowe jako biomateriały. 2h
Staw kolanowy: budowa, kinematyka i biomechanika, podstawowe osie kończyny, modele obciążeniowe, dysfunkcje i leczenie dysfunkcji, alloplastyka stawu kolanowego. 2h
Staw biodrowy: anatomia stawu biodrowego, elementy stawu, kinematyka i biomechanika, modele obciążania, dysfunkcje, alloplastyka stawu biodrowego. 2h
Kręgosłup: podstawowe funkcje, elementy anatomiczne kręgosłupa i podstawowe parametry geometryczne pozycji ciała, modele kręgosłupa, kinematyka i biomechanika, przeciążenia i niestabilność/stabilność, główne dysfunkcje i metody leczenia kręgosłupa, implantologia kręgosłupa. 2h
Kości długie: anatomia, stabilizacja zewnętrzna, charakterystyka konstrukcji stabilizatorów zewnętrznych, stabilizacja zewnętrzna w leczeniu złamań oraz wydłużaniu kończyn. 2h
Biomechaniczny przegląd pozostałych stawów: anatomia stawów ręki, stawu ramiennego oraz łokciowego, alloplastyka i charakterystyka konstrukcji protez/implantów wspomagających. 2h
Metody badań struktur tkankowych i implantów. 2h

Treść laboratoryjna

Wprowadzenie. Zapoznanie z zasadami i regulaminem zajęć laboratoryjnych. Omówienie tematyki ćwiczeń laboratoryjnych 1h.
Modelowanie implantów płytkowych. 2h
Pomiar parametrów życiowych. 2h
Spirometria. 2h
Pomiary kątowe wielkości łuku skrzywienia. 2h
Stabilizatory kości długich. 2h
Kinematyka połączeń stawowych. 2h
Zajęcia odróbcze. 2h

Projekt
Projekt dotyczy realizacji zadania stabilizacji układu kostnego za pomocą zaprojektowanego implantu płytkowego lub ramowego z uwzględnieniem zagadnień dotyczących mechaniki przenoszenia obciążeń, zjawisk przebudowy tkanek, w tym kości, oceny interakcji tkanka implant a także zagadnień związanych biotolerancją implantu przez organizm:

Wybór i omówienie poszczególnych części projektu (1h)
Odtworzenie geometrii układu kostno-stawowego z uwzględnieniem opisu anatomii oraz przeglądu traumatologii i procesu chorobowego (4h)
Opracowanie konstrukcji implantu płytkowego/ramowego oraz systemu mocowania w kości na podstawie przeglądu danych literaturowych (4h)
Wykonanie dokumentacji konstrukcyjnej z doborem: biomateriału, technologii produkcji i wykończenia powierzchni (2h).
Obliczenia wytrzymałościowe z uwzględnieniem porównania z literaturą uzyskanych wyników (4h)

Metody kształcenia

Przekazywanie treści wykładów z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych, wykorzystanie multimedialnych materiałów informacyjnych firm medycznych w zakresie najnowszej wiedzy dot. inżynierii biomedycznej.
Podczas zajęć laboratoryjnych - praca zespołowa* (głównie zespoły 2÷4 osobowe) z wykorzystaniem aparatury badawczo-pomiarowej oraz preparatów /modeli /fantomów /stabilizatorów
Projekt: realizacja projektu indywidualnie lub w grupach 2-osobowych

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 przez studenta pozytywnej oceny z egzaminu przeprowadzonego w formie pisemnej (w szczególnych przypadkach i/lub ustnej) i obejmującego 5÷10 pytań egzaminacyjnych.

Laboratorium – warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnych ocen (obejmujących ocenę z odpowiedzi w formie ustnej lub pisemnej oraz ocenę ze sprawozdania stanowiącego zestawienie metodyki badawczej i uzyskanych rezultatów) ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych, przewidzianych programem laboratorium podanym na początku semestru.

Projekt – warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnych ocen związanych z realizacją poszczególnych etapów projektu, przyjęcie projektu w postaci dokumentacji papierowej Wydział Mechaniczny Kierunek: Inżynieria Biomedyczna zawierającej szczegółowy opis poszczególnych etapów, jak również pozytywna ocena z odpowiedzi na pytania związane z tematyką realizowanego projektu.

Literatura podstawowa

R. BĘDZIŃSKI: BIOMECHANIKA INŻYNIERSKA, OFICYNA WYD. POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ, WROCŁAW 1997.
BĘDZIŃSKI R., POD RED. „BIOMECHANIKA" TOM12 MECHANIKA TECHNICZNA”, IPPT PAN, WARSZAWA 2011.
PRACA ZBIOROWA POD RED. R. BĘDZIŃSKI I INNI : BIOMECHANIKA I INŻYNIERA REHABILITACYJNA, EXIT, WARSZAWA 2004.
C. ROSS ETHIER, CRAIG A. SIMMONS: INTRODUCTORY BIOMECHANICS, CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS, 2008. M. GZIK: BIOMECHANIKA KRĘGOSŁUPA CZŁOWIEKA, POLITECHNIKA ŚLĄSKA, GLIWICE 2007.
J. W. BŁASZCZYK: BIOMECHANIKA KLINICZNA, PWWL, WARSZAWA, 2004. P. MCGINNIS: BIOMECHANICS OF SPORT AND EXERCISE, CHAMPAIGN: HUMAN KINETICS, 1999.
J. KUBACKI: ALLOPLASTYKA STAWÓW W ASPEKCIE ZAGADNIEŃ ORTOPEDYCZNYCH I REHABILITACYJNYCH, AWF, KATOWICE 2004.
M. GIERZYŃSKA-DOLNA: BIOTRIBOLOGIA, WYD. POLITECHNIKI CZĘSTOCHOWSKIEJ, 2002. J. MROZOWSKI, JAN AWREJCEWICZ: PODSTAWY BIOMECHANIKI, WYDAWNICTWO POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ, 2004.
BRONZIO J.B. BIOMEDICAL ENGINEERING - HANDBOOK. JRC 2008

Literatura uzupełniająca

Czasopisma branżowe, np.

Acta of Bioengineering and Biomechanics, Engineering of Biomaterials.,
JOURNAL BIOMECHANICS, CILINACAL BIOMECHNICS.

Uwagi

* Liczba osób w zespole podczas realizacji zajęć laboratoryjnych zależna od liczby studentów w grupie oraz możliwości aparaturowo-ekonomicznych laboratorium.

Zmodyfikowane przez dr inż. Agnieszka Mackiewicz (ostatnia modyfikacja: 12-04-2023 10:48)