Lukas Horny

Lukáš Horný

Associate professor

Lab of Biomechanics of the Department of Mechanics, Biomechanics and Mechatronics

Faculty of Mechanical Engineering

CZECH TECHNICAL UNIVERSITY in Prague

Adress: Technicka 4, 166 07, Prague, Czech Republic phone: +420 608 704 805 email: lukas.horny@fs.cvut.cz room: 607 (experimental works are conducted in Laboratory of Cardiovascular Mechanics Lab E3-139)

Habilitation in Applied mechanics - 2015 Faculty of Mechanical Engineering CZECH TECHNICAL UNIVERSITY in PRAGUE

Ph.D. in Biomechanics - 2012 Faculty of Mechanical Engineering CZECH TECHNICAL UNIVERSITY in PRAGUE

Ing. (MSc.) in Mathematics and Mechanics - 2000 Faculty of Mechanical Engineering of BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY and Faculty of Sciences MASARYK UNIVERSITY in BRNO

You can also find me on ResearchGate

From the academic year 2024-2025, we will open two new courses at the Faculty of Mechanical Engineering of the Czech Technical University in Prague, in which I will be involved: the Fundamentals of Biomechanics (for undergraduate students) and Biomechanics and Mechanobiology (for graduate students). They will always be taught in the winter semester, starting in October 2024.

If you are interested in the field of biomechanics of arteries, veins and artificial vascular substitutes, you can try an internship in our laboratory. We are open to short-term study stays for master and PhD students..

At the university, I mainly have research duties but additionally I share some lectures with my colleagues (Biomechanics I, Biomechanics II, Project I and II – cardiovascular chapters and topics related to nonlinear elasticity) and I also hold the course of Pathobiomechanics of Cardiovascular System.

Lukáš Horný is For the years 2024-2026, I received support from the Grant Agency of the Czech Republic for my grant project GA24-10597S entitled "Biomechanics of Arteriovenous Fistula Anerysms". I am also Principal Investigator in LUASK22174 "Bioresorbable materials for additive manufacturing of vascular replacements and their biomechanical characterization" (2022-2025) supported by the Czech Ministry of Education, Youth and Sports.

My research interest includes: Biomechanics of cardiovascular system (arteries, veins, heart, valves…), Mechanobiology especially linked with age-related changes and aging, General nonlinear elasticity and viscoelasticity, Mechanical behavior of elastomers, Composite materials with elstomer matrix

Latest news

Research

Full list of publications is available via GOOGLE SCHOLAR

List of selected publications (Journal Articles)

Moláček J., et al. (2022) Experimental surgery as part of the development of degradable biomaterials for cardiovascular surgery. Rozhledy v Chirurgii: měsíčník České lékařské společnosti, 101(12):599-606. MANUSCRIPT VERSION. Publisher version click here.

Petřivý Z., Horný L. (2022) Effect of viscoelasticity on inversion in axial deformation and on the volume of pressurized thin-walled tubes. European Journal of Mechanics - A/Solids, 96, art. no. 104763. MANUSCRIPT VERSION. Publisher version click here.

Horný L., Roubalová L., Kronek J., Chlup H., Adámek T., Blanková T., Petřivý Z., Suchý T., Tichý P. (2022) Correlation between age, location, orientation, loading velocity and delamination strength in the human aorta. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 133, art. no. 105340. MANUSCRIPT VERSION. Publisher version click here.

Horný L., Chlup H., Kužma J., Růžička P. (2022) Inflation-extension behaviour of 3D printed elastomer tubes and their constitutive description. Bioprinting 25, art. no. e00192. MANUSCRIPT VERSION. Publisher version click here.

_________________

Suchý T. et al. (2021) Vancomycin-Loaded Collagen/Hydroxyapatite Layers Electrospun on 3D Printed Titanium Implants Prevent Bone Destruction Associated with S. epidermidis Infection and Enhance Osseointegration. Biomedicines. 2021, 9(5), art. no. 531. Publisher version (open access) click here.

_________________

Hartinger J.M., Lukáč P., Mlček M., Popková M., Suchý T., Šupová M., Chlup H., Horný L., Závora J., Adámková V., Slanař O., Kozlík P., Molnarova K., Honsová E., Lambert L., Grus T. (2020) Rifampin-Releasing Triple-Layer Cross-Linked Fresh Water Fish Collagen Sponges as Wound Dressings. BioMed Research International Article ID 3841861. Publisher version (open access) click here.

Pokorný M., Suchý T., Kotzianová A., Klemeš J., Denk F., Šupová M., Sucharda Z., Sedlácek R., Horný L., Králík V., Velebný V., Cejka Z. (2020) Surface treatment of acetabular cups with a direct deposition of a composite nanostructured layer using a high electrostatic field. Molecules 25(5) art. no. 25051173. Publisher version (open access) click here.

Horný L., Petřivý Z. (2020) Inversion Point and Internal Volume of Pressurized Nonlinearly Elastic Tube. International Journal of Non-Linear Mechanics 125 art. no. 103530. MANUSCRIPT VERSION Publisher version click here.

Voňavková T., Horný L. (2020) Effect of axial prestretch and adipose tissue on the inflation-extension behavior of the human abdominal aorta. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 23(3):81-91. MANUSCRIPT VERSION Publisher version click here.

_________________

Suchý T., Šupová M., Sauerová P., Hubálek Kalbáčová M., Klapková E., Pokorný M., Horný L., Závora J., Ballay R., Denk F., Sojka M., Vištejnová L. (2019) Evaluation of collagen/hydroxyapatite electrospun layers loaded with vancomycin, gentamicin and their combination: Comparison of release kinetics, antimicrobial activity and cytocompatibility. J European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 140:50-59. MANUSCRIPT VERSION Publisher version click here.

Kubášová K., Sedláček R., Horný, L. (2019) Evaluation of Wear of Milling Cutters for Drilling of Nail Holes Used for Osteosynthesis of Long Bones of Lower Limbs. Strojnicky Casopis 69(3):69-74. Publisher version click here.

_________________

Straka F., Schornik D., Masin J., Filova E., Mirejovsky T., Burdikova Z., Svindrych Z., Chlup H., Horny L., Daniel M., Machac J., Skibová J., Pirk J., Bacakova L. (2018) A human pericardium biopolymeric scaffold for autologous heart valve tissue engineering: cellular and extracellular matrix structure and biomechanical properties in comparison with a normal aortic heart valve. J Biomater Sci-Polym Ed. MANUSCRIPT VERSION Publisher version click here.

_________________

Straka F, Schornik D, Masin J, Filova E, Mirejovsky T, Burdikova Z, Svindrych Z, Chlup H, Horny L, Vesely J, Pirk J, Bacakova L. (2017). A new approach to heart valve tissue engineering based on modifying autologous human pericardium by 3D cellular mechanotransduction. J Biomater Tissue Eng, 7(7):527-543. The final publication is available via http://www.ingentaconnect.com/content/asp/jbte/2017/00000007/00000007/art00003

Suchý T., Šupová M., Klapková E., Adámková V., Závora J., Žaloudková M., Rýglová Š., Ballay R., Denk F., Pokorný M., Sauerová P., Hubálek Kalbáčová M., Horný L., Veselý J., Voňavková T., Průša R. (2017). The release kinetics, antimicrobial activity and cytocompatibility of differently prepared collagen/hydroxyapatite/vancomycin layers: Microstructure vs. nanostructure Eur J Pharm Sci, 100:219-229. MANUSCRIPT VERSION Publisher link

Horný L., Adámek T., Kulvajtová M. (2017). A comparison of age-related changes in axial prestretch in human carotid arteries and in human abdominal aorta. Biomech Model Mechanobiol, 16(1):375-383. MANUSCRIPT VERSION The final publication is available at Springer via http://dx.doi.org/10.1007/s10237-016-0797-y

Marvan J., Horák Z., Vilímek M., Horný L., Kachlík D., Báča V. (2017). Fixation of distal fibular fractures: A biomechanical study of plate fixation techniques. Acta Bioeng. Biomech., 19(1):33-39. The final publication is available via http://www.actabio.pwr.wroc.pl/19117e.php

_________________

Suchý T., Šupová M., Klapková E., Horný L., Rýglová Š., Žaloudková M., Braun M., Sucharda Z., Ballay R., Veselý J., Chlup H., Denk F. (2016). The sustainable release of Vancomycin and its degradation products from nanostructured collagen/hydroxyapatite composite layers. J Pharm Sci, 105(3):1288-1294. MANUSCRIPT VERSION Publisher link

Horný L., Netušil M. (2016). How does axial prestretching change the mechanical response of nonlinearly elastic incompressible thin-walled tubes. Int J Mech Sci, 106:95-106. MANUSCRIPT VERSION Publisher link

_________________

Prezentace pro obhajobu habilitační práce a habilitační přednášku 15. 10. 2015 ČVUT FS PDF

Habilitační práce obhájená 15. 10. 2015 na zasedání vědecké rady ČVUT FS a habilitační komise AXIAL PRESTRETCH AND BIOMECHANICS OF ABDOMINAL AORTA PDF

Horný L., Netušil M., Horák Z. (2015). Limit point instability in pressurization of anisotropic finitely extensible hyperelastic thin-walled tube. Int J Nonlin Mech, 77:107-114. MANUSCRIPT VERSION Publisher link

Veselý J., Horný L., Chlup H., Adámek T., Krajíček M., Žitný R. (2015). Constitutive Modeling of Human saphenous veins at overloading Pressures. J Mechan Behav Biomed Mater, 45:101-108. MANUSCRIPT VERSION Publisher link

_________________

Horny, L., Netusil, M., & Daniel, M. (2014). Limiting extensibility constitutive model with distributed fibre orientations and ageing of abdominal aorta. J Mechan Behav Biomed Mater, 38:39-51. MANUSCRIPT VERSION Publisher link

Horny, L., Adamek, T., & Kulvajtova, M. (2014). Analysis of axial prestretch in the abdominal aorta with reference to post mortem interval and degree of atherosclerosis. J Mechan Behav Biomed Mater 33:93-98. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

Horny, L., Netusil, M., Vonavkova, T. (2014). Axial prestretch and circumferential distensibility in biomechanics of abdominal aorta. Biomech Model Mechanobiol 13(4):783-799. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

Horny, L.(2014). Effect of axial prestretch on inflation instability in finitely extensible thin-walled tube. Bulletin of Applied Mechanics 10(36):5-10. MANUSCRIPT VERSION

Voňavková, T., Horný, L., Kulvajtová, M., Žitný, R. (2014). Uniaxial tensile test of perivascular adipose tissue. Bulletin of Applied Mechanics 10(36):11-14. MANUSCRIPT VERSION

_________________

Gultova, E., Horny, L., Chlup, H., Zitny, R., Adamek, T., & Kulvajtova, M. (2013). Preservation of tangent modulus of pericardial tissue during cold storage. Comput Method Biomech Biomed Eng 16(SUPPL 1), 318-319. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

Horny, L., Adamek, T., & Zitny, R. (2013). Age-related changes in longitudinal prestress in human abdominal aorta. Arch Appl Mech 83(6), 875-888. Publisher link MANUSCRIPT VERSION RAW DATA XLS

_________________

Horny, L., Chlup, H., Zitny, R., Vonavkova, T., Vesely, J., & Lanzer, P. (2012). Ex vivo coronary stent implantation evaluated with digital image correlation. Exp Mech 52(9), 1555-1558. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

Horny, L., Adamek, T., Chlup, H., & Zitny, R. (2012). Age estimation based on a combined arteriosclerotic index. Int J Leg Med 126(2), 321-326. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

Horny, L., Adamek, T., Vesely, J., Chlup, H., Zitny, R., & Konvickova, S. (2012). Age-related distribution of longitudinal pre-strain in abdominal aorta with emphasis on forensic application. Forensic Sci Int 214(1-3), 18-22. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

Horny L, Vesely J, Chlup H, Janouchova K, Vysanska M. (2012). Single fiber pull-out test of nitinol-silicon-textile composite. B Appl Mech (32), 77-80. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

_________________

Horny, L., Adamek, T., Gultova, E., Zitny, R., Vesely, J., Chlup, H., & Konvickova, S. (2011). Correlations between age, prestrain, diameter and atherosclerosis in the male abdominal aorta. J Mechan Behav Biomed Mater 4(8), 2128-2132. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

Gultova, E., Horny, L., Chlup, H., & Zitny, R. (2011). A comparison between the exponential and limiting fiber extensibility pseudo-elastic model for the Mullins effect in arterial tissue. J Theor Appl Mech 49(4):1203-1216.Publisher link

_________________

Horny L, Kronek J, Chlup H, Zitny R, Vesely J, Hulan M. (2010). Orientations of collagen fibers in aortic histological section. B Appl Mech 6(22), 25-29. Publisher link PDF

Horný L, Gultova E, Chlup H, Kronek J, Veselý J, Žitný R. (2010). Mullins effect in aorta and limiting extensibility evolution. B Appl Mech 6(21), 1-5. Publisher link PDF

Horny L, Chlup H, Zitny R, Adamek T. (2010) Constitutive modeling of coronary artery bypass graft with incorporated torsion. Metalurgija 49(2):273-277. PDF

_________________

Horný, L., Žitný, R., Chlup, H., Macková, H. (2006). Identification of the material parameters of an aortic wall. B Appl Mech 2(8), 173-181. PDF

_________________

Valenta, J., Vitek, K., Cihak, R., Konvickova, S., Sochor, M., & Horny, L. (2002). Age related constitutive laws and stress distribution in human main coronary arteries with reference to residual strain. Bio-Med Mater Engr 12(2), 121-13. Publisher link

List of selected publications (Proceedings Papers and Book Chapters)

Horný L., Petřivý Z., Tichý P., Chlup H., Kronek J., Adámek T., Blanková A. (2022) Age-related changes of the traction-separation law parameters for the description of the delamination of the human aorta. AIP Conference Proceedings, vol. 2848, art. no. 020020. MANUSCRIPT VERSION Publisher version click here.

_________________

Petrivy Z., Horny L., Adamek T. (2020) Delamination strength of an arterial wall. Paper presented at the Experimental Stress Analysis - 58th International Scientific Conference, EAN 2020, 406-409. MANUSCRIPT VERSION

Kratochvil O., Chlup H., Horny L., Spacek M., Mericka P. (2020) Inflation-extension behaviour of the human vena saphena magna. Paper presented at the Experimental Stress Analysis - 58th International Scientific Conference, EAN 2020, 248-251. MANUSCRIPT VERSION

Kužma J., Horný L., Suchý T., Šupová M., Sucharda Z. (2020) Electrospun Collagen Variability Characterized by Tensile Testing. IFMBE Proceedings, vol. 76, p. 1231-1238. MANUSCRIPT VERSION Publisher version click here.

Petřivý Z., Horný L. (2020) Pressurization of Axially Prestretched Tube: Consequences for Arterial Mechanics. IFMBE Proceedings, vol. 76, p. 569-576. MANUSCRIPT VERSION Publisher version click here.

_________________

Horný, L., Petřivý, Z. (2019) Effect of Axial Prestretch on Internal Volume of Nonlinear Anisotropic Tube during its Inflation and Consequences for Arterial Mechanics. Presented at COMPLAS 2019 (XV International Conference on Computational Plasticity: Fundamentals and Applications in Barcelona). Presentation pdf

Říhová J., Suchý T., Vištejnová L., Horný L., Šupová M. (2019) Mechanical and structural properties of collagen nanofribrous layers under simulated body conditions. Presented at 17th Youth Symposium on Experimental Solid Mechanics, YSESM 2019. Publisher version click here.

_________________

Horný, L., Kužma, J. (2018) Pressure Pulse Wave Velocity and Axial Prestretch in Arteries. IFMBE Proceedings, vol. 68/2, pp. 665-669. Presented in World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 2018 in Prague. Publisher link MANUSCRIPT VERSION e Poster

Horný L. (2018) Specifika mechanického testování měkkých tkání a jejich náhrad. Abstrakt. Prezentace z konference Bioimplantologie 2018 (pdf) .

_________________

Voňavková T, Horný L, Veselý J, Adámek T, Žitný R. (2016) Effect of perivascular tissue on inflation-extension behavior of abdominal aorta. ECCOMAS 2016 463-470. MANUSCRIPT VERSION

_________________

Voňavková T, Horný L, Adámek T, Kulvajtová M, Žitný R. (2015) Constitutive modelling of human perivascular adipose tissue. Proceedings of the 8th International Conference on Computational Plasticity - Fundamentals and Applications, COMPLAS 2015 463-470. MANUSCRIPT VERSION

Vesely J, Horny L, Chlup H, Krajicek M, Zitny R. (2015). The influence of the opening angle on the stress distribution through the saphenous vein wall. IFMBE Proceedings 45:399-402. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

_________________

Vesely J, Horny L, Chlup H, Beran M, Krajicek M, Zitny R. (2014). Mechanical properties of polyvinyl alcohol/collagen hydrogel. In: EAN 2014 - 52nd International Conference on Experimental Stress Analysis, Marianske Lazne; Czech Republic. MANUSCRIPT VERSION

Kronek J, Horny L, Adamek T, Chlup H, Zitny R. (2014). Site-specific mechanical properties of aortic bifurcation. IFMBE Proceedings 41:939-942. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

Veselý J, Horný L, Chlup H, Žitný R. (2014). Inflation tests of vena saphena mangna for different loading rates. IFMBE Proceedings 41:1041-1044. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

Vesely J, Hadraba D, Chlup H, Horny L, Adamek T, Zitny R (2014) Constitutive Modelling and Histology of Vena Saphena. Applied Mechanics and Materials 486:249-254. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

Gultova E, Horny L, Chlup H, Filova E, Pirk J, Bacakova L, Zitny R (2014) Mechanical Response of the Cross-Linked Pericardial Tissue Applied Mechanics and Materials 486:255-258. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

_________________

Filova, E., Burdikova, Z., Stankova, L., Hadraba, D., Svindrych, Z., Schornik, et al. (2013) Collagen structures in pericardium and aortic heart valves and their significance for tissue engineering. 4th IEEE E-Health and Bioengineering Conference EHB 2013, Article number 6707382. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

_________________

Horný, L., Chlup, T., Žitný, R., Gultová, E., Veselý, J. (2011) Longitudinal prestrain in male abdominal aorta from pulse wave velocity viewpoint. Computational Plasticity XI, COMPLAS XI 757-763.

Vesely, J., Horny, L., Chlup, H., Zitny, R.(2011) Collagen orientation and waviness within the vein wall. Computational Plasticity XI, COMPLAS XI 720-728. MANUSCRIPT VERSION

Gultova, E., Horny, L., Chlup, H., Zitny, R.(2011) An anisotropic pseudo-elastic model for the Mullins effect in arterial tissue. Computational Plasticity XI, COMPLAS XI 713-719. MANUSCRIPT VERSION

Horny, L., Gultova, E., Adamek, T., Zitny, R., Chlup, H. (2011) In situ longitudinal pretension in human aorta. IFMBE Proceedings 37:430-433.Publisher link

Horny, L., Chlup, H., Vesely, J., Gultova, E., Kronek, J., Zitny, R., Vonavkova, T., Adamek, T., Lanzer, P., Hromadka, D.(2011) In vitro coronary stent implantation: Vessel wall-stent interaction IFMBE Proceedings 37:795-798. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

Horny, L., Kronek, J., Chlup, H., Gultova, E., Heller, L., Zitny, R., Vokoun, D. (2011) Inflation-extension test of silicon rubber-nitinol composite tube IFMBE Proceedings 37:1027-1030. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

_________________

Horny, L., Gultova, E., Chlup, H., Sedlacek, R., Kronek, J., Vesely, J., Zitny, R. (2010) Mullins effect in human aorta described with limiting extensibility evolution IFMBE Proceedings 29:768-771. Publisher link

Horny, L., Kronek, J., Chlup, H., Zitny, R., Hulan, M. (2010) A distribution of collagen fiber orientations in aortic histological section. IFMBE Proceedings 29:772-775. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

_________________

Horny, L., Chlup, H., Zitny, R., Konvickova, S., Adamek, T. (2009) Constitutive behavior of coronary artery bypass graft. IFMBE Proceedings 25(4):181-184.Publisher link MANUSCRIPT VERSION

Horny, L., Hulan, M., Zitny, R., Chlup, H., Konvickova, S., Adamek, T. (2009) Computer-aided analysis of arterial wall architecture. IFMBE Proceedings 25(4):1494-1497. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

_________________

Horny, L., Zitny, R., Chlup, H. (2008) Strain energy function for arterial walls based on limiting fiber extensibility. IFMBE Proceedings 22:1910-1913. Publisher link MANUSCRIPT VERSION

Projects and Cooperation

Biomechanically defined absorbable materials for cardiovascular surgery. Role: co-Principle Investigator (2020-2023, supported by Ministry of Health of the Czech Republic via Czech Health Research Council Running Applied research. NU20-02-00368, in cooperation with the Faculty of Medicine in Pilsen of Charles University and Institute of Rock Structure and Mechanics of the Czech Academy of Sciences and

_________________

Mechanics of arterial delamination and crack propagation. Role: co-Principle Investigator (2020-2022, supported by Czech Science Foundation Running Basic research. GA20-11186S, in cooperation with the Institute of Rock Structure and Mechanics of the Czech Academy of Sciences and Regional Hospital Liberec and

_________________

Effect of axial prestretch on mechanical response of nonlinearly elastic and viscoelastic tubes. Role: Principle Investigator (2018-2020, supported by Czech Science Foundation Running Basic research. GA18-26041S

_________________

Development of a new generation of nails for osteosynthesis of long bones of the lower limb. Role: co-Principle Investigator (2018-2020, supported by Czech Ministry of Industry and Trade Running Industrial research and experimental development. FV30348, in cooperation with the MEDIN a.s. and University Hospital Ostrava and Hospital České Budějovice

_________________

The use of nonatigen fish collagen in construction of implants and as drug carriers. Role: Member of project team (2015-2018, supported by Ministry of Health of the Czech Republic NV15-27941A , in cooperation with the General University Hospital in Prague and Institute of Physiology of the 1st Medical Faculty, Charles University) Running Applied research and development

_________________

Development of resorbable collagen-calcium phosphate nanolayer with controlled elution of antibiotics for implants survival rate enhancement. Role: Principal Co-Investigator (2014-2017, supported by Technology Agency of the Czech Republic TA04010330 , in cooperation with the Institute of Rock Structure and Mechanics of the ASCR and ProSpon spol s r.o.) Past Applied research and development

_________________

Optimization of physical characteristics of vascular substitutes for low flow. Role: Member of project team (2012-2015, supported by Ministry of Health of the Czech Republic NT13302 , in cooperation with the General University Hospital in Prague and Research Institute of Food Industry) Past Applied research and development

_________________

New materials and coatings for joint replacement bionical design. Role: Member of project team (2011-2014, supported by Technology Agency of the Czech Republic TA01010185 , in cooperation with the ProSpon spol s r.o. and MEDIN Orthopaedics, a.s. and HVM PLASMA, spol. s r.o. and UJP PRAHA a.s.) Past Applied research and development

_________________

Development and Characterization of Active Hybrid Textiles with Integrated Nanograin NiTi Micro Wires. Role: Member of project team (2010-2012, supported by Czech Science Foundation GAP108/10/1296 , in cooperation with the Institute of Physics ASCR and Institute of Thermomechanics ASCR and Faculty of Mechanical Engineering TUL ) Past Basic science

_________________

Material properties of veins and their remodelling. Role: Member of project team (2008-2011, supported by Czech Science Foundation GA106/08/0557 , in cooperation with the Institute of Thermomechanics ASCR and 3rd Faculty of Medicine of the Charles University ) Past Basic science

_________________

Identification of the vessel wall materials properties. Role: Member of project team (2004-2006, supported by Czech Science Foundation GA106/04/1181 , in cooperation with the 1st Faculty of Medicine of the Charles University in Prague and 3rd Faculty of Medicine of the Charles University ) Past Basic science

_________________

In 2002-2004 and 2005-2011 I was a member of the project team in Institutional reserach plan Transdisciplinary Biomedical Engineering Research I and II.

_________________

Additionally to above mentioned I have long-lasting cooperation with MUDr. MVDr. Tomáš Adámek and MUDr. Markéta Kulvajtová from the Department of Forensic Medicine of the 3rd Faculty of Medicine of the Charles University in Prague.

Courseware and Lectures

Predominantly in Czech

Biomechanika I Od roku 2016 používám souhrnnou prezentaci: Biomechanika I - Krevní oběh a mechanika cév. Zde jsou okruhy otázek ke zkoušce pro rok 2023 a roky následující. [V roce 2023 jsme změnili koncepci a všechny kapitoly biomechaniky oběhu, které nemají jasný patobiomechanický aspekt, jsou vykládány v Biomechanice 1, a Biomechanika 2 tak již neobsahuje kapitoly z mechaniky krevního oběhu. Současně jsme výklad všech patologických stavů a jejich (bio)mechanických souvislostí (včetně využití biomechanických znalostí při léčbě resp. vývoji terapeutických procedur) přesunuli do Patobiomechaniky.] Starší prezentace: Prezentace I (pdf) Prezentace II (pdf) Prezentace III (pdf) Prezentace IV (pdf) Okruhy ke zkoušce

Biomechanika II Prezentace pro Biomechaniku II (pdf) požívaná od 2016, starší prezentace (pdf) 2013 Maple worksheets Artery thin-walled tube (mw) Artery thick-walled tube (mw) Artery thin-walled tube (mw) 2013/Oct/22 Okruhy ke zkoušce

Biotermodynamika (prof. F. Maršík MFF UK) Biomechanika krevních cév aneb od experimentu k simulaci (pdf)

Metoda konečných prvků 0 Matematická propedeutika - tenzory a vektory (pdf)

Projekt I - Úvod do nelineární pružnosti (mechanika kontinua pro biomechaniku) Kinematika konečných deformací, míry napětí a hyperelasticita (pdf 04.10.2022) Cvičení 1 - data pro jednoosou tahovou zkoušku pryže (epsilon [-] a síla [N] v txt) Maple výpočet pro Cvičení 1 - odhad parametrů modelu (regrese jednoosé tahové zkoušky), Cvičení 2 - simulace tahové zkoušky nelineárního anizotropního materiálu (tepenná stěna), Cvičení 3 - stabilní a nestabilní inflace válcové trubice

Polymery (základní úvodník pro studenty biomechaniky) Shrnutí základních poznatků o makromolekulárních látkách (pdf 16. 02. 2020)

Projekt II 2018 - Podstata výpočtového modelu - Simulace inflace tenkostěnné nádoby versus experiment (pdf) 2017 - Podstata výpočtového modelu - Analytické řešení pro taženou stěnu s kruhovým otvorem - Korelace digitálních obrazů - Vysokomolekulární polyetylen (pdf) 2011 - Nelineární chování a nelienární materiály (pdf) Odhad parametrů nelineárního modelu (pdf) Vybrané experimentální metody měření deformace (pdf)

Úvod do aplikované mechaniky a mechatroniky Přednáška k úvodu do biomechaniky srdečně cévní sosutavy a rozbor chlopenní náhrady (pdf) 2016

Summer school of biomechanics Constitutive modeling of nonlinear materials with respect to application in biomechanics (pdf) 2017

Viskoelasticita Lineární viskoelasticita, kvazilineární formulace, plně nelineární formulace pomocí: rate-dependent přístup, vnitřní proměnné, model podle Bergstroma (resp. Boyceové), viskoelastoplasticita termoplastů a elastomerů, 9. 3. 2022 (pdf)

Oborový projekt pro biomechaniku Ukázka analytického modelu pro spojení cévy a cévní náhrady založeného na momentové toerii válcových skořpein (pdf)

Biomechanics: Introduction to Cardiovascular Biomechanics Introduction to Cardiovascular Biomechanics: Anatomy, physiology, blood flow and mechanical properties of blood vessels and the heart, diseases, treatment and interventions from mechanical engineering point of view (pdf)

Patobiomechanika srdečněcévního systému

Prezentace pro patobiomechaniku: (1) Souhrnná prezentace přednášky - patobiomechanika krevního oběhu (2) Lomová mechanika kosti (3) Výpočetní cvičení z mechaniky aneuryzmatu aorty (4) Zadání zkouškové úlohy z patobiomechaniky - compliance mismatch céva-náhrada (5) Jednoosá tahová zkouška břišní aorty xlsx deformace-napětí

Prnví díl skript nazvaný Mechanika kontinua pro biomechaniku (pdf) obsahuje: (1) Kinemtaika: Pohyb, deformační gradient, polární rozklad, tenzory defromace: Green-Lagrangeův, pravý a levý Cauchy-Greenův, Euler-Almansiho, Henckyhoa pravý a levý tenzor strečů (2) Nanosonova věta, invarianty tenzorů deformace, vlastní čísla, vlastní vektory a kvadrika tenzoru deformace (3) Rychlost deformace, materiálové derivace tenzorů deformace (4) Výklad kinematiky jednoosé tahové zkoušky a inflace a extenze válcové trubice (5) Tenzory smluvního, Cauchyova a druhého Piola-Kirchhoffova napětí (6) Bilanční rovnice: hmoty, hybnosti, momentu hybnosti a energie, druhý princip termodynamiky, volná energie, Clausis-Duhemova a Clasius-Planckova nerovnost (7) Obecná konstitutivní teorie: Truesdell-Nollovy principy konstitutivní teorie, diskuze objektivních mehcanických veličin (objektivní tenzroy deformace, napětí a rychlosti napětí) (8) Hyperelastický materiál, hustota deformační energie a její modely (neo-Hooke, Mooney-Rivlivn, Rivlin, Ogden, Blatz-Ko, Gent, Arruda-Boyce, Demirey, Fung, Holzapfel-Gasser-Ogden) (9) Anisotropní hyperelastikcý materiál popsaný jako isotropní funkce hustoty deformační energie jako funkce více tenzorových proměnných (strukturální tenzor)

Heslová anotace předmětu Patobiomechanika srdečněcévního systému: 1. Kinematika konečných deformací 2. Tenzor napětí v různých popisech 3. Konstrukce konstitutivních rovnic 4. Anisotropní chování nelineárního materiálu 5. Anatomie a fyziologie srdce a cév 6. Mechanické vlastnosti tepen a žil pozorované in vivo 7. Mechanické vlastnosti tepen a žil pozorované ex vivo 8. Mechanika srdce 9. Mechanobiologie aterosklerózy a jejích důsledků 10. Aneuryzmata z pohledu mechaniky 11. Principy a důsledky stárnutí 12. Mechanobiologie remodelace cév 13. Inženýrské aplikace pro terapii

Témata kvalifikačních prací (Bc./Ing./Ph.D. podle stupně rozpracování tématu) Kvantifikace mechanických vlastností perivaskulární tkáně, Stářím vyvolané změny mechanických vlastností krevních cév, Kvantifikace degradace elastinových membrán cévních stěn, Experimentální verifikace nestlačitelného chování měkkých tkání, Delaminační vlastnosti cévní stěny - disekce - šíření trhliny stěnou, Mechanické vlastnosti kolagenní fascie saturované hydroxyapatitem, Ztráta elastické stability tenkostěnných válcových trubic, Porovnání mechanických vlastností elastomerů zjištěných makroskopicky (např. tahovou zkoušklou) a nanoindentací, Identifikace parametrů nelineárních konstitutivních modelů.

V případě zájmu o rozpracování některého z témat (v libovolné formě Bc./Ing./Ph.D.), neváhejte mne kontaktovat třeba emailem: lukas.horny@fs.cvut.cz.

Bývalí studenti... MUDr. Ing. Jan Beneš (Ing., Analýza mechanických vlastností elastické trubice s implantovaným stentem a bez něj), Ing. Hana Netřebská, Ph.D. (Ing., Analýza napjatosti ve stěně lidské aorty zaměřená na zbytkovou deforormaci), Ing. Michal Šára (Ing., Analýza mechanických vlastností žilní stěny), Ing. Lucie Kociánová (Ing., Vliv posmrtných změn na mechanické vlastnosti cévní stěny), Ing. Eva Gultová (Ing., Mullinsův efekt cév při cyklickém namáhání), Ing. Jan Veselý, Ph.D. (Ing., Identifikace materiálových parametrů žilní stěny, Ph.D., Constitutive modeling of human saphenous veins under 3D stress state), Ing. Tereza Voňavková (Ing.,Pole napjatosti a deformace v nefyziologické tepně, Bc., Experimentální in vitro implementace koronárního stentu), Bc. Klára Vacková (Bc., Mechanické vlastnosti kompozitu na bázi NiTi vláken a silikon-textilní matrice)., Ing. Václav Beneš (Bc., Odhad rychlosti šíření pulsní vlny aortou, Ing., Návrh způsobu zavedení zbytkového napětí do MKP modelu tepny), Ing. Ján Kužma (Bc., Mechanické vlastnosti PDLLA-COLL kompozitu, Ing., Analýza vlivu podmínek síťování na mechanické vlastnosti a degradabilitu nanovlákenných kolagenových nosičů antibiotik), Ing. Hana Podolníková (Bc., Vliv délky posmrtného skladování na viskoelastické vlastnosti osrdečníku, Ing., Analýza vlivu obvodově proměnné tloušťky na napjatost a deformaci tlakované trubice), Bc. Olega Shchetinin (Bc., Mechanické vlastnosti krčních tepen), Bc. Jan Vodička (Bc., Mechanické vlastnosti aortální chlopně), Bc. Jan Kopačka (Bc., Určení faktoru koncentrace napětí pro nelinární materiál), Bc. Tereza Camfrlová (Bc., Vliv tuhosti dna na namáhání válcové tlakové nádoby), Bc. Petr Zvolánek (Bc., Vliv sterilizace na mechanické a strukturní vlastnosti nanostrukturované vrstvy kolagen-hydroxyapatit), Bc. Adéla Kováříková (Bc., Analýza adhezních zkoušek kolagenní nanovrstvy), Ing. Jakub Novák (Ing., Odhad parametrů hyperelastického materiálového modelu s využitím MKP), Ing. Zdeněk Petřivý (Ing., Delaminační vlastnosti tepenné stěny), Bc. Veronika Tomková (Bc., Vliv geometrických úchylek na spolehlivost zjišťování materiálových parametrů elastomeru), Bc. Adam Bečka (Bc., Porovnání mechanických vlastností latexu zjištěných pomocí nanoindentace a tahového testu), Bc. Julie Kochanová (Bc., Ztráta stability při nafukování hyperelastických trubic), Bc. Matouš Karabina (Bc., Zjišťování mechanických vlastností elastomeru pomocí nanoindentace), Ing. Michaela Benešová (Bc., Delaminační pevnost aortální stěny), Ing. Matyáš Budinka (Bc., Analýza inflačního experimentu elastomerní trubice), Ing. Ramez Bariekzahy (Ing., Porovnání Van der Waalsova a Gentova modelu hustoty deformační energie), Ing. Lucie Roubalová (1) (Bc., Konstitutivní modelování nelineárně pružného chování pryže), Ing. Terezie Škorpíková (Ing., Konstitutivní modelování žilní stěny), Ing. Ondřej Kratochvíl (Ing., Analýza vlivu podélného předepnutí na tlakovou odezvu žil), Ing. Mark Lyzak (Ing., Analýza mechanického chování 3D tištěného elastomeru), Ing. Matyáš Budinka (Ing., Určení konstitutivního modelu viskoelastické trubice), Ing. Lucie Roubalová (1) (Určení delaminační pevnosti lidské aorty), Bc. Lucie Roubalová (2) (Bc., Mechanické vlastnosti materiálů pro bandážování cévních stěn), Bc. Pavla Pelinková (Bc., Delaminační vlastnosti cévní stěny), Ing. Tereza Gerdová, Ph.D., (Ph.D., Mechanical Propertires of Perivascular Adipose Tissue and its Effect on Biomechanics of Abdominal Aorta), Ing. Pavla Pelinková (Ing., Mechanické vlastnosti tepenných bandáží a cév), Ing. Jonáš Fencl (Ing., Mechanické vlastnosti PLA-PHB materiálů pro 3D tisk cévních náhrad), Ing. Lucie Roubalová (2) (Ing., Vliv proteáz na mechanické vlastnosti tepenné stěny), Ing. MOnika Kubrová (Ing., Konstitutivní modelování tepenné stěny s uvažováním aktivních vlastností).

Současní studenti... školitel v Ph.D. studiu pro Ing. Jána Kužmu, Ing. Zdeňka Petřivého, Ing. Zbyňka Sobotku, Ing. Pavlu Pelinkovou a MUDr. Nikolu Petrovou; současní studenti v Bc./Ing. studiu...

Let's cooperate - pojďme spolupracovat

Laboratory of Cardiovascular Mechanics is equipped with custom-specific biaxial tensile testing machine (Zwick/Roell, Messphysik) with 4 independently controllable linear actuators and built-in videoextensometer. A load is measured by 4 force transducers (HBM, +/- 25 or 250 N). Here we can obtain data to characterize your material. It is especially useful for elastomers (rubber, latex,…), biopolymers, animal and human soft tissues like skin, ligaments, arteries, veins or their tissue-engineering counterparts. In case of interest, please, contact me lukas.horny@fs.cvut.cz.

Laboratoř kardiovaskulární mechaniky je vybavena dvouosým zatěžovacím strojem (Zwick/Roell, Messphysik) určeným pro mechanické zkoušky poddajných materiálů jako jsou elastomery, pryže, biopolymery, textílie, měkké tkáně (kůže, vazy, šlachy, a další pojivové tkáně, tepny, žíly,...) a jejich protejšky připravené pomocí tkáňového inženýrství. Pokud chcete chrakterizovat svůj materiál, ověřit jeho pevnost, zjistit tuhost nebo tzv. konstitutivní rovnici, kontaktujte mě: lukas.horny@fs.cvut.cz. Dlouhodobá spopráce je vítána.

Ukázka výsledků - Mullinsův effekt je projevem nepružného (viskoelastického) chování měkkých tkání a elastomerů při cyklickém zatěžování. Materiálová odezva se v prvním cyklu pohybuje po tzv. primary loading křivce. V následujících zatěžujících cyklech konaných do stejné hodnoty maximální deformace je dosahováno nižšího napětí než v předchozích. Avšak po překročení dosavadní maximální hodnoty deformace dosažené během historie zatěžování bude materiál následovat opět primary loading křivku.

Representative example - Mullins effect is a demonstration of non elastic (viscoelastic) mechanical behavior of soft tissues in cyclic loading. Repeating loading cycle to a certain value of a deformation leads to a decrease of mechanical stress sustained by a body. Primary loading curve follows higher stresses than subsequent curves finished at the same deformation. However, new overloading again tracks primary loading when the highest deformation attained in the history of a deformation is exceeded.

Schéma sestavy pro inflační extenzní test (současné nafukování a protahování trubice) dostupné v naší laboratoři. Do setupu je možno připojovat jak cévy, tak elastomerní trubice... Měří se vnitřní tlak kapaliny a opticky se snímá deformace (nafouknutí, protažení). Vpravo je ukázka výpočetní simulace výsledků pro 38-letého dárce břišní aorty. Svislá osa je vnitřní tlak. Horizontální osa jsou streče. Obvodový streč lambda[tT] = poměr poloměru při deformaci a referenčního poloměru, axiální streč lambda[zZ] = poměr délek.

Representative example - Inflation-extension experiemnt of an artery

Návrhy nových konstitutivních modelů materiálů například pro matematický popis vlivu stárnutí na mechanické chování cév. Byl navržen hyperelastický anizotropní (dva výztužné směry vláken s uvažováním rozptylu orientace) model založený na konceptu konečné protažitelnosti vláken, který je vhodný pro popis chování lidských cév ale třeba i sesíťovaných polymerů.

Development of new constitutive models - e.g. fiber-reinforced nonlinear and anisotropic materials, soft tissues or crosslinked polymers

Ex vivo experimentální implantace stentu a simulace angioplastiky Další typ testu, který jsme v laboratoři schopni provádět a vyhodnocovat, je implantace stentu a provedení angioplastiky. Pomocí optických metod jsme schopni kvantitativně vyhodnocovat k jakému zatížení/přetížení cév tyto výkony vedou.

We are able to conduct experimental stent deployment and angioplasty. Quantitative evaluation of artery overlaoding is based on the digital image correlation providing maps of the surface deformation of 3D objects.

Dominant_dir: program pro hledání dominantních směrů v bitmapách (mw)

Running