Program & Downloads for Computational Biomechanics


Detailed Schedule Summer 2017

No Day Date Topics of Lecture and Laboratory Lecturer
- Mo 17 Apr - Holiday - -
01 Mo 24 Apr Lec: Intro to Biomechanics; Mechanical Basics, Part 1: Statics Ulli
- Mo 01 May - Holiday - -
02 Mo 08 May Lec: Mechanical Basics, Part 2: Elastostatics
Lab: Intro to Ansys WB, Simple Bone Model
Ulli
03 Mo 15 May Lec: Mechanical Basics, Part 3: Mat. Props. Biol. Tissues, Intro FEA
Lab: Trabecular Bone Structural Model, Part 1
Ulli
04 Mo 22 May Lec: Forward & Inverse Dynamics, Part 1
Lab: Trabecular Bone Structural Model, Part 2
Ulli
05 Mo

29 May

Lec: Geometry from Imaging Data Part 1
Lab: ...
Matthias
- Mo 05 Jun - Pentecost - -
06 Mo 12 Jun Lec: Geometry from Imaging Data, Part 2
Lab: FE from CT Data
Matthias
07 Mo 19 Jun

Lec: Bone Remodeling & Fracture Healing (Basics)
Lab: Remodeling of Trabecular Grid

Martin
08 Mo 26 Jun Lec: Fracture Healing (Models, Theory & Simulation)
Lab: Healing Simulation
Martin
09 Mo 03 Jul Lec: Computational Fluid Dynamics, CFD: Theory, Numerics, Modelling
Lab: Human Nose Air Flow
Lucas
10 Mo 10 Jul

Lec: Forward & Inverse Dynamics Part 2, Anybody Demonstration
Lab: ADAMS Exercise

Lucas
- Mo 17 Jul Oral Examinations A, 14:00, Office Simon, UZWR All
- Do 20 Jul Oral Examinations B, 14:00, Office Simon, UZWR All

Downloads

Lecture 1: Introduction to Biomechanics; Mechanics 1: Statics

Lecture Slides:  CB-V01-Einf-Mech1-2017.pdf


Lecture 2: Mechanics 2: Material Laws for Biological Tissues

Lecture Slides: CB-V02-Mech2-2017.pdf
Lab: CB-V02-Mech2-2017-Lab.pdf

Lecture 3: Intro FEM, Modelling Trabecular Bone

Lecture Slides: CB-Lec03.pdf
Lab (Trabecular Bone Part 1): CB-Lab03.pdf

Lecture 4:  Musculoskeletal Systems, Forward vs. Inverse Dynamics; Exercise:  Trabecular Bone 2

Lecture Slides: CB-Lec04.pdf
Lab (Trabecular Bone Part 2): CB-Lab04.pdf

Lecture 05:  Geometry from Imaging Data - Part I: Imaging Techniques

Lecture Slides (Imaging 1):  CB-Lec05.pdf
Lab:  Programing the Radon Transformation (Python)
Example CT Data:  Skull.jpg

Lecture 06:  Geometry from Imaging Data - Part II: Programing Image Filters

Lecture Slides (Imaging 2):  CB-Lec06.pdf
Lab:  Programing Image Processing Filters

Lecture 7: Bone Remodeling - Biology, Theories, Models

Lecture Slides: CB-Lec07.pdf
Lab: CB-Lab07.pdf

Lecture 8: Fracture Healing I

Lecture Slides: CB-Lec08.pdf
Lab: CB-Lab08.pdf, CB-Lab08-templ.zip

Lecture 09: Computational Fluid Dynamics

Lecture Slides: CB-Lec09.pdf
Lab: CB-Lab09.pdf

Geometry: Nose_Geometry

Lecture 10:  Musculoskeletal Systems (Part II); Demonstration of Inverse Dynamics Software Anybody

Lecture Slides: CB-Lec10.pdf

Lab: CB-10LB.pdf

Task1, Task2

Usefull paper: Analysis of musculoskeletal systems in the AnyBody Modeling System

Preparing for the Examination

Hand in Your Exercise Solutions

You may hand in one (or more) nicely prepared and documented solutions of the lab exercises (per email to all lecturers, a week before the examination) in order to demonstrate that you have completed your homework and to indicate a "preferable" topic to be discussed in the examination. You may work in a team of max. two.

Oral Examination

The oral examination will take place in groups of two students for less than one hour.  You should be able to answer questions about the lecture topics and the lab exercises.

Selection of possible exam questions:

  • Welche Fragen werden in der Biomechanik mit Hilfe von numerischen Simulationen untersucht?  Nenne typische Beispiele
  • Wie sind die Elemente des Dehnungstensors definiert?
  • Was sagt mir die Von-Mises-Spannung?
  • Welche Materialeigenschaften hat Knochen?
  • Was ist Relaxation?
  • Du sollst mit einer numerischen Simulation vorhersagen, ob ein Zahnimplantat halten wird.  Wie gehst Du vor?
  • Auf welche Arten wechselwirken Röntgenstrahlen mit Materie?
  • Warum sind Knochen auf Röntgenaufnahmen so gut sichtbar?
  • Wie arbeitet prinzipell ein CT?
  • Auf welchem physikalischem Effekt beruht MRT?
  • Welche physikalischen Effekte macht man sich für die Sonographie zunutze?
  • Beschreibe zwei beliebige Bild-Segmentierungstechniken!
  • Wie funktioniert Marching Cubes?
  • Wann und wozu braucht man bei einem invers-dynamischen, muskuloskelettalen Modell eine Optimierung?
  • Was steckt anschaulich hinter der Gleichung 2.7 in der Dissertation von Erik Forster?
  • Welche Zellen sind am Knochen-Remodeling wie beteiligt?
  • Auf welchen Skalen kann man das Knochen-Remodeling Problem betrachten?
  • Wie funktioniert indirekte Frakturheilung?
  • Was ist der wesentliche Unterschied zwischen Fuzzy und Boole'scher Logik?
  • Beschreiben Sie den Unterschied bei der Formulierung der Knochenheilung zwischen Level-Set und dem ursprünglichen Ulmer Heilungsmodel
  • Was ist der Unterschied zwischen einem Modell mit und ohne Turbulenzmodell?