臨床工学講座　医用システム・制御工学／医歯薬出版株式会社

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臨床工学講座
医用システム・制御工学

日本臨床工学技士教育施設協議会　監修／嶋津秀昭・堀内邦雄　著

発行時参考価格 2,500円

総頁数：152頁 / 2色
判型：B5判
発行年月：2013年1月
ISBN978-4-263-73413-1
注文コード：734130

日本臨床工学技士教育施設協議会監修による全国で共通に使える標準教科書

内容紹介

●臨床工学技士の養成は1987年から始まったが，現在まで系統立った教科書は発行されておらず，科目によって他領域の教科書や単行本を使い分けているケースが多かった．2006年第20回国家試験から国試出題基準が大きく改訂されたことを受け，日本臨床工学技士教育施設協議会では2007年度から「教科書検討委員会」を設けて教科書作成事業にとりかかった．
●検討委員会等では，他の医療系教育課程で用いられている教科書を参考にしつつ，今後の臨床工学技士育成に必要な事項を網羅し，かつ教育レベルの向上に資することを目的とした教科書をめざした．その結果，『臨床工学講座』として，全国の教育施設で学ぶ学生たちのために，共通して使用できる標準教科書シリーズを発刊することとなった．
●本シリーズは国試対策用テキストにとどまることなく，臨床工学技士が本来身につけておくべき事項についてふれるとともに，ゆとり教育世代の高校卒業者にも理解できるような導入と内容の展開を心がけた．また随所に“Tips”などを挿入して，より理解しやすいような構成にした．

序文

「臨床工学講座」の刊行にあたって
　1987年に臨床工学技士法が制定されるとともに本格的な臨床工学技士教育が始まり，早20年が経過した．
　この間，科学技術は大きく進歩し，臨床工学技士が従事する医療現場でも，新しい医療技術や医療機器が導入され，多くの人の命を支える役に立ってきた．
　日本臨床工学技士教育施設協議会では，1997年より「教科書編集委員会」を設け，臨床工学技士育成に必要な教科書作りについて検討を重ねてきた．当時は教育施設数が少なかったこと，また1998年度から始まった規制緩和推進3カ年計画のなかで，いわゆるカリキュラム大綱化が臨床工学技士教育制度でも検討されると予想されていたことにより，教科書作成事業をしばらく休止した経緯がある．政府によって「カリキュラム等を規制している国家試験受験資格付与のための養成施設の指定制度を見直し，各大学等が社会のニーズに適切に対応した多様な医療技術者等の養成ができるようにする」との方針が打ち出されたのである．
　その後，2004年4月にカリキュラム大綱化が行われ，また2006年度第20回国家試験から国家試験出題基準が大きく改訂されたことを受け，日本臨床工学技士教育施設協議会は2007年度より改めて『教科書検討委員会』を設けて教科書作成事業を再開した．そして今般，『臨床工学講座』シリーズとして，全国53校の臨床工学技士教育施設で学ぶ約2,600名にも及ぶ学生達のために共通して使用できる標準教科書シリーズを発刊する運びとなった．
　教科書検討委員会および本講座編集委員会では，他医療系教育課程で用いられている教科書を参考にしつつ，今後の臨床工学技士育成に必要，かつ教育レベルの向上を目的とした教科書作成を目指して検討を重ねてきた．
　その骨子として以下の3点を心掛け，臨床工学技士を目指す学生がモチベーションを高く学習でき，教育者が有機的に教育できる内容を目指した．
　(1)本シリーズは，国家試験対策用テキストではなく臨床工学技士が本来的に理解しておくべき基本的事項をしっかりと分かりやすく教えることに重点をおくこと．
　(2)ゆとり教育世代の高校卒業者にも理解しやすい導入と内容の展開を心掛け，とくに基礎科目については随所に“Tips”などを挿入することにより読者の理解を深めていただくことを目指し，実務上での応用へのつながりを明確にすること．
　(3)大綱化後の新カリキュラムの内容をベースに「平成19年度国家試験出題基準」を念頭においた編集とすること．
　よって本講座は，これまでの教科書とは一線を画した理想を掲げており，医療系教育課程用教科書の歴史に新たな1ページを刻む意気込みにて，執筆者・編集者ともども取り組んだ次第である．
　医療現場において臨床工学技士に求められている必須な資質を育むための本教科書シリーズの意義を十分にお汲み取りいただき，本講座によって教育された臨床工学技士が社会に大きく羽ばたき，医療の発展の一助として活躍されることを願ってやまない．
　本講座のさらなる充実のために，多くの方々からのご意見，ご叱正を賜れば幸甚です．
　2008年春
　日本臨床工学技士教育施設協議会　教科書検討委員会
　臨床工学講座　編集委員会

序
　本書は臨床工学技士に必要な知識としてのシステム工学および制御工学の基礎をまとめたものである．これらはいずれも，国家試験の項目ではあるが，過去の試験には極めて部分的な内容だけが出題されていたので，システムや制御は臨床工学技士にとってそれほど重要でないかのようにも思える．しかし，実際に取り扱われる各種の生命維持管理装置は，ほとんどがシステムとして動作している．また，これらの動作には電気的，機械的な制御が不可欠であり，システムや制御の概念を正確に理解しておくことが大切である．
　システムは非常に幅広い概念であり，単に機器の構成に留まらず，まとまりのある仕組みの全てに通用する．したがって，システム工学で展開される考え方は，生理学などで学ぶ体の仕組み，作業の段取り，様々な事象に対する理論的な考え方などに幅広く応用できる．制御工学についても同様に，単に医療機器の制御方法の理解に必要なだけでなく，多くの領域でその考え方を利用することができる．電気，電子回路でも制御は必須の技術であり，制御工学がわかれば，これらの理解も容易になるだろう．現実の物理現象は力と変位，電圧と電流，熱量と温度などがある．これらを数式モデルにすると，どれも同じような式で表すことができる．従って，一つの方法を理解できるといろいろな応用が可能である．また物理現象を理解すると，生体の調節系などにも同じ考え方が十分に適用できる．
　本書の執筆に当たっては，システム工学や制御工学が臨床工学技士の教育に必須であることを念頭に記述項目を整理した．技術マニュアルのような教科書の場合，学習内容がすぐに現場で役立つことが望ましい．しかし，本書では，過去に出題された問題などから国家試験に直接役に立つ項目だけを取り出して解説したのでは，教育としての観点から教科書としての実質的な価値が生まれないと考えた．システム工学や制御工学は比較的新しい学問であり，その研究や学習方法には様々なアプローチがある．本書では，これらに関係する多くの領域から，医療の幅広い領域で活動する臨床工学技士として理解しておくことが望ましい内容を中心に，基礎的な事項を整理して解説した．
　システム工学については臨床工学技士に必要と思われるシステムの考え方を中心に解説し，特に，システムの設計や評価につながる利用価値の高いと思われる内容を多く盛り込んだ．一部は，安全管理学などに含まれるシステム安全と重複する内容でもあるが，システムの本質を理解したうえで，改めて学習することは意味のあることであると考える．
　また，制御工学に関しても，網羅的な説明に加えて一般的な制御工学で常用されている関数についてもやや詳しく解説した．理論的な理解に必要な数学的記述などが含まれるので，部分的にはかなり高度な内容となっているが，全体としては初歩的な内容なので努力して学習を進めてもらいたい．特に，数式を暗記するのではなく，数式の意味を理解し，図やグラフの形でイメージできることが望ましい．
　本書はシステム工学と制御工学の二つの分野を完全に区分けして記述している．したがって，この教科書を2つの講義を対象として独立に使用することも可能である．本書を開いたら，まずそれぞれの項目を通読して概要を確認しておくとよいだろう．つぎに，記述されている内容が，臨床工学技士に望まれる具体的な活動とどのように関連するのかを具体的に思い浮かべてほしい．すべてが完全に理解できなくても，役に立つ内容が多く含まれていることを感じながら，日々の学習に役立てていただきたい．
　2012年12月
　嶋津秀昭
　堀内邦雄

　「臨床工学講座」の刊行にあたって
　序
第1章　システムとは何か
　1　システムとは
　2　システムを考える意義
　3　システムの定義
　4　システムの種類
第2章　システム工学の基本的な考え方
　1　システム工学の基礎
　2　システムの外部構造と内部構造
　3　システム要素とサブシステム
　4　システムと制御
第3章　システムの設計と評価
　1　システムの設計に先立って考慮すべき事項
　2　システム設計に必要となる計画手法
　　1　機能目標を段階的に構築して設計する手法
　　2　予測的な方法によって設計する手法
　　3　フィードバックを利用した設計手法
　　4　アイデアの発想法としてのブレインストーミング
　　5　ブレインストーミングの原則と手順
　3　最適な条件を探し出す方法
　　1　トレードオフ（trade-off）
　　2　線形計画法
　　3　動的計画法
　　4　スケジューリングの記述と最適化
　4　システムの評価
　　1　費用-効果分析
　　2　技術アセスメントと環境アセスメント
第4章　システムの信頼性と安全
　1　信頼性とは
　2　故障
　　1　初期故障
　　2　摩耗故障
　　3　偶発故障
　3　システムの信頼度
　　1　直列システムの信頼度
　　2　並列システム
　　3　少し複雑なシステムの信頼度
　　4　システムにおける冗長性
　4　故障と修理
　5　故障の解析
　　1　FTA：fault tree analysis（“故障の木”解析）
　　2　“故障の木”の作り方と“解析”の手順
　　3　FMEA：Failure Mode and Effects Analysis（潜在的故障モード影響解析）
　　4　FMEAワークシートの作成手順
　6　システムと人間
　7　医用電気システムとシステム安全
第5章　生体システム
　1　生体のシステム的理解
　2　生体システムの特徴
　3　生体システムの主要な構成要素と内部表現
　　1　循環器系
　　2　呼吸器系
　　3　消化吸収系
　　4　血液・体液系
　　5　腎臓・排泄系
　　6　内分泌系
　　7　生殖系
　　8　免疫系
　　9　神経系
　　10　筋骨格系
　4　生体システムにみられる要素間のつながり
第6章　制御とは
　1　いろいろな制御
　　1　制御とは
　　2　人の制御システム
　　3　自動制御
　2　シーケンス制御
　　1　制御系の構成
　　2　リレー，シーケンサなどを使用
　3　フィードバック制御
　4　フィードフォワ―ド制御
　5　プロセス制御
　6　ファジィー制御
　7　ロバスト制御
　8　最適制御
第7章　制御における関数の扱い
　1　制御系の関数による記述
　2　時間関数とラプラス変換
　　1　時間関数
　　2　ラプラス変換
　　3　時定数とは
第8章　制御系の記述と伝達関数
　1　ブロック線図
　　1　信号線
　　2　ブロック
　　3　加え合わせ点
　　4　引き出し点
　2　ブロック線図の等価変換
　　1　直列結合
　　2　並列結合
　　3　ブロックと引き出し点の交換
　　4　ブロックと加え合わせ点の交換
　　5　フィードバック結合
第9章　制御系の応答
　1　車のサスペンションの場合
　2　はかりに重りを乗せる場合
　3　フィードバック制御の応答と定常偏差
　4　PID制御とは
　5　PI制御
　6　PID制御
　7　周波数応答
　8　1次遅れ系の周波数応答
　9　2次遅れ系の周波数応答
第10章　医療における制御
　1　輸液ポンプ
　2　透析装置
　3　人工心臓
　付録　臨床工学技士国家試験出題基準（システム工学）
　　章末exerciseの解答

　索引

　Tips CONTENTS
　　第1章　システムとは何か
　　　「系」と「システム」
　　　身の回りのシステム
　　第3章　システムの設計と評価
　　　4時間の余裕があったとすると
　　　PERT法を利用する
　　　医療におけるクリティカル・パスとクリニカル・パス
　　　身近な，費用－効果分析例
　　第4章　システムの信頼性と安全
　　　スペースシャトルに5台のコンピュータを搭載
　　　冗長
　　　FTA，FMEAのソフトウェア
　　　JIS T 0601-1-1
　　　IEC
　　第7章　制御における関数の扱い
　　　水位変化の時間関数
　　　ラプラス変換とラプラス逆変換
　　第8章　制御系の記述と伝達関数
　　　畳み込み積分
　　第9章　制御系の応答
　　　デシベル
　　　ラプラス変換とフーリエ変換

著者所属/略歴 ※本書が刊行された当時のものです．現在とは異なる場合があります．

【著者略歴】
嶋津秀昭【しまづひであき】
　1974年　早稲田大学理工学部機械工学科卒業
　　　　　東京医科歯科大学医用器材研究所専攻生修了
　1975年　東京医科歯科大学医用器材研究所計測機器部門文部技官
　1980年　北海道大学応用電気研究所メディカルトランスデューサ部門助手
　1982年　杏林大学講師（医学部第2 生理学教室）
　1992年　杏林大学助教授（医学部第2生理学教室）
　1993年　杏林大学教授（保健学部生理学教室）
　2006年　杏林大学教授（保健学部臨床工学科生理学・生体工学研究室）
　　　　　現在に至る　医学博士
堀内邦雄【ほりうちくにお】
　1981年　長野工業高等専門学校機械工学科卒業
　1983年　電気通信大学電気通信学部機械工学科卒業
　2000年　日本大学大学院理工学研究科博士後期課程
　　　　　医療・福祉工学専攻修了　博士（工学）
　1983年　テルモ株式会社入社
　2006年　工学院大学グローバルエンジニアリング学部機械創造工学科助教授
　2007年　同　准教授
　　　　　現在に至る

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