| |||||||||||||||||||||||||
ביומכניקה של עצמות ועורקים
Biomechanics of Bones and Arteries |
0540-6445-01 | ||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
הנדסה | |||||||||||||||||||||||||
|
0540.6445 ביומכאניקה של עצמות ועורקים
Biomechanics of bones and arteries
קורסי קדם: מכניקת מוצקים I
קורסי קדם מומלצים: מבוא לתורת האלסטיות , מבוא לאלמנטים סופיים
סילבוס: חזרה על תורת האלסטיות הלינארית בגופים תלת ממדיים. מערכת השלד והמבנה רב הסקאלות של רקמת העצם. אנאיזוטרופיית העצם והטנזור הבדי. קביעת התכונות המכאניות האיזוטרופיות והטרנסוורסלי-איזוטרופיות של רקמת העצם מנתוני סיטי. עומסים פיזיולוגיים ותנאי שפה על עצם הירך, עצם ההומרוס ועל חוליות עמוד שדרה. מקרים פתולוגיים שנבדקו באנליזות אלמנטים סופיים: החלפת מפרק ירך, סכנת שבר בעצמות אוסטאופורוטיות ועצמות ירך עם גרורות סרטניות, אנליזות לשברים בדחיסה בהומרוס, ותיקון Halux Valgus בעצמות כף הרגל.
מבוא לעורקים: אנטומיה של עורק והמבנה המורכב. מבוא למכניקת הרצף. חוקים קונסטיטוטיביים היפראלסטיים. התגובה האקטיבית של עורקים וכמעט בלתי-דחיסות. ניתוחים בהם התגובה המכנית של העורק מכרעת.
Grade: Final exam 90%, 5 Homework assignments 10%.
Suggested Prerequisites: Intro to Elasticity, Intro to finite element analysis
Detailed Weekly Syllabus
Lecture 1: Introduction to the theory of linear elasticity in 3-D: ([IS] chapters 1,2,3)
Lecture 2: Intro to linear elasticity (continuation)
Lecture 3: Introduction to the skeleton system and the multi-level structure of bone ([DB] chapters 1,3)
Lecture 4: Bone anisotropy and the related fabric tensor. (Cowin&Zysset papers and others)
Lecture 5: Determination of isotropic and transversely isotropic material properties from CT and micro-CT scans. (E(rho) – [ZY,NT], Schileo papers)
Lecture 6: Physiological load boundary conditions on femurs, humeri and vertebrae. (Bergman in-vivo studies, kinematic analysis, Wille&Yosibash papers)
Lecture 7: Pathological cases examined by the Finite element method
Lecture 8: Introduction to arteries: The anatomy of an artery and the complex structure and deformation ([JH] chapters 7 and 8)
Lecture 9: Introduction to the theory of continuum mechanics ([JH] chapters 3,4, [GH] chapter 2)
Lecture 10: Hyperelastic constitutive equations ([GH] chapters 3 and 6)
Lecture 11: The active response of the artery and almost incompressibility
Lecture 12: Surgeries in which the artery response plays important roles.
Lecture 13: Summary of the course and preparation for the final exam.
Textbook:
Handouts provided by the lecturer
Helpful other textbooks & papers:
[JH] Jay D. Humphrey, Cardiovascular solid mechanics, Cells, Tissues, Organs, Springer 2002
[GH] Gerhard A. Holzapfel, Nonlinear solid mechanics, A continuum approach for engineering, Wiley, 2001
[IS] I.S. Sokolnikoff, Mathematical Theory of Elasticity, McGraw-Hill, 1956
[DB] Donald L. Bartel, Dwight T. Davy and Tony M. Keaveny, Orthopaedic biomechanics, Mechanics and design in musculoskeletal systems, Pearson Prentice Hall, 2006
[AR] Andreas G. Reisinger, Dieter H. Pahr, Philippe K. Zysset , “Principal stiffness orientation and degree of anisotropy of human osteons based on nanoindentation in three
distinct planes”, J of the Mechanical Behaviour of Biomedical Materials, 24, 2113-2127, (2011).
[ZY] Yosibash Z, Trabelsi N. and Milgrom, C., "Reliable simulations of the human proximal femur by high-order finite element analysis validated by experimental observations", Journal of Biomechanics, 40, 3688-3699, (2007).
[NT] Trabelsi N. and Yosibash Z., "Patient-specific FE analyses of the proximal femur with orthotropic material properties validated by experiments", ASME Journal of Biomechanical Engineering, 133 (6), pp. 061101-1-11, (2011).
Grading:
10% Home assignments
90% Final exam
Similar courses at universities worldwide:
Bones:
Boston University, USA: ME/BE/MS 524: Skeletal Tissue Mechanics (E. Morgan)
UC Berkeley, USA: ME C210 /Bio Eng C209: Advanced Orthopedic Biomechanics
Univ. of Oregon, USA ME 753: Bone Biomechanics
Washington Univ, USA BIOEN 520 | ME 527 MUSCULOSKELETAL BIOMECHANICS
TAU – Biomedical Eng 0553.5360 Bone Biomechanics
Arteries:
EPFL, Switzerland: ME-481 Biomechanics of the cardiovascular system
Washington Univ, USA: BIOEN326 Blood vessel mechanics
Technical Univ Eindhoven, Holland, : 8QA03 - Mechanics of a Blood Vessel