生体医工学入門

引用

Enderle, J., & Dunn, S. Introduction to Biomedical Engineering (4th ed.). Academic Press.

章の要約

第 4 版は 17 章からなる概説書で、ほかにリハビリテーション工学と支援技術、ゲノミクスとバイオインフォマティクス、計算細胞生物学と複雑性を扱うオンラインの追加章がある。出版社によれば、その目的は生体医工学者が必要とする幅広い主題、すなわち基礎的な数理モデリング、解剖学と生理学、電気工学、信号処理と計測、生体力学、生体材料、組織工学、医療と工学の倫理を網羅することである。対象は上級学部生と大学院生で、この版では以前の版より例題と章末問題が増えている。

第 1–2 章：生体医工学：歴史的視点、道徳的・倫理的問題

本書はこの分野の歴史的な概観から始まる。これは、主要な生体医学の各領域を歴史的発展とともに示すという出版社の説明と合致する。第 2 章は生体医工学者が直面する道徳的・倫理的問題を扱い、職業倫理を末尾ではなく冒頭に置いている。

第 3–6 章：解剖学と生理学、生体力学、生体材料、組織工学

これらの章は生物学と材料の基礎を与える。人体の構造と機能、生体組織と系の力学、体内および体に関わって使われる材料、そして組織の工学である。出版社は、生体材料と組織工学が最新の研究に基づいて改訂・更新された分野だと指摘している。

第 7–8 章：コンパートメントモデリング、生化学反応と酵素反応速度論

続く 2 章はモデリングを扱う。コンパートメントモデリングは生理系を連結したコンパートメントとして表すことを導入し、生化学反応と酵素反応速度論の章は生物学的環境での反応速度を扱う。両者で、出版社が中核の主題に挙げる数理モデリングが導入される。

第 9–11 章：生体計測、生体医用センサ、生体信号処理

この群は計測を扱う。生理信号を取得する計測装置、それを電気信号に変えるセンサ、得られた生体信号の処理である。出版社は、この版でバイオセンサと生体信号処理が更新されたと述べている。

第 12–14 章：生体電気現象、生理学的モデリング、生体医用輸送現象

本書の中盤は工学の視点で生理学に戻る。生体組織の電気的挙動、生理系の定量的モデルの構築、生物学的環境における物質とエネルギーの輸送である。出版社は生理学的モデリングを更新された主題に挙げている。

第 15–17 章：放射線イメージング、医用画像、生体医用光学とレーザー

最後の章は画像と光を扱う。放射線を用いるイメージング、その他の医用画像法、生体医学における光学とレーザーの方法である。

主要概念

第 1–6 章：歴史、倫理、生物学と材料の基礎

• 道徳的・倫理的問題：生体医工学者が直面する倫理的問いで、独立した章で扱われる。
• 生体力学：生体組織と系の力学。
• 生体材料と組織工学：体内で使う材料と組織の工学。

第 7–11 章：モデリング、計測、信号

• コンパートメントモデリング：生理系を相互作用するコンパートメントとして表すこと。
• 酵素反応速度論：生化学反応の速度とそのモデリング。
• 生体信号処理：生理的な源から得られる信号の処理。

第 12–17 章：生体電気、輸送、画像

• 生体電気現象：生体組織における電気的活動。
• 生体医用輸送現象：生物系における輸送。
• 医用画像：放射線に基づく画像法とその他の方法、および光学とレーザー。

批判的分析

長所

• 範囲が広く、出版社の言う「一巻の百科事典的概説」に合致し、モデリング、生理学、電気工学、力学、材料、組織工学、倫理が一冊に収まっている。
• 17 章の構成は、基礎（歴史、倫理、解剖・生理）から材料とモデリングを経て、計測、信号、輸送、画像へと進むので、授業に必要な章を選びやすい。
• 出版社は、この版では以前より例題と章末問題が多く、各主要領域の歴史的概観が付くと述べている。
• オンラインの追加章が、リハビリテーション工学、ゲノミクスとバイオインフォマティクス、計算細胞生物学へと内容を広げる。

短所

• この広さの概説では各分野に 1 章ずつしか割けないので、計測や生体力学など特定の分野で深さが必要な読者には専門書が要る。
• 出版社は読者を上級学部生と大学院生としており、本書は各分野の第一原理から始めるのではなく、数学と工学の基礎を前提としている。

コースにおける位置づけ

生体医工学入門のグループの中で、本書は最も幅広い概説である。サターバク、サン、マッキンタイアの『Bioengineering Fundamentals』は、生体系に適用した保存則を通じてこの分野を導入し、問題解決を軸にした最初の授業に向く。ソルツマンの『Biomedical Engineering: Bridging Medicine and Technology』は生物学から外へ向かって構築する。リッターらの『Biomedical Engineering Principles』は定量的分析と設計を重視する。ホビーとロスの『Intermediate Physics for Medicine and Biology』とウィットラップらの『Quantitative Fundamentals of Molecular and Cellular Bioengineering』は、物理と分子・細胞のモデリングをより厳しく扱う。エンダールとダンの本は、これらの領域がどう組み合わさるか、次にどこへ進むかを示す参考書として最も役立つ。

本書の使い方

生体医工学のプログラムの学生、または他の工学・生物学・生命科学と組み合わせて学ぶ学生で、学問全体を一冊で見渡したい人に向く。微積分と基礎物理、入門生物学の素養があると、モデリングと計測の章が読みやすい。

実用的な進め方は、まず第 1–3 章で残りを方向づける歴史、倫理、生理学を読み、次に経路を選ぶことである。モデリングの経路は第 7、8、13、14 章、計測の経路は第 9–12 章、材料と力学の経路は第 4–6 章、画像の経路は第 15–17 章を通る。例題と章末問題で各章を確かめ、オンラインの追加章はリハビリテーション、ゲノミクス、計算細胞生物学の任意の拡張として扱う。ある主題でさらに深さが要るときは、概説の章から同じコースの専門書へ移る。