私は仙台市の出身です。子供の頃は、北仙台に住んでいました。昔は田んぼや森ばっかりでしたが、今はもう全部なくなって、住宅地になってしまいました。中学・高校と地元の学校に通って、東北大学の工学部・精密工学科に入学しました。精密工学科は、戦前は航空工学科だったのですが、敗戦と同時に GHQ が航空機の研究は駄目っていうことで、名前を変えて精密工学科になったのです。その他に機械工学科と機械工学第二学科のあわせて三つの学科がありました。1990年には改組され、現在では５専攻体制になりました。

私は2003年に工学部の教授になりました。2014年に医工学研究科に異動することになったのですが、そのきっかけとなったのは歯学部の佐々木啓一先生との共同研究です。東北大学の教授には高校の同級生が何人かいて、彼もその一人です。飲み会の時に自分の研究テーマについて話題にすることがあって、そこから歯の表面にハイドロキシアパタイトをコーティングする技法の開発のアイデアが生まれました。その技法は、元々はセラミックスのコーティング技術の一つとして開発したものです。セラミックスのコーティングは、通常、真空中しかも高温で行うのが一般的だったんですが、我々が開発した技法では大気圧環境下かつ室温で成膜することできるんです。その全く新しい粒子噴射加工技術について話していたら、歯科治療に使えるんじゃないかってことになって、共同研究を始めることになりました。

I was born in Sendai. When I was a child, I lived in Kita-Sendai. There were only rice fields and forests in the past, but now they have all disappeared and become a residential area. I went to local schools in junior and senior high school, and then entered the Department of Precision Engineering, School of Engineering at Tohoku University. The department was originally the Department of Aeronautical Engineering before WWII, but after the war, the GHQ prohibited the research on aircraft, so the department was renamed Precision Engineering. There were two other departments, the Department of Mechanical Engineering and the Department of Mechanical Engineering II. In 1990, however, those were reorganized to have five departments,

I became a professor at the School of Engineering in 2003, and in 2014 I was transferred to the Graduate School of Biomedical Engineering. My transfer was triggered by a collaboration with Professor Keiichi Sasaki of the School of Dentistry. He is one of the professors who were my high school classmates at Tohoku University. We sometimes talked about our research topics at a party, and this gave me the idea to develop a device for coating the surface of teeth with hydroxyapatite. The technique was initially developed as one of the coating techniques for ceramics. Generally, the coating of ceramics is done in a vacuum at high temperatures, but our approach makes it possible to form a film at room temperature in an atmospheric pressure environment. When we were talking about this entirely new blasting technology, we reached the idea in which it could be used in dentistry, so we started a collaboration.

砂などの微粒子を吹き付けて物の表面を加工する技術をブラストといいますが、私は1990年ぐらいからブラストの研究を始めていました。ブラスト自体は結構昔から研究されていて、もう新しいテーマはないんじゃないかって言われましたし、3Kの代表的なもので、埃は出るし汚いし、機械が工場の中に置いてもらえなくて屋外に置かれたり、そういう技術だったんです。でも、ブラストは粒子の運動エネルギーを脆性破壊（ぜいせいはかい）に変換するプロセスなので、非常に効率の良い除去加工ができるんですよ。ただ、粒子噴射の制御を正確にできていなかったことと、粒子を当てる部分を局在化できないという問題点がありました。それらを改善するような装置の開発から始めて、日本の企業の方からそれを応用可能なアプリケーションの相談が来たので、研究開発を一緒にやりました。インクジェットプリンターのインクの代わりに粒子を吹き付けて表面加工できる装置を作って、アブレシブジェットプリンターと名付けました。

一方で、内視鏡なんかに使う非常に小さな非球面レンズの研磨方法の開発も別の企業と一緒にやってました。直径が１ミリ以下のマイクロレンズの研磨は、小さすぎて職人さんが人の手でやることができないので、結構大変なんです。それで、ブラスト技術を応用して、非常に小さなアルミナノ粒子をガラスに噴射して表面をなめらかに研磨する研究を始めました。学生にその研磨する実験テーマ与えて、やってもらったんですが、本来なら厚みが減るはずのものが逆に増えるという結果が出てきて、とても驚きました。結論としては、ガラスに噴射した粒子がガラス表面にくっついて、最初に期待してたような除去（研磨）ではなくて、付着になってたんですね。これは面白いって事で、研究テーマを変更して付着加工技術の開発にしちゃったんです。それを使って、セラミックスを成膜する研究をやってたんですけど、歯学部の佐々木先生と飲んでるときに、そういう話題が出て、世はセラミックスなんだよねって話から、セラミックスと歯の主成分であるハイドロキシアパタイトは似てるよねってなって。セラミックスの代わりにハイドロキシアパタイトでも吹き付けられるよねって言ったら、それ治療に使えないかな、ってことで、歯学部からの学生に来てもらって共同研究をはじめました。

歯科治療では、削って埋めての繰り返しなんですね。そこにハイドロキシアパタイト付着現象を使った新しい治療法の可能性が開けたわけです。臨床試験は知覚過敏治療でやっていて、患部にハイドロキシアパタイトを吹き付けると一瞬で直りました。さらに、歯のホワイトニングにも適用できます。歳を取ると歯の色が黄色くなって来ますよね。それを白くすると若々しく見える。これは高齢化対応技術になると思います。さらには、歯周病の治療にも使えると考えていて、ハイドロキシアパタイトの中に抗菌性のある成分を入れたものも開発して、中長期的に歯周病の予防ができるんじゃないかと考えています。

Blasting is a technique for processing the surface of an object by spraying fine particles of sand or other materials onto it. I started research on the blasting in about 1990. Blasting has been researched for a long time, and it was said that there was no longer a new theme for it, and it was a typical 3D (Difficult, Dirty, and Dangerous work). It was dusty and dirty, and the equipment should be placed outdoors because they couldn’t be placed in a factory. But blasting is a process that converts the kinetic energy of the particles into the brittle fracture, so it’s a very efficient removal process. However, there were two problems with precise control of the particle injection and focusing on the target. We started by developing a device to improve these problems, and when a Japanese company approached us about an application for the device, we did research and development with them. We created a device that could process surfaces by spraying particles instead of ink on an inkjet printer and called it the Abrasive Jet Printer.

On the other hand, we were also working with another company to develop a method for polishing small aspherical lenses used in endoscopes. Polishing microlenses less than 1 mm in diameter is quite tricky because they are too small to do by hand. So, we started researching the application of blasting technology to smooth the surface by spraying tiny aluminum particles onto the glass. I gave a student the research project to polish the aspherical lenses by blasting. When he tried it, we were surprised to find that thickness was increased rather than reduced. The conclusion was that the particles sprayed on the glass stuck to the surface instead of removing (polishing) the glass as we had initially been expected. We were excited and interested, so we changed the research theme to the development of adhesive processing technology. When I was having drinks with Professor Sasaki of the School of Dentistry, the topic came up, and we talked about how ceramics is the material at the height of its prosperity. We agreed that ceramics and hydroxyapatite, the main component of teeth, are similar. I suggested that we could spray hydroxyapatite instead of ceramics, and he wondered if it could use for the treatment, so we asked a student from the School of Dentistry to come and start collaboration.

Dental treatment typically repeats grind and bury the tooth. Our collaboration opened up the possibility of a new treatment method using the phenomenon of hydroxyapatite adhesion. The clinical trial was done to treat hypersensitivity, and when hydroxyapatite was sprayed on the affected area, it was cured immediately. Furthermore, it can also be applied to teeth whitening. As you get older, your teeth start to turn yellow. Whitening them makes them look younger. This will be a technology for the aging population. Furthermore, it can also be used to treat periodontal disease, and we have also developed a product that contains antibacterial ingredients in hydroxyapatite.

工学系の研究は、最終的に製品として世に出すことが目的ですので、ユーザーとしての医学系の先生方との共同開発が絶対必要です。彼らの要求を満たすようなものを開発しなければいけません。現在の状況では、医療従事者の声が、工学系サイドにはなかなか聞こえてこないかもしれませんね。幸運にも私には医学系の同級生いたので、色々情報入ってきましたが、お互い同じ場でディスカッションするっていう機会が必要だと思います。工学系の研究者に、医療従事者が何を言っているか理解できるぐらいの知識があれば、現場のニーズを引き出せると思います。もしもっと深い知識が必要であれば、その時に、そこだけ勉強すればいいし、最初から全部知っておく必要はないと思います。逆に、医療従事者にも機械系のだいたいの用語だけ知っておいてもらえればいいですね。話す言葉を全くお互い知らなかったら、文字通り話になりませんよね。工学系の研究者に必要な視点は、なにか新しいものを発見・発明するだけではなくて、それがどのようなアプリケーションに応用できるのか、だと思います。さらにもっと重要なのは、それが商業ベースにのるのかってところまで気にしないといけません。せっかく開発しても、誰にも使ってもらえなないなら意味がありませんから。

Since the goal of engineering research is to bring a product to the world, it is necessary to collaborate with medical professionals as users. We have to develop something that meets their requirements. In the current situation, the needs of medical professionals may not easily reach the engineering side. Fortunately, I had a classmate in the medical field, so I was able to get a lot of information, but we need to have an opportunity to discuss it with each other in the same place. If engineers have enough knowledge to understand what medical professionals are talking about, they will be able to pull out the field’s needs. If more in-depth knowledge is needed, then that’s all we need to learn, and we don’t need to know everything from the beginning.

On the other hand, it would be good if the medical professionals also know only the general terms in engineering. If we don’t know each other’s language at all, we literally can’t talk to each other. Engineering researchers need to discover and invent something new and find what applications it can be applied. More importantly, you have to be conscious of whether it will be commercially viable. It’s useless if no one will use it, no matter how hard you work on it.

医工連携では、現場レベルの情報交流が必須だと思います。ただ、医療従事者は忙しいですからね。工学サイドとしては現場のニーズを知りたいし、バイオデザインなんかは、ニーズの調査が一つの目的なんですけど、現場レベルでのブレインストーミングが絶対必要ですよ。ブレインストーミングでは、人の話をそのまま障壁なしに聞くっていうのが大前提じゃないですか。そういう環境で面白いものが生まれる。セラミックスのコーティング技術からハイドロキシアパタイト歯科治療への応用なんて、何でもない会話がきっかけとなってアイデアが浮かんできたんです。ベンチャービジネス論などの方法論も大事ですが、本当の意味での実践教育では、やっぱり現場主義が必須だと思います。

私の研究室では、最終的な製品まで開発できるような人材、あるいは企画できるような人材を育成したいと思っています。別に医工学だけじゃなくて、どの分野でもそうですよね。一番重要なことは、問題は何かを把握して、それに対してどういう風にアプローチしたらいいのか、解決方法を見つけ出すことです。あと大事なのは、コストと時間の感覚を磨くことです。今やった方がいいのか、それとも数年後にやった方がいいのか、自分の中で計画を立てる能力が必要です。技術的に優れているけど、早すぎても使ってもらえないし、遅すぎてもだめですし。問題意識をもって研究テーマを見つけることと、それに対してアプローチの方策を考えられる人材が求められていると思います。

In medical-engineering cooperation, it’s essential to exchange information at the practical level. However, medical professionals are busy. On the engineering side, we want to know the needs of the field, and one of the purposes of the BioDesign program is to investigate the needs. Brainstorming at the practical level is necessary. The basic concept of the brainstorming process is to listen to what people have to say without barriers. In such an environment, exciting ideas are born. An idea for applying ceramic coating technology to hydroxyapatite treatment came to me through a conversation with my friend. Methodologies such as venture business theory are essential, but a hands-on approach is critical in proper practical education.

In my laboratory, we want to train people to develop or plan products up to the final product. It’s not just in medical engineering but in any field. The most important thing is how to figure out how to approach it and how to solve it. The other important thing is to develop a good sense of cost and time. You need to plan in your mind whether it’s better to do it now or in a few years. Right technology needs to be used at suitable timing, neither too early nor too late. We need people who are aware of the finding research problems and their solutions.

私は横浜の出身です。5歳まで東京の目白で暮らし、その後横浜に引っ越し、途中大阪で過ごした時期もあります。横浜から東京の私立高校に通って、慶應義塾大学の医学部に入って医者になりました。大学の三年生から東京に下宿し、卒業後は静岡、愛知などの病院に勤務しました。東海大学の講師になった時に実家の近くに引っ越し、その後家を購入しました。なので、今は単身赴任しています。東北大学には、2002年に教授として着任しました。いまは大分違うと思いますが、当時は、リハビリテーション医学は新しい学問だったんですね。日本では、慶應義塾大学の医学部がリハビリテーション医学の研究教育に中心的な役割を果たしていて、それで教授選考の候補者になることができたのだと思います。

医工学研究科は2008年に開設されましたが、その際、当時の医学系研究科副研究科長から私に打診が来ました。医工学研究科の創設について、当時の東北大学総長が不退転の決意で臨むと書かれていて、総長がそこまで言うなら協力しようと思いました。実は、日本の医工学教育を充実・発展させる必要があることを、日本学術会議が1975年に勧告として出してるんですよね。これを絵に描いた餅ではなくて、東北大学が研究科として具現化したのは、振り返ってみるとすごいことだと思います。

I grew up in Yokohama, Japan. I lived in Mejiro, Tokyo until I was five years old. Then I moved to Yokohama and spent some time in Osaka on the way. From Yokohama, I attended a private high school in Tokyo and entered medical school at Keio University and became a doctor. I moved to Tokyo in my third year of college and after graduation, I worked in hospitals in Shizuoka, Aichi, and other cities. When I became a lecturer at Tokai University, I moved to a house near my parents’ house and later bought a house. So I am now living on my own. I joined Tohoku University as a professor in 2002. I think it’s quite different now, but at that time, rehabilitation medicine was a new discipline. In Japan, the School of Medicine at Keio University played a central role in research and education in rehabilitation medicine, and I think that is why I was able to be selected as a candidate for the professorship.

When the Graduate School of Biomedical Engineering was established in 2008, the then Vice Dean of the Graduate School of Medicine approached me about establishing the school of Biomedical Engineering. At the time, the President of Tohoku University wrote that he was unwavering in his determination to establish the Graduate School of Biomedical Engineering, and I thought I would cooperate with him if he insisted. Actually, the Science Council of Japan published a recommendation in 1975 that Japan’s medical engineering education needed to be enhanced and developed. Looking back, I think it’s great that Tohoku University embodied this as a graduate school, rather than just a pie in the sky.

医工学研究科が設立されて10年とちょっとたちますけど、医工連携の教育は大分進んできたとは思います。大学院としては日本で最初の独立した研究科でしたので、最初の教育カリキュラムを作るときは大変でした。学生の比率は工学系の学生の方が圧倒的に多いので、彼らにどのように医学系の知識を講義したら良いのか、何度も検討しました。今も続いてますけど、月に1回、第1月曜日の朝7時半から星陵キャンパスに医学系教員が集まって、教育方策について議論しています。医学系の講義においては、分子から細胞、臓器、個体レベルにという風に、系統だった教育をできるようにカリキュラムを整えました。 一方で、医学系の学生の比率が少ないので、医学系出身学生に対する工学系の教育について、まだ十分フォローできていないように感じます。

私が担当する人体構造機能学では、機能と構造のトレードオフを理解できるかということをポイントとしています。人体には、機能を発揮するための構造が備わっていて、この両者の関係を正しく理解してほしい。それが破綻した状態が病気ですからね。例えば、人は誤嚥することがありますが、動物は誤嚥しにくいんですよ。人では喉頭が下がって咽頭が広くなっています。そのために言葉が話せるようになったのですが、逆に、そのせいで誤嚥が起こりやすくなってしまいました。このように、トレードオフの理解は病気の理解につながるんです。医学系の知識には覚える必要のあることが膨大にありますが、知識の詰め込みということに関しては、どだい無理な話だと思っています。医学部の教育で6年間かけて学ぶことを、大学院の半年間で行うことが、そもそも無謀です。ただ、医療従事者とのコミュニケーションができる程度の知識が得られるようにしています。学生さんに一つだけ理解してほしいのは、医工学は患者さんのためにあるんだということを自覚してほしいと思います。単に面白いからだけでは十分でなくて、私たちは患者さんのために研究・教育をやってるんだと。 自分の研究は心臓だけだから、心臓のことだけ知っていればいいというのではなくて、人体全体としてとらえて、患者さんが心を持って生きている人であることを理解して、医工学を学んでほしいと思います。

It has been about 10 years since the Graduate School of Biomedical Engineering was established, and I think that education in medical-engineering collaboration has come a long way. It was the first independent graduate school in Japan, so it was very difficult to create an educational curriculum for the first time. We had an overwhelmingly large proportion of engineering students, so we had to consider many times how we could teach them medical knowledge. Once a month, on the first Monday morning at 7:30 a.m., the medical faculty meet on the Seiryo Campus to discuss educational strategies. For medical lectures, we have prepared a curriculum that allows for systematic education from the molecular to the cellular, organ, and individual levels. On the other hand, since the percentage of medical students is small, I feel that engineering education for students with a medical background is not yet sufficient.

In my course, Human Structure and Function, the key point is to understand the trade-off between function and structure. The human body has a structure that allows it to function, and I want students to correctly understand the relationship between the two. When that is broken down, it’s a disease. For example, people can have pulmonary aspiration, but animals are less likely to have pulmonary aspiration. In humans, the larynx is lowered and wider. This has allowed us to speak, but on the other hand, it has made us more prone to pulmonary aspiration. Thus, understanding the trade-offs leads to understanding the disease. There is a huge amount of medical knowledge that needs to be memorized, but I don’t think it’s possible to cover all of it. It’s foolhardy, to begin with, to learn in six months of graduate school what it takes six years to learn in medical school. However, we try to make sure that students know enough to communicate with medical professionals. One thing I want students to understand is that I want them to realize that medical engineering is for the benefit of patients. It is not enough to just be interesting; we are doing research and education for the benefit of patients. I don’t think it’s enough to know only about the heart because their research is limited to the heart, but I want them to take the human body as a whole and study medical engineering with the understanding that patients are living people with souls.

いま取り組んでいるのは、身体性の回復です。身体性を英語でEmbodimentと言いますが、事故で身体の一部を失ったり、麻痺で手足が動かなくなったりした場合、患者の身体性が損なわれたことになります。例えば、義足を最初に付けたときには、自分の体の一部とはとても感じられない。でもリハビリテーションの訓練をしていくと、義足が自分の体のような感じになってくる。麻痺の場合も同じです。そのように、回復の原理の中の一つのモデルとして、身体性があります。腰をすえて、ここ５・６年研究をやってきて、義肢や麻痺した四肢を自分の体であると認識を変換する技術が難しいと知りました。物理的に刺激して、麻痺した手足が動くようになるという研究も行いますけれど、そもそも、身体性の回復の原理は何なのかを明らかにしたいと思っています。障害されている体の一部に対する認識が、どのように頭の中で構成されているのか。さらに、そこから回復して、義肢を自分の体のように動かせるという感じはどういうことなのかも知りたいと思っています。

歩行が困難な患者さんについて、下肢の装具にちょっとした工夫を加えることで歩きやすくなるデバイスを作ったりもしました。正確な動きを理解するためには、表に現れた現象だけを見るのではなくて、どういうメカニズムで歩行が行われているのかを知る必要があります。患者さんに何が足りなくて今このような状態になっているのか。何かが異常となって現在の状態になっているのですが、それを一つの適応のプロセスをとらえると。正常に近づけることを目的とするのではなく、いまの環境の中でうまく歩くように適応させるにはどうすればいいかという発想で作ったからできたのだと思います。正常な動きに再現しようという発想では絶対できませんでした。

もう一つは、話題がちょっと飛ぶように見えますけど、コーチングとコミュニケーションについて研究しています。リハビリテーションにおいて、人と人との関わりはとても大事です。患者さんの動機付けや目標に、患者さん自身がちゃんと気づくことができるかどうかで、リハビリの結果が大きく変わってくる場合があります。また、コーチングを組織の中に取り入れると、コーチングができる上司のいる所は組織の活性度も上がりますし、患者安全の文化も向上します。コーチングという対話型コミュニケーションがどのように気づきを生むのかはもう一つの研究テーマです。お互いに理解できたときに、呼吸があってくるというか、共感し合う二人の人間の間で脳や意識がどんなふうにシンクロしているのか、とても不思議ですよね。これが、サイエンスとして、いま形になりつつあると思います。

What we are working on now is the restoration of embodiment. When a patient loses a part of his or her body in an accident or loses a limb due to paralysis, the patient’s embodiment has been compromised. For example, when you first put on a prosthetic leg, it doesn’t feel very much like a part of your body. But as you go through the rehabilitation training, the prosthesis starts to feel like your body. The same is true in the case of paralysis. As such, one model in the principle of recovery is embodiment. I have been doing research at great length for the last five or six years, and I have learned that it is difficult for patients to convert their perceptions of a prosthetic limb or paralyzed limb to be their own body. I have done some research on physically stimulating a paralyzed limb to move, but I would like to clarify the principle of embodiment recovery in the first place. How is the perception of the disabled body part organized in the mind? Additionally, I want to know what it feels like for a patient to recover from it and be able to move the prosthetic limb as if it were their own body.

For patients who have difficulty walking, we have made devices that make it easier for them to walk by adding small modifications to their lower limb braces. In order to understand the exact movement, it is necessary to understand the mechanism of gait, not only to see the phenomenon on the surface.　What is missing in the patient and what is causing this condition now? Something has become abnormal that has led to the current condition, but we looked at it as one adaptation process. I think we were able to create this system, not because our goal was to bring the patient’s movements closer to normal, but because we were thinking about how to adapt the patient to walk well in the current environment.  We couldn’t have done it with the idea of trying to reproduce normal movement.

The other thing is that this may seem a bit off-topic, but I’m researching coaching and communication. Human interaction is very important in rehabilitation. Whether or not the patients themselves are properly aware of their motivations and goals can make a big difference in the outcome of their rehabilitation. Also, when coaching is incorporated into an organization, where there is a supervisor who can coach, the organization is more active and the culture of patient safety is improved. How the interactive communication of coaching creates awareness is another research topic. It’s very strange how our brains and consciousness synchronize with each other when we understand each other, or how our brains and consciousness synchronize with each other when we empathize with each other. I think this is starting to take shape as a science.

The other thing is that this may seem a bit off-topic, but I’m researching coaching and communication. Human interaction is very important in rehabilitation. It is important that the patients themselves are aware of their motivation and goals. This can make a big difference in the outcome of the rehabilitation.  Also, when coaching is incorporated into an organization, where there is a supervisor who can coach, the organization is more active and the culture of patient safety is improved.　Another research topic is how the interactive communication of coaching creates awareness. It’s very strange how our brains and consciousness synchronize with each other when we understand each other, or how our brains and consciousness synchronize with each other when we empathize with each other, isn’t it? This is beginning to take shape as a science.