☆バイオメカニクス特論（Advanced Course of Biomechanics）[3401]

＜授業のねらい及び具体的な到達目標＞

[授業のねらい]
　近年は，人工臓器に代表されるような，生体の一部の機能を代行する機械が開発されている。人工臓器をデザインするには，代行すべき生体機能がわかっていなければいけない。さらに，機械の設計には，定量的な仕様書が必要である。しかし，生体の機能に関しては，定性的な究明と比べて，定量的な把握については十分とは言い難い。疾患の治療に対する経験ほどには，「生体の標準機能に基づくような人工臓器のデザイン」に役立つ情報は集められていない。逆に，人工臓器開発の試行錯誤の過程で，生体を工学的に解明することによって生体の機能が明確になるという側面がある。生体から，新たな機械を開発するためのヒントが得られるかもしれない。
　現代の医療現場では，様々な機器が導入されている。しかし，その機器の特性と生体の特性を同時に理解していないと，機器が生体へ適切に使用されない危険性がある。生体と機械との共存・協調を追求することは，生体に適用される機器の改良につながる。
　バイオメカニクス分野の研究成果は、医療における人工臓器・医療機器などの新しい装置の開発に結びつくのみならず、生体機能の発見・解明に結びついたり、生体機能の模倣が工学技術の発展に結びついたりすることもある。
　バイオメカニクス分野の学習を通じて、力学を実際のモノづくりに応用するためのデザイン能力を養成する。

The lecture is also introduction for students, who are studying engineering, to learn application of engineering to biological and medical equipment.

In recent years, several devices like artificial organs have been developed to substitute biological organs. To design the artificial organs, the biological function should be defined. In addition, quantitative specification is necessary for design of machine. The quantitative information about function of organs, however, is not enough for design of artificial organs. Data on normal organs are not enough compared with those on injured organs. Trial of the artificial organ helps analysis of biological function. The biological system may inspire an idea for the new machine.

In modern medical practice, various devices have been introduced. If you do not understand both the characteristics of devices and that of organs at the same time, however, there is a risk that devices are not properly used to the living body. Considering co-cooperation between devices and organs improves the devices to be applied to the living body.

[具体的な到達目標]
（１）機械と比較しながら，生体（人体）を工学的に解析できる。
（２）生体に適用される機械・医療機器に関連して，生体と機械との共存・協調における問題点を考えることができる。

The lecture is trying to analyze human body in comparison with the machine, to consider cooperation between an organ and a machine in relation to medical devices for human, to study basic mechanical engineering to analyze a living body.

＜授業計画及び準備学習＞

１．バイオメカニクス周辺の学問体系
２．生体計測：心電図・生体インピーダンス・レーザー・MRI
３．生体組織の変形、材料試験
４．生体組織の破壊（赤血球破壊）、拍動流ポンプにおける流量制御
５．静水圧：シャント、カニューレ、粘弾性、人工心臓の血液循環系との接続
６．血液流れの抵抗、血栓形成度試験
７．赤血球の変形、レオスコープ
８．細胞に対する流れの影響、拍動流、乱流
９．生体に対する電場・磁場の影響
１０．赤血球の凍結保存、ガス交換と人工肺、浸透圧
１１．関節まわりの力学、生体システムと脳死
１２．摩擦と界面、血栓形成、摩耗・潤滑と関節、設計とマイクロ加工
１３．ヒトと協調して機能を代行するデバイスの提案レポート
１４．学習内容の振り返り

1: Interdisciplinary field of study.
2: Measurement (ECG, MRI).
3: Biomaterials.
4: Erythrocyte destruction.
5: Shunt, Haemorheology.
6: Thrombus.
7: Review.
8: Pulsatile flow.
9: Electric and magnetic fields.
10: Artificial lung.
11: Brain death.
12: Joint prosthesis.
13: New device, which acts as a part of the human body.
14: Reflection.

＜成績評価方法及び水準＞

課題レポート（新たなバイオメカニクス技術の提案：自分自身の研究テーマとは異なるテーマでの提案：オリジナルの図・式・数値を含む）およびその発表の評価に、毎回提出の演習レポートの評価を加えて、総合点数６０点以上を合格とする。The score higher than 60 points at the report on your proposal (Proposal of new biomechanics technology: Proposal with a theme different from your own research theme: Including original figure / formula / numerical value) with the presentation and with additional excersizes.

＜教科書＞

生体機械工学入門：橋本成広著（コロナ社）Introduction to Biomechanical Engineering (2013)

＜参考書＞

人工心臓における血栓形成・血球破壊に対する流速効果に関する研究：橋本成広著（東京工業大学博士論文）
生体システム工学入門：橋本成広著（東京電機大学出版局）Introduction to Biosystems Engineering (1996)
生体計測工学入門：橋本成広著（コロナ社）Introduction to Biomedical Measurement Engineering (2000)
機械工学便覧β8生体工学（日本機械学会編）

＜オフィスアワー＞

八王子：水曜日5時間目：教員室Hachioji, Wednesday, 17:20-18:20, Lecturers room
新宿：木曜日14:00-15:00：教員室Shinjuku, Thursday, 14:00-15:00, A1715
その他、授業の前後に教室か教員室で対応。
shashimoto@cc.kogakuin.ac.jp

＜学生へのメッセージ＞

具体例に触れるだけでなく、「力学を中心とした工学を適用して生体の機能を理解する」ための工学基礎の確認を心がけて欲しい。The knowledge of mechanical engineering is available not only for the medical instrumentation, but also for biological understanding. The lecture may introduce readers to advanced learning for physiology and mechanical engineering.