1. SylabUZ
2. Wydział Mechaniczny
3. semestr zimowy 2017/2018
4. Inżynieria biomedyczna - pierwszego stopnia z tyt. inżyniera
5. Projektowanie układów biomechanicznych

Wygeneruj PDF dla tej strony

Projektowanie układów biomechanicznych - opis przedmiotu

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

Zapisz zmiany

Zakres tematyczny

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 – 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.

Laboratorium:
Wykorzystanie oprogramowania inżynierskiego ze środowiska CAD w modelowaniu układów biomechanicznych. Budowanie 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, optymalizacja konstrukcji. Modelowanie wytypowanego stawu ludzkiego/części układu kostnego człowieka, symulacje stanu patologicznegodeformacyjnego oraz wpływu określonej techniki leczenia na korektę dysfunkcji (np. szpotawości w stawie kolanowym). Projektowanie oprzyrządowania do stanowiska biomechanicznego z uwzględnieniem metodyki badawczej oraz obiektu badań.

Metody kształcenia

Wykład informacyjny z wykorzystaniem technik aktywizujących.
W ramach laboratorium indywidualna realizacja konkretnego problemu z zakresu układów biomechanicznych poprzedzona samodzielną analizą zagadnienia, następnie dyskusją i ogólną burzą mózgów nt. rozwiązania przy pomocy dostępnych technik i oprogramowania. W efekcie prezentacja uzyskanych wyników.
Projekt zespołowy 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.

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.
Projekt: Ocena z projektu jest określana na podstawie oceny trafności doboru użytych technik i metod oraz jakości wykonania 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.

Literatura uzupełniająca

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

Uwagi

Zmodyfikowane przez dr inż. Daniel Dębowski (ostatnia modyfikacja: 05-05-2017 13:05)