バイオメカニクス研究室（山田研究室）
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　 バイオメカニクス研究室 　　
（山田研究室）

Biomechanics Lavoratory

研究室の概要
教授紹介
研究テーマ及び最近の成果
主な文献リスト

研究室の概要

先端技術を駆使することにより、生体のメカニズムが解明されれば、自然や人間の調和のとれた新 しい科学技術の展開につながるとともに、その工学的応用により、人類全体に限りない恩恵をもたらします。 生体情報、生体組織、生体エネルギー変換における生体機械関連研究を推進し、医療・福祉機器、新しい概 念に基づく機械などへの展開を進めています。

教授紹介

　教授　山田幸生
　専門分野　生体医用工学

研究テーマ及び最近の成果

  • 光断層イメージングシステムの研究
    近赤外光は可視光などに比べ生体に吸収されにくく、透過 光を検知しやすい性質を持ちます。これを利用すれば生体内の光による断層像を得る可能性があります。近 赤外光の吸収の変化は血液の酸素化度の変化に対応するために、局所における組織の活動度を表すことがで き、X線CTなどとは異なった情報が得られます。 　しかし、光は生体により強く散乱されるためにX線とは異なる手法を開発する必要があります。ここではピ コ秒程度の光パルスを用い、透過散乱光を時間分解測定する技術により光による断層像を得る研究をしてい ます。光パルスと生体の相互作用についての実験および解析を行い、現象を明らかにして、近赤外光を用い た光断層イメージング装置開発のための基礎データやアルゴリズムを提供しています。

  • 手術マニピュレータ制御情報の術中実時間生成/更新に関する研究
    次世代医療の主流を担う低 侵襲手術では医師の作業を支援するコンピュータ手術支援(CAS)システムの活用が必要です。その一環として 手術マニピュレータの研究を行っています。 　手術マニピュレータは計測・制御・機構・ユーザーインターフェースなどの多くの技術に立脚しますが、 手術中のMR画像計測によるマニピュレータの制御技術の確立に取り組んでいます。将来的には手術マニピュ レータを開発し、総合的手術支援システムに発展させる計画です。 　MRIは撮影に比較的長時間を要するため、画像計測に加えて形状推定技術が必要になります。画像計測と形 状推定、そしてマニピュレータの力覚センサからの情報を組み合わせることでアルゴリズムの単純化と精度 確保の両方を狙っています。

  • ハイブリッド傾斜機能材料の開発と生物・力学的適合性
    人工骨、人工歯などの硬組織代替材料は骨 との結合性と強度・耐久性が要求されるので、骨界面はセラミックスリッチの多孔性で、兄部は高耐久性の 金属から成る傾斜機能材料を開発する。また、人工血管などの軟組織代替材料として、血液と接する部分が 抗凝血性で、組織と接する部分が組織親和性の傾斜機能材料を開発し、それらの力学的適合性および生物学 的適合性を評価する。

  • 加齢による生体硬組織の力学特性と組織学的変化の解明
    生体硬組織の力学特性が加齢によりどのよ うに変化するか明らかにし、併せて、骨密度・内部構造変化等の組織学的変化をSoft-X線CT、透過パルス光 測定等の最新の技術によって測定し、定量的に評価する。これらの結果から力学特性変化と組織学的特性変 化の関連性を明確にし、加齢による生体硬組織の疾患治療や予防に役立つデータを提供する。

  • 脳内情報処理過程の可視化技術の研究
    全体無侵襲計測として磁気共鳴スペクトルスコピー／イメー ジング(MRI/S)を、侵襲型超高感度計測として脳内微小透析法、光マイクロプローブ法などを対象とし、相互 補完的な計測データをもとに、それぞれの手法の高精度化をはかりつつ、新手法の開発を行う。

  • ストレス反応物質代謝無侵襲計測技術に関する研究
    ストレスや疲労などに起因して生体内で生じる 代謝変化や付随的な組織温度変化をMRI/Sなどの方法によって無侵襲計測する技術を開発し、人間感覚に対す る新しい指標化技術の確立をめざす。

主な文献リスト

1)Matthew R. Jones, Sergei G. Proskurin, Yukio Yamada, Yukari Tanikawa:
"Application of the zooming method in near infrared imaging"
Physics in Medicine and Biology, Vol . 42, No. 10 (1997), (in print).

2)Shuichi Takahashi, Daigo Imai, Yukari Tanikawa, and Yukio Yamada:
"Fundamental 3D FEM analysis of light propagation in head model toward 3D optical tomography"
Proceedings of SPIE, Vol. 2979 (Aug. 1997), (in print).

3)Yukari Tanikawa, Daigo Imai, Sho Mizuno, Osamu Shinozaki, and Yukio Yamada:
"Design and Fabrication of a Solid Simplified Head Phantom"
Proceedings of SPIE, Vol. 2979 (Aug. 1997), (in print).

4)Karol Miller and Kiyoyuki Chinzei:
"Modelling of mechanical properties of soft tissues"
IEEE Transaction on Biomedical Engineering, (1997), (in print).

5) Yukio Yamada and Yasuo Hasegawa:
,"Time-Dependent FEM Analysis of Photon Migration in Biological Tissues"
JSME International Journal, Series B., Vol. 39, No. 4 (1996), pp. 754-761.

6) Yukio Yamada, Hiroshi Ishiguro, Mamoru Yamashita, Tadayoshi Tanaka, Masaaki Takeuchi, and Hiroshi Kawamura: 　　
"Rise of Tissue Temperature Induced by Reduced Blood Perfusion Caused by External Pressure"
Advances in Experimental Medicine and Biology, Vol. 388, Oxygen Transport to Tissue XVII, Plenum Press, New York (1996), pp. 391-397.

　

7) Kazuhiro Homma:
,"Phase Changes in a 3 Dimensional Diffusion/Perfusion Imaging"
Proceedings of the First Korea-Japan Meeting on Medical Physics Vol. 1 (Sep. 1996).

8)Ivo W. Kwee, Yukari Tanikawa, Sergei G. Proskurin, Simon R. Arridge, David T. Delpy, and Yukio Yamada:
"Nullspace regularization and MAP reconstruction in the ill-posed inverse imaging problem"
Proceedings of SPIE, Vol. 2925 (Sep. 1996), pp. 43-54. 　

8)Koji Hyodo and Kazuhiro Homma:
"Neurotransmitter levels in a rat brain subject to MRI"
Proceedings of International Workshop on Brainware (IWB96), (Aug. 1996), pp. 90-92. 　

　

9)Sunil Kumar, Kumal Mitra and Yukio Yamada:
"Hyperbolic damped-wave models for transient light-pulse propagation in scattering media"
Applied Optics, Vol. 35, No. 9 (1996), pp. 3372-3378. 　

　 　

10)Matthew R. Jones, M. Quinn Brewster and Yukio. Yamada:
"Application of a Genetic Algorithm to the Optical Characterization of Propellant Smoke"
Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol. 10, No. 2 (1996), pp. 372-377. 　

11)Matthew R. Jones, 山田幸生，手塚明:
"逆問題解法による光CTのシミュレーション"
日本機械学会論文集A編，62巻595号 (1996), pp. 842-846.

12)Ichiro Oda, Hideo Eda, Yoshio Tsunazawa, Michinosuke Takada, Yukio Yamada, Goro Nishimura, and Mamoru Tamura:
"Optical tomography by the temporally extrapolated absorbance method"
Applied Optics, Vol. 35, No. 1 (1996), pp. 169-175.

13)Yukio Yamada:
"Light-Tissue Interaction and Optical Imaging in Biomedicine"
Annual Review of Heat Transfer, Begell House, New York, Vol. 6 (1995), pp.1-60.

14)Matthew R. Jones, Akira Tezuka, and Yukio Yamada:
"Thermal tomographic detection of inhomogeneities"
J. of Heat Transfer, ASME Transaction, Vol. 117 (1995), pp. 969-975.

15)M. Quinn Brewster and Yukio Yamada:
"Optical properties of thick, turbid media from picosecond time-resolved light scattering measurement"
Int. J. of Heat and Mass Transfer, Vol. 38, No. 14 (1995), pp. 2569-2581.

16)Kazuhiro Homma, Kiyoyuki Chinzei and Koji Hyodo:
"An MR Imaging Method for Measurement of Local Dynamics in Human Tissues"
Journal of Robotics and Mechatronics, Vol. 6, No. 1 (Jan.1994), pp. 58-62.

17)Koichi Furutsu and Yukio Yamada:
"Diffusion Approximation for a Dissipative Random Medium and the Applications"
Physical Review E, Vol. 50, No. 5 (Nov.1994), pp.3634-3640.
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