Cz En

Pracoviště

Laboratoř kardiovaskulární biomechaniky

Ing. Hynek Chlup

Vedoucí:

Pracovníci:

Ing. David Hromádka , Ing. Jakub Kronek , Ing. Jan Veselý , Ing. Eva Gultová , Prof. Ing. Rudolf Žitný, CSc., Ing. Lukáš Horný , Ing. Pavel Novotný

Popis:

Laboratoř kardiovaskulární biomechaniky je součástí Ústavu mechaniky, biomechaniky a mechatroniky na Fakultě strojní ČVUT v Praze. Laboratoř vznikla za podpory Výzkumného záměru MŠMT a projektu GA ČR

Práce v laboratoři se zaměřuje na základní i aplikovaný výzkum v oblasti karidovaskulární biomechaniky. Epidemiologické studie v ČR prokázaly, že choroby kardiovaskulárního systému ročně způsobují více jak polovinu všech úmrtí. Výzkum této oblasti je tedy jedním z prvořadých. Naše současné projekty se zabývají především výzkumem mechanických vlastností cévních stěn.

Laboratoř je vybavena experimentální linkou simulující velký krevní oběh s pulzátorem SuperPump řízeným počítačem. Pomocí ovládacího softwaru je možno volit tvar, amplitudu a frekvenci pulzů. Do linky je možno zařadit regulovatelný prvek simulující systémový odpor krevního řečiště skládající se z mnohačetného větvení a kapilárních odporových segmentů. Linka je používána k detekci rychlosti pulzní vlny ve velkých tepnách a k identifikaci materiálových vlastností cévních stěn. Linka může být použita i pro zkoušení umělých chlopní, stentů či cévních náhrad. Linka je koncipována stavebnicovým systémem. Obecně je použitelná pro zkoumání mechanických vlastností libovolných elastických trubic zatěžovaných pulzačním tokem, vnějším tlakem a osovým předpětím. Linka je vybavena tlakovými čidly Cressto (0-28 kPa) a Kulite (0-250kPa). Průtoky lze měřit dopplerovským ultrazvukem HiDop 300 či UVP monitorem Met-Flow.

Dalším zařízením je experimentální linka pro modelování samobuzeného kmitání v elastických trubicích. Zařízení je opět stavebnicového typu, obsahuje hydrodynamické čerpadlo generující kontinuální tok, ustalovací komory k odstínění rušivých jevů v proudu před a za zkoumaným vzorkem. Vzorek je upnut v experimentální komoře, kde může být vyvinut vnější tlak a osové předpětí vzorku a tlak je měřen tlakovými čidly.

Posuvy (resp. deformace) elastických trubic je možno sledovat pomocí laserového snímače micro-epsilon scanCONTROL 2800 (řádkový laser, 1024b) nebo pomocí konfokálních sond Precitec CHRocodile M4 (4 bodové sondy). Nejširší možnosti měření posuvů ovšem nabízí 3D korelační systém pro korelaci digitálních obrazů DANTEC Q-450, který umožňuje vyhodnocovat pole posuvů na povrchu prostorových objektů. 

Simulační linky lze použít i pro statické inflační-extenzní testy elastických trubic o vnitřních průměrech 3-25 mm. Děje v proudění je možno zkoumat i pomocí disperze vodivých látek v proudu kapaliny. K tomu využíváme přístroj MSV 66, INSA měřící konduktivitu (měrnou vodivost). Přístroj využíváme v přímém potrubí i větvených systémech s pevnou i elastickou stěnou. Výsledky experimentů jsou zpracovávány pomocí programů: PAS systémy - MatLab, Maple, Mathematica; MKP systémy - FEMINA, ANSYS, Abaqus a FELIB; analýza struktury - NIS Elements, BinaryDirection; obecné - Microsoft Visual Studio, FORTRAN.

Grantové projekty:

Publikace: 

 

  • 2012

L. Horny, T. Adamek, J. Vesely, H. Chlup, R. Zitny and S. Konvickova (2012) Age-related distribution of longitudinal pre-strain in abdominal aorta with emphasis on forensic application. Forensic Science International, 214(1-3):18-22. DOI: 10.1016/j.forsciint.2011.07.007

  • 2011

L. Horny, T. Adamek, H. Chlup, R. Zitny (2011) Age estimation based on a combined arteriosclerotic index. International Journal of Legal Medicine, in press. DOI: 10.1007/s00414-011-0653-7
E. Gultova, L. Horny, H. Chup, R. Zitny (2011) A comparison between the exponential and limiting fiber extensibility pseudoelastic model for the Mullins effect in arterial tissue. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 49:1203-1216.
L. Horny, T. Adamek, E. Gultova, R. Zitny, J. Vesely, H. Chlup and S. Konvickova (2011) Correlations between age, prestrain, diameter and atherosclerosis in the male abdominal aorta. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 4(8):2128-2132. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2011.07.011
L. Horny, H. Chlup, J. Kronek, E. Gultova, L. Heller, R. Zitny and D. Vokoun (2011) Inflation-Extension Test of Silicon Rubber-Nitinol Composite Tube. IFMBE Proceedings 37:1027-1030. DOI: 10.1007/978-3-642-23508-5_267
L. Horny, H. Chlup, J. Vesely, E. Gultova, J. Kronek, R. Zitny, T. Vonavkova, T. Adamek, P. Lanzer, D. Hromadka (2011) In vitro Coronary Stent Implantation: Vessel Wall-Stent Interaction. IFMBE Proceedings 37:795-798. DOI: 10.1007/978-3-642-23508-5_207
L. Horny, E. Gultova, T. Adamek, R. Zitny, H. Chlup (2011) In Situ Longitudinal Pretension in Human Aorta. IFMBE Proceedings 37:430-433. DOI:10.1007/978-3-642-23508-5_112

  • 2010

L. Horny, E. Gultova, H. Chlup, R. Sedlacek, J. Kronek, J. Vesely and R. Zitny (2010) Mullins effect in human aorta described with limiting extensibility evolution. IFMBE Proceedings, vol. 29, p. 768-771
L. Horny, J. Kronek, H. Chlup, R. Zitny and M. Hulan (2010) A distribution of collagen fiber orientations in aortic histological section. IFMBE Proceedings, vol. 29, p. 772-775
J. Kronek, R. Žitný, L. Horný, H. Chlup, M. Beran (2010) Mechanical properties of artery-artery connection based upon transglutaminase cross-linked collagen. Metalurgija, vol. 49, no. 2, p. 356-360
L. Horný, H. Chlup, R. Žitný, T. Adámek (2010) Constitutive modeling of coronary artery bypass graft with incorporated torsion. Metalurgija, vol. 49, no. 2, p. 273-277
L. Horny, E. Gultova, H. Chlup, R. Sedlacek, J. Kronek, J. Vesely and R. Zitny (2010) The Mullins effect in aorta and limiting extensibility evolution. Bulletin of Applied Mechanics, vol. 6, no. 21, p. 1-5
L. Horny, J. Kronek, H. Chlup, R. Zitny, J. Vesely and M. Hulan (2010) Orientations of collagen fibers in aortic histological section. Bulletin of Applied Mechanics, vol. 6, no. 22, p. 25-29    

  • 2009

L. Horny, M. Hulan, R. Zitny, H. Chlup, S. Konvickova and T. Adamek (2009) Computer-Aided Analysis of Arterial Wall Architecture. IFMBE Proceedings, vol. 25/4, p. 1494-1497
L. Horny, H. Chlup, R. Zitny, S. Konvickova and Tomas Adamek (2009) Constitutive Behavior of Coronary Artery Bypass Graft. IFMBE Proceedings, vol. 25/4, p. 181-184

  • 2008

L. Horny, R. Zitny and H. Chlup (2008) Strain energy function for arterial walls based on limiting fiber extensibility. IFMBE Proceedings, vol. 22, p. 1910-1913

  • 2007

H. Macková, H. Chlup, R. Žitný (2007) Numerical model for verification of constitutive laws of blood vessel wall. Journal of Biomechanical Science and Engineering, vol. 2, no. suppl. 1, p. S66

  • 2006

L. Horny, R. Zitny, H. Chlup and H. Mackova (2006) Identification material parameters of an aortic wall. Bulletin Appl Mechan, vol. 2, p. 173–182
H. Chlup, H. Macková, M. Vilímek, P. Kubový, R. Žitný, S. Konvičková (2006) Pulse wave velocity in elastic tube. In: Proceedings of the IASTED International Conference on Modelling, Identification, and Control, 2006, p. 484-488

Aplikované výsledky

  • 2009

M. Hulan, H. Chlup (2009) Imcontour 7. Druh výsledku R: Autorizovaný software pro analýzu obrazu určený pro digitální histomorfometrii.
R. Žitný, L. Horný (2009) BIOMAT 2. Druh výsledku R: Autorizovaný software pro určování materiálových parametrů nelineárních, anizotropních materiálů.

  • 2008

H. Chlup, L. Horný (2008) Přípravek pro detekci zbytkové deformace v tepenné stěně. Druh výsledku F: Užitný vzor zařízení pro měření zbytkové deformace cév registrovaný Úřadem průmyslového vlastnictví.
R. Žitný (2008) FEMINA 1D. Druh výsledku R: Obecný víceúčelový software pro FEM a FVM analýzy v biomechanice.

Spolupráce:

 
Na řešení grantového projektu GA106/08/0557 - Materiálové vlastnosti žil a jejich remodelace spolupracujeme s Ústavem termomechaniky AV ČR, vvi., který je hlavním řešitelem projektu. Ústav termomechaniky patří k špičkovým českým institucím zabývajícím se termomechanikou poddajných těles a prostředí. Je to již druhý grantový projekt z oblasti biomechaniky cév mezi našimi pracovišti.

V GA106/08/0557 - Materiálové vlastnosti žil a jejich remodelace probíhá spolupráce s Ústavem soudního lékařství 3. lékařské fakulty Univerzity Karlovy.

 

Při výzkumu hybridních textílií s NiTi vlákny (celý název je poněkud komplikovaný: Projekt GA108/10/1296 - Vývoj a charakterizace aktivních hybridních textilií s integrovanými NiTi vlákny mikronových průměrů s nanozrnnou strukturou) jsme partnerem Fyzikálního ústavu AV ČR, vvi. (Oddělení funkčních materiálů).

Optimalizace mechanických vlastností pro tkáňové inženýrství - spolupráce s Fyziologickým ústavem AV ČR, vvi. (Oddělení růstu a diferenciace buněčných populací, společně s IKEM)

 

Optimalizace mehcanických vlastností bioarteficiální chlopně a vývoj bioreaktoru pro její kultivaci - Institut klinické a experimentální medicíny (spolu s FgU AV ČR).

 

Ze soukromé sféry spolupracujeme například s:

Oprox, a.s.

 

Aortix, a.s.

Projekty v realizaci