Studium

Témata diplomových prací z oboru BRI - biomechanika

Kontaktní osobou pro zápis tématu diplomové práce a podávání informací o diplomových pracích obecně je Ing. Zdeněk Horák. Obecně platí, že studenti/ky mají dvě možnosti jak si vybrat téma své DP práce:

vyberou si ze seznamu aktuálních témat popsaných níže
seženou si téma sami (komerční firmy, nemocnice,....) - tady ovšem platí několik omezení!!! Vedoucím DP musí být vždy někdo z akademických pracovníků Ústavu mechaniky, biomechaniky a mechatroniky. Dále rozsah a náročnost tématu musí odpovídat standardům DP na Fakultě strojní. Odsouhlasení vlastního tématu DP pak student/ka MUSÍ vždy konzultovat s Ing. Horákem.

Pro podrobné informace k vámi vybranému tématu prosím kontaktujte POUZE osobu uvedenou u názvu jako vedoucího DP práce.

Dále bychom chtěli upozornit studenty na možnost získání finančního ocenění (až 40 000,-) za odevzdanou a obhájenou DP práci v rámci řady soutěží a cen:

Témata:

Ing.Horák

Optimalizace konstrukce fixačního systému pro rekonstrukci ACL

Ve spolupráci s firmou Beznoska, s.r.o je cílem této diplomové práce provedení konstrukční optimalizace fixačního systému pro rekonstrukci ACL. Student by vycházel z již vyvynutého konstrukčního uspořádání a jeho úkolem bude provést minimalizaci rozměrů a uspořádání, ověření funkce a bezpečnosti, spolupráce na vývoji zaváděcího instrumentária. Hlavní náplní práce je konstrukční návrh spolu s kompletní výkresovou dokumentací, příprava a provedení exp. měření a v případě nutnosti i provedení MKP analýz.
požadavky na studenta/ku: student/ka 5.ročníku, pracovitost a schopnost samostatné práce, technické a technologické znalosti, ochota učit se a používat MKP, základní znalost AJ (veškerá dostupná literatura je v AJ)

Ing.Horák

Vývoj kompozitové kloubní ortézy

Ve spolupráci s firmou Remet Technik, s.r.o. je cílem této diplomové práce vývoj a optimalizace konstrukce kompozitové kolenní ortézy. Hlavní náplní bude výběr vhodných kompozitových materiálů, provedení exp. měření a pevnostní kontrola jednotlivých konstrukčních celků. Kontrola bude provedena pomocí výpočtových MKP analýz jednotlivých dílů ortézy.
požadavky na studenta/ku: student/ka 5.ročníku, pracovitost a schopnost samostatné práce, technické a technologické znalosti, ochota učit se a používat MKP, základní znalost AJ (veškerá dostupná literatura je v AJ)

Doc.Řezníček

Měření vlastností povrchové vrstvy dlouhých kostí a kloubů

Postupná odvrtávací metoda a její praktická aplikace v biomechanice člověka. Metody vyhodnocování uvolněných deformací při postupném odvrtávání (technické aplikace x biomedicínské aplikace). Porovnání experimentální analýzy s lékařskými neinvazními metodami (RTG, magnetická rezonance, ...)

Doc.Řezníček

Numerické modelování a simulace dráhy růstu zubu

Zpracování dat z CT do 3D modelů. Převod 3D modelů na síť MKP. Praktický výpočet variant nadpočetného zubu a jeho prořezávání.

Ing.Vilímek

Stanovení namáhání kloubních implantátů a interních dlah DK během konkrétních pohybových aktivit

Toto téma je dlouhodobé a vyplývá z konkrétní spolupráce a požadavků výrobce. Téměř vždy se jedná o dynamickou analýzu namáhání DK při konkrétní činnosti a následnou MKP napěťovou analýzu implantátu dle konkrétního zadání. Více informací k tématu při konzultaci se zodpovědnou osobou; možné konkrétní nastavení úlohy podle projeveného zájmu studenta. Do odvolání platí stále.

Ing.Vilímek

Distální cílení hřebů při hřebování dlouhých kostí

Cílem diplomového tématu je aktivně se podílet na vytvoření detekčního systému pro lokalizaci tzv. volného konce hřebu. Náplň je vhodná pro 2 studenty, kteří jsou v současnosti v 1. ročníku magisterského studia a budou zpracovávat úlohu odlišně vzhledem ke dvěma rozdílným fyzikálním principům. Nejedná se o kriticky výpočetní téma, student by se neměl bát programovat a mohl by projevit konstrukční důvtip.

Ing. Vilímek

Vývoj a konstrukce přesného zatěžovacího stroje pro měření mechanických vlastností tkání

Cílem tohoto projektu je konstrukční řešení přesného zatěovacího stroje pro zatěžování v jedné nebo dvou osách, s polu s vytvořením jeho deformačně/silovým řízení. Konkrétní cíl DP úlohy se bude odvíjet od období rozpracovanosti projektu ve kterém se diplomant přihlásí a od aktuálnosti řešení konkrétních problémů. Do odvolání platí stále.

Ing. Franta

Reálná simulace kloubního pouzdra

Experimentální práce zaměřená na studium problematiky realistické simulace kolenního pouzdra na simulátoru KKK. Úkolem práce je navržení fyzikálního a matematického modelu, respektující reálné podmínky v kloubu po implantaci. Na teoretické úrovni je kladen požadavek na seznámení a shrnutí dosavadních poznatků z publikací zabývajících se problematikou pouzder v kloubech po implantaci a stanovení parametrů, které musejí být respektovány při experimentech "in vitro". Fyzikální model vycházející z nejnovějších poznatků z oblasti kloubní biomechaniky bude popsán matematickým modelem. Výsledky diplomové práce budou použity jako podklady pro zdokonalení a rozšíření simulačního zařízení. Důležitost realistické simulace kloubního prostoru je zejména při experimentech zabývajících se termodynamickými jevy nebo biotribologií.

Ing. Horný

Vliv decelularizace na mechanické vlastnosti cévní stěny

Cílem práce bude porovnat mechanickou odezvu cévy v přirozeném stavu a po odstranění její buněčné složky; odhadnout vliv buněčné složky na mechanické vlastnosti.

Ing. Horný

Termomechanické vlastnosti cévní stěny

Cílem práce bude analyzovat vliv teploty tkáně na její mechanické chování.

Ing. Horný

Konstitutivní modelování inelastických vlastnosti cévní stěny

Cílem práce bude navrhnout a experimentálně validovat konstitutivní model cévní stěny zahrnující inelastické jevy (např. viskoelastické chování, poškození, preconditioning...).

Ing. Horný

Analýza pole deformací rovinného vzorku (cévní stěny) při dvouosém stavu napjatosti pomocí Q450

Cílem práce bude sledování vlivu nehomogenit (v okrajových podmínkách nebo v geometrii) na pole deformací.

Ing. Horný

Tvorba konstitutivního modelu pro jednotlivé vrstvy tepenné stěny

Teoretická analýza možnosti stanovení obecné konstitutivní rovnice pro anizotropní hyperelastický materiál na základě jednoosých tahových zkoušek. Identifikace materiálových parametrů z experimentálně odměřených dat pro medii a adventitii lidské aorty. Práce je zaměřena teoreticky i výpočetně.

Ing. Mareš

Analytický model meziobratlové ploténky, Analýza napětí v krčku stehenní kosti, Matematický model střední části stehenní kosti

Cílem všech DP je rozebrat objekty na základní geometrické prvky (vlákna annulu a pórovitý viskoelastický nucleus; lamely osteonu; trámce spongiózní kosti). Odhad jejich materiálových charakteristik (interpolace a odhad na základě publikovaných experimentálních výsledků; extremalizační přístup postavený na přijatém předpokladu a známých faktech). Sestavení funkcionálu deformační energie. Minimalizace funkcionálu úplné potenciální energie. Interpretace výsledků.

Ing. Vítek

Neinvazivní experimentální analýza deformací a namáhání kostí

Předpokládá se rozvoj experimentu a související teorie

Prof. Žitný

Axiální disperze v kardiovaskulární biomechanice

Šíření látek krevním řečištěm je základem fungování života obratlovců. Jako model tohoto děje může posloužit potrubní systém a jako tracer vodivá látka v různých koncentracích. Diplomová práce může být zaměřena na experimenty - měření vodivosti proudící látky - nebo na numerické modely disperze. Porozumění distribuce léků, živin a jiných látek krevním řečištěm je velkou výzvou pro dnešní kardiovaskulární výzkum.

Prof. Žitný

Měření rychlosti pulzní vlny v tepenné stěně

V naší laboratoři kardiovaskulární biomechaniky se již déle zabýváme měřením rychlosti pulzní vlny v krevním řečišti. Tato hodnota je důležitá pro stanovení materiálových vlastností, a tedy vlastně kvality tepen. Obsahem diplomové práce by bylo seznámení s dosud používanými experimentálními metodami, vybrání nejvhodnější a provedení experimentů s biologickým materiálem. Pro návrh a zpracování experimentů bude použit 1D numerický model šíření pulzní vlny v elastické trubici.

Prof. Žitný

Návrh a výroba prvku simulujícího systémový odpor krevního řečiště

V naší laboratoři kardiovaskulární biomechaniky bylo navrženo několik modelů systémového odporu používaných v experimentální lince pro měření rychlosti pulzní vlny v aortě. Tyto modely jsou založeny na třecím odporu v rozvětveném kapilárním řečišti a jsou vhodné pro pokusy, kde je krev simulována destilovanou vodou. Nicméně pro pokusy s jinými kapalinami je nutno vytvořit hydraulický odporový prvek na bázi porézního lože. Diplomová práce by obnášela konstrukční řešení, jednoduché předběžné výpočty a experimentální ověření zkonstruovaného prvku.

RNDr. Daniel

Nanomechanika biomembrán

Studie tvarů biomembrán za přítomnosti anizotropných inkluzí a modelování kontaktu a adheze biomembrán. Cílem diplomové práce je rozvíjet prutový model membrány a ukázat jeho aplikaci při popisu tvarů membrán.

RNDr. Daniel

Model tekuté membrány

Cílem diplomové práce je modelovat tvary membrán erytrocytů za předpokladu platnosti Singer-Nicholsnova modelu membrány. Na rozdíl od stávajících modelů bude tento model modelovat chování membrány jako tekuté dvojvrstvy.

RNDr. Daniel

Návrh rehabilitace po traumatické frakture acetabula

Návrh vhodné rehabilitace, která by zamezila dislokaci fragmentu acetabula. Klinické data poskytne Odděleni traumatologie v Lublani.

RNDr. Daniel

Zatížení protézy zápěstního kloubu

Vytvoření svalově-kosterního modelu zápěstního kloubu. Modelování sil ve svalech pro jednoduché statické pozice kloubu.

RNDr. Daniel

Numerická analýza kontaktní úlohy pro totální endoprotézu kyčelního kloubu se změnou geometrie kontaktních ploch

Väčšina momentálne používaných endoprotéz pozostáva z ultra high molecular weight polyethylénovej (UHMWPE) acetabulárnej jamky and kovovej alebo keramickej hlavice. Pri pohybe hlavice endoprotézy dochádza k uvoľňovaniiu mikrometrických a submikrometrických častíc do okolitého tkaniva, ktoré následne spôsobujú zápal a celulárnu odpoveď organizmu čo vedie k resorpcii kosti v okoli implantátu, k uvoľňovaniu častíc a častej bolesti. Preto sa objavuje snaha zlepšiť tribologické vlastnosti UHMWPE. Znížiť oter je však možné aj prostredníctvom zmeny rozloženia kontaktného tlaku medzi hlavicou a jamkou kĺbu. Cieĺom tejto práce je overiť možnosť ovplyvnenia rozloženia kontaktného tlaku v kĺbe zmenou geometrie kontaktných plôch. Úlohou diplomanta bude skúmať dopad modifikácií geometrie kontaktného povrchu na rozloženie tlaku v bedrovom kĺbe. Pri riešení sa bude využívať kombinácia 2D a 3D konečno-prvkových modelov. V prípade záujmu je možné kombinovať tieto modely aj s analytickými a semianalytickými modelmi jamky bedrového kĺbu. Je možné túto prácu odovzdávať aj v angličtine, čo uľahčí následovné uplatnenie sa diplomanta v rámci EU.

Další témata DP - vedoucí Ing. Tomáš Mareš

Témata bakalářských prací

Ing. Bouda

Mechanické vlastnosti UHMWPE

Student se seznámí s metodami pro experimentální zjišťování mechanických vlastností chirurgického polyethylenu (UHMWPE). Obsahem práce bude zpracování dat z mechanických zkoušek vzorků UHMWPE s cílem nalézt materiálové konstanty konstitutivních modelů. Jako nástroj bude použit MATLAB, ve kterém bude student připravovat vyhodnocovací programy s využitím již hotových procedur.