これからのバイオエンジニアリング

機械・電気・計測・情報を学ぶ人のための生命科学入門

  • 東京大学バイオエンジニアリング教科書編集委員会/編
  • 2022年10月07日発行
  • A5判
  • 237ページ
  • 付録:連想記憶の動作
  • ISBN 978-4-7581-2122-4
  • 定価:3,190円(本体2,900円+税)
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パーソナルコンピュータ(personal computer:PC)は,詳細に設計された中央処理装置(central processing unit:CPU)や誤りのない回路基板を使って構築され,精密な計算を行っている.一方,脳は極めて大雑把な構造が遺伝子に書き込まれているのみであり,その意味で詳細に作りこまれているわけではない.それなのになぜ,人の顔を瞬時に認識するといった,高速コンピュータでも苦手な処理を脳は簡単にやってのけるのか.実は,コンピュータと脳とでは,情報処理の方式の原理が異なっている.本章と次章ではこの点を概観することにする.まず本章では,モノの側面を見てみよう.…

廣瀬 明(東京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻/バイオエンジニアリング専攻)

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複雑な生命からポイントを吟味・抽出し,本質を発見・発明へつなぐ.工学・物理系が得意とする視点から,生体物質・生命現象を捉えるとどうか,そのはじめの一歩とは,を解説する12テーマ.融合と創造は,ここから.

目次

第Ⅰ部 バイオメカニクスの基礎

第1章 生体組織のメカニクス【古川克子】

軟骨や血管を再生する

1 生体組織の構成要素とバイオメカニクス

2 生体組織の静的な力学特性の評価

3 生体組織の動的な力学特性評価

4 生体組織の力学特性の非侵襲計測

まとめ

章末問題

第2章 人体の力学モデルと数値解析【高木 周】

人体をモデル化する,とは?

1 階層性をもつ生体の力学

2 生体力学とコンピュータシミュレーション

3 医療機器設計と治療法の検討

4 循環器系のモデリング

5 脳神経系のシミュレーションに向けて

まとめ

章末問題

FDTD 法

第3章 医療ロボティクス【原田香奈子】

医療ロボットと産業用ロボットの違い

1 ロボットに求められること

2 医療ロボットとは

3 医療機器としてのロボット

4 手術支援ロボット

5 リハビリテーション支援ロボット

6 ロボット技術概論

まとめ

章末問題

第Ⅱ部 バイオエレクトロニクスの基礎

第4章 生体およびバイオ関連物質の電気的性質,電磁波と応答【田畑 仁】

バイオエレクトロニクスとは?

1 バイオ “を” 学ぶためのエレクトロニクスとバイオ “に” 学んだエレクトロニクス

2 基礎物性:電気的性質,磁気的性質

3 生体電気信号(膜電位)の発生と等価回路

4 誘電緩和応答

まとめ

章末問題

体脂肪計の原理

第5章 生体系固液界面エレクトロニクス【田畑 仁】

生体の電気信号を計測する原理

1 固体-液体界面現象(固液界面現象)

2 電気二重層(静的固液界面の性質)

3 電解質溶液論(デバイ長の算出)

4 界面導電現象(動的固液界面の性質)

まとめ

章末問題

イオン感応型電界効果トランジスタ(is-FET)を用いたDNA センサ

第6章 心電図と心電図計測【佐久間一郎】

心電図の原理とは?

1 細胞膜電位と活動電位

2 活動電位の伝播

3 体表面電位の計測

4 心電図計測

5 心電計測の応用

まとめ

章末問題

心臓の解剖構造とポンプ機能

第Ⅲ部 バイオイメージングの基礎

第7章 超音波によるイメージング【東 隆,高木 周,廣瀬 明】

超音波イメージングの原理とは?

1 イメージングに用いられる超音波の周波数

2 超音波の伝搬

3 超音波の散乱

4 パルスエコー法による超音波イメージング

5 アーチファクト

6 超音波撮像による血流計測

まとめ

章末問題

第8章 撮像行列を用いた断層撮像法(CT)【東 隆,高木 周,廣瀬 明】

CT の原理とは?

1 散乱波を用いた断層撮像の原理

2 撮像行列で再構成を行うときに前提となる近似

3 リングエコーと従来型超音波エコー法の比較

4 超音波CT のさまざまな撮像モード

まとめ

章末問題

検診における撮像装置の役割分担

検診と精度管

第9章 量子イメージング【高橋浩之】

放射線イメージングの原理とは?

1 量子放射線の性質

2 量子放射線の医療への応用

3 量子イメージングの原理

4 量子イメージングにおける検出器の特性

5 半導体検出器

6 ガス検出器

7 真空中での電子増倍を利用する検出器

8 イメージングスペクトロスコピー用検出器

まとめ

章末問題

第10章 脳機能計測とイメージング【関野正樹】

MRI や脳波の計測原理とは?

1 脳機能計測装置の開発

2 MRI

3 脳波

4 脳磁図

5 近赤外分光法(NIRS)

6 磁気刺激

まとめ

章末問題

第Ⅳ部 ニューラルネットワークの基礎

第11章 脳とニューロン【廣瀬 明】

脳とは何か:モノとしての側面

1 脳とコンピュータの外見的・機能的な違い

2 ニューロン

3 ネットワーク,層構造,コラム構造

4 トポグラフィック・マッピング

5 信号は何か

6 ホジキン・ハクスレー方程式

まとめ

章末問題

第12章 パターン情報表現とパターン情報処理【廣瀬 明】

脳とは何か:コトとしての側面

1 モデル化と形式ニューロン

2 可塑性とヘブ則

3 連想記憶

4 自己組織化マップ

まとめ

章末問題

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