物性工学
第 30 回
30-1 ①

解答と解説に構築された血管系の不備により、冷却効果が正常組織より弱いことに由来する。熱に2016

よる組織の凝固は、タンパク質の変性に因る。特に、電気メスでは凝固因子の熱凝固に

平成 29 年度②

より止血作用が発揮される。

30-6 ①

脈波伝搬速度は、血管壁が硬くなるほど、厚くなるほど大きくなる。また、血液密度が拡散による分離は、透析とよばれる。腎臓の糸球体において原尿が生成されるメカニズ

高くなるほど、血管径が大きくなるほど小さくなる。立位における血圧は、測定しよう

ムは、糸球体の毛細血管を濾過膜とした濾過である。濾過を行うには圧力差が必要であとする部位の血管の位置が心臓より高い場合、重力による血管内の静水圧の圧差だけ血り、糸球体毛細血管の血圧は他の毛細血管よりも高く、約 60mmHg である。ボーマン嚢内

圧は低くなる。逆に、低い場合には、血管内の静水圧の圧差だけ高くなる。心臓の高さ

圧((15mmHg)と膠質浸透圧(25mHg)でり、濾過を行うには、40mmhg 以上の圧力が必要となで測定できない場合には、心臓の高さから１cm 上下するごとに、0.7mmHg 加減すれば、るためである。

比較的正確な値が得られることになる。

30-7 ②30-2 ③

電波や音波など波動の波源（アンテナやスピーカーなど）が放射するエネルギーが方向

音速[m/s] = 振動数[Hz]×波長[m]によって異なるとき，指向性があるといい，どの方向にも一様にエネルギーを放射する

図から、この音波の周期（1 サイクルにかかる時間）は 1[ms]であることが判る。次に、ときは指向性がないという。その指向性は、波の主として送受波器の寸法と波の波長と1 秒間に何サイクルあるかを表す周波数（振動数）を求めると、1000[Hz]となる。空気中の関係で決まる。超音波の指向性が高い理由は、波長が小さいからである。軟組織中の(25℃)における音速を 340[m]とすると、波長は

音速は、水とほぼ同じで、空気中の約５倍程度。骨は個体であり、音速は軟組織の３倍30-3 ③0.34[m]、つまり 34[cm]となる。

④

程度。音響インピーダンス＝密度×音速。肺は空気が多く、組織中最も小さい。

各分散の周波数とその理由は以下の通り。

30-8 ③

α分散：1 KHz 以下、イオン運動が磁場の変化に追従困難、β分散：数十 kHz～数十 MHZ、

ヘモグロビンに２価の鉄は磁性体であるため、磁性体となる。心磁図は心臓に流れる電細胞の不均一構造、γ分散：20GHz、水の特性・・双極子の動きが追従不能

流によって発生する磁気を測定したものである。都市の磁気雑音は 10-7～10-6T である。

30-4 ③

一方、生体が発生する最も大きな磁気は心臓による 10-1110-11T である。交流磁界は交応力＝ヤング率×ひずみであり、変形しにくいものの方がヤング率は大きい。筋組織

流電界を発生させる。高周波になるほど吸収と表皮効果により、透過深度が減少する。

の力学特性は異方性が有り、直角方向の方が走行方向よりもヤング率が大きい。筋細胞

30-9 ③の周囲に存在する結合組織（コラーゲン）がその強さをになっている。体積弾性率は体血液の可視光領域での吸収は、血漿に含まれるタンパク質などの成分と赤血球のヘモグ積の変化に関する指標で有り、ヤング率は、一次元方向の変形に関する指標である。生ロビンに因るものであるが、ヘモグロビンによる吸収が圧倒的に大きい。その吸収極大

体軟組織の 70%程度は液体の水であり、組織を構成する有機成分も圧縮しにくいため、体は酸素結合型では 415、540、575nm であり、酸素非結合型で,430 と 555nm であり、緑色

積弾性率は大きくなる。円周方向とは、管をぐるりと一周する方向でり、要するに血管領域を最も強く吸収する。血液は赤色であるのは、緑が吸収され、その補色（余色）が径の増加を示す指標となる。最も変形しやすい上行大動脈では 2.5 倍程度の伸長するこ赤色だからである。青(430～440nm)と赤(620～700nm)を比較した場合、青色領域の光をとができる。

より強く吸収する。

30-5 ⑤各種免疫細胞の機能は、41.5℃において最大となる。がん細胞は正常組織に比べて温度感受性が高いものが多いが、患部を 43℃に加温する温熱療法の治療効果は、がん組織内

第 29 回 平成 28 年度
29-1 ①

反射係数

Ｓ

＝

（Ｚ１－Ｚ２）／（Ｚ１＋Ｚ２）
Ｚ１，

この式に代入し、パーセントであるから 100 倍して解を得る。

29-2

熱伝導率の単位は、[J/（cm・s・℃）]である

Ｚ２：固有音響インピーダンス③

第 28 回 平成 27 年度
28-1 ② ③組織、器官の放射線感受性は、教科書の表 9.4 に示してある。細胞増殖を行っている組

α分散はイオンの動きは電界の変化に追随できなくなることにより生じる。

織は、感受性が高い。最も低いのが、脳で、骨皮骨も低い。

骨格筋は細長い細胞であり、細胞の並んだ方向とそうの垂直の方向では、イオンの流れ

29-3

方が異なるため異方性が高い。髄鞘は脂質を主成分とし、導電性は低い。電気コードの③

生体の光特性について誤っているのはどれか。

被覆材と同じく漏電を防ぐ働きをしている。

1UVC は波長が 180～280nm で、致死的作用。波長が短いので真皮までは届かない。UVB

28-2

は、280～320nm で、タンパク質や DN に少し吸収され、炎症を伴う日焼け（サンバーン）

α線はヘリウムイオンであり質量が最も大きい。そのため放射線荷重係数が 20 であり、を起こす。真皮までは到達する。UVA は 320～400nm で、タンパク質や DNA には吸収され最も大きい。つまり、同じ線量が吸収された場合、影響が最も大きい。

ない。しかし、色素細胞等には吸収され、炎症を伴わないサンバーンを起こす。メラニ

28-3

ンは可視光よりも紫外線の吸収が大きく、5 ヘモグロビンは赤外線よりも可視光の吸収が水の比熱は大きいため、水を多く含む組織の比熱は大きい。脂肪組織の比熱は筋組織の大きい。

比熱の１／３．５程度となる。

29-4

28-4

⑤

②

①

④

各項目の事項は、全て酸素運搬量に関わるといえるが、「特定の末梢組織への酸素運搬量

熱伝導率は、単位長さの両端に 1℃の温度差がある時、単位面積および単位時間当たりのの最も影響を与えるもの」であるから、⑤の当該組織の血流量となる。

移動熱量であるから、温度差、時間、面積をかけ、厚さで割った値が通過した熱量とな

29-5

る。

⑤

β分散は、数十 kHz ～ 数十 MHz の周波数域で生じる分散現象である。細胞膜を変位電流28-5が流れ始めることにより生じる。20GHz 付近での分散はγ分散とよばれ、水のと特性に帰血液の赤色は、ヘモグロビンによる光吸収による。その吸収波長は酸素結合型では、540nm

因する。

と 575nm に吸収極大をもち、酸素非結合型では 555nm に吸収極大を持っている。

29-6

UVc は波長が短い紫外線であり、角質層で散乱・吸収されてしまい、真皮までは届かない。

①

②

③

ヤング率が大きいとは、一定のひずみを生じさせるためには、大きな応力が必要という

メラニンは皮膚を紫外線から守るために合成される物質である。可視光も吸収するが、ことを意味している

紫外線の吸収能に優れている。水は波長が 1400nm 以上の赤外線をよく吸収する。

29-7

④

⑤

生体物質の多くは非磁性体であり、透磁率は真空中とほぼ等しい。脳が発生する磁気は、脳活動における電流により発生している。心筋の活動による磁界は 10-11～10-10[T]でり、都市の磁気雑音はは 10-7～10-6[T]である。

29-8

①

②

⑤

第 27 回 平成 26 年度
27-1④
赤外線は波長が 700nm～1mm の範囲の電磁波である。そのエンエルギ－は、分子等の振動・
回転エネルギーに対応し、物質に吸収されやすい。水では、1400nm 以上の赤外線を強く体表面から熱放射する電磁波は遠赤外光である。温度差の４乗に比例するのは、体表面吸収する。反対に 1400nm 以下の赤外線は吸収しないため、パルスオキシメーターでは、からの遠赤外線という電磁波による熱放射である。

660nm の可視光と 940nm の波長が用いられている。

27-2

③

26-2

④

⑤

脈波とは心臓によりつくられた圧力変動の移動速度、つまり脈が伝わる速度。血管壁が音速＝（体積弾性率／密度）1/2 であり、気体‹液体‹固体である。組織中の音速は、異お

硬く、厚いほど大きくなり、血液密度が高く、血管壁が大きいほど小さい。

一般組織‹骨となる。肺は、空気が多いため音速は小さい。一般組織中の音速は、水中の27-3値に近い。減衰は周波数に依存し、水などの減衰定数は周波数の２乗に比例して増加す④

物理的な熱伝搬は、伝導、輻射（赤外線放射）と対流であるが、生体組織内で発生したる。生体組織の場合、１乗つまり周波数に比例して増加する。

熱は、伝導と循環血液によって伝搬される。循環血液による移動が支配的であり、９９％26-3程度をになっている。

水を多く含む組織の比熱は水の比熱に近い。脂肪組織と骨組織は、比熱が小さく、一般

27-4

組織の１／３．５①⑤

音速は媒質の体積弾性率と密度の比の平方根の値となる。気体‹液体‹固体となる。頭蓋26-4骨の音速は、血液の３倍弱、肺の６倍弱程度である。教科書 p.45 表 4.3。

糸球体で血液の濾過により作られた原尿より、有効成分の再吸収が尿細管で行われる。

27-5

Na はナトリウムポンプの働きにより能動的に吸収される。グルコースの消化管腔から細④①程度である。熱伝導率の低い。

②

吸収係数は、減衰定数ともよばれ、超音波の減衰に関わる因子であり、1MHz 当たり 1cm

胞内への吸収は、ナトリウムイオン－グルコース共輸送胆体によって能動的に行われる。

進むごとに減衰する割合を示している。超音波の減衰は周波数に依存し、水では周波数

尿細管におけるグルコースの再吸収も同様のメカニズムで行われる。

の２乗に比例して増加する。生体組織の場合、１乗、すなわち周波数に比例する。各組

26-5

織間においては、血液‹軟組織‹頭蓋骨‹肺となる。

生体組織は磁性物質が少ないため、非磁性体として取り扱うことができる。そのため、

27-6

生体の電気的特性は、導電率と誘電率で把握することができた。なお、生体組織におけ②④

放射線の影響の受け方、すなわち放射線感受性は細胞によって異なっている。細胞分裂

る磁性物質は、酸素分子や鉄イオン等であるが、強度も低く、量も少ない。

を行っている細胞ほど感受性が高い。造血組織、リンパ組織、生殖組織、小腸上皮組織

26-6などの細胞は感受性が高い。一方、脳などの神経組織は最も感受性が低い。

照射線量：γ線や x 線をどれほど与えたかの尺度。単位は、C/Kg。線量当量：X 線１Gy

27-7によって引き起こされる生物的損傷と同じ損傷をもたらす線量。単位、シーベルト

①

⑤

②

Na イオンが細胞内部に流入するにより始まり、Na チャネルが閉じ、ポンプの働きにより吸収線量：物質 1Kg 当たり吸収される 1J のエネルギー量、単位、グレイ。

元の膜電位状態にもどる一連の活動は 1m 秒程度で終了する。γ分散は 20GHz 付近の周波

透過線量：このような用語、単位はない。放射能：放射線を出す能力の尺度。単位はベ数において見られる分散現象で、水の特性に起因する。双極子分子である水の運動が電クレルであり、１秒間に崩壊する原子の数を表す。

界の変化に追随できなくなるために生じる。

26-7

②

レーザメスによる止血効果は、熱による作用である。つまり、光を集束することによる第 26 回 平成 25 年度
26-1③

作用である。レーザの干渉は、干渉計として表面形状の測定や長さ測定に用いられる。

細胞膜はイオンの通過はできず、いわばコンデンサーとして働く。そのため直流や低周

第 25 回 平成 24 年度
25-1④

波数電流は細胞外液にのみ流れるため、導電率は低い。周波数が高くなると、細胞膜のインピーダンスが減少し、変位電流が流れるため、導電率が上がる。

であり、脂質を主成分とし、電気抵抗が高く軸索を周囲から絶縁している。髄鞘は、ま第 24 回 平成 23 年度
24-1⑤

た、厚い被覆であるため電気容量も少ない。

神経や筋細胞などの興奮性細胞に通電した場合、興奮の閾値を超えるための最小電流を

25-2

基電流（レオベース）といい、レオベールの２倍の電流を流したときの興奮に至る最短膜が露出している部分は、ランヴィエの絞輪という。髄鞘は軸索を被覆する部分の名称③

応力の単位は、N· m ＝Pa である。

通電時間はクロナキシーという。

25-3

24-2

③

ヘリカル CT は、Ｘ線を用いたコンピューター断層撮影法における一般的手法である。連続回転する線源の中で、寝台を一定速度で動かし続けながら行う撮影するため、患者から見ると線源がらせん状に動くことになる。そのためヘルカルと名付けている。Ｘ線は１pm から 10nm 程度の電磁波であるため、＊印の周波数帯である。なお、ハイパーサイミ
アでは、ラジオ波とマイクロ波領域の電磁波を用いる。MRI は強い静磁場環境においてラジオ波領域の電磁波を用いている。

25-4

③

④

合、光の透過率は一定とはならない。赤血球に含まれるヘモグロビンは、デオキシヘモ
グロビン（遊離型）では 430, 555nm に、オキシヘモグロビン（酸素化型）では 415, 540,
575nm に吸収極大を持っている。そのため血液の光透過率は一定とならない。また、ヘモ
グロビンは、近赤外光の吸収が少ない。

①

空気：0.024

水：0.6程度。対流は、熱媒体に液体などの流体が接触した場合に生じる熱の移動形態である。流体へ熱が移動することにより、流体の密度変化が生じ流体循環がおこる。

25-6

②

反射係数

Ｓ

＝

（Ｚ１－Ｚ２）／（Ｚ１＋Ｚ２）

Ｚ１，Ｚ２：固有音響イン

ピーダンス
この式に代入して解を得る。

25-7

放射線感受性が最も高いのは、細胞分裂をおこなっている精巣細胞、卵巣細胞と造血細胞である。リンパ球は分化成熟している細胞でありながら感受性が高い。腸上皮の細胞は分裂が盛んであり、感受性が高い。水晶体は上皮細胞の感受性が高く、放射線により混濁などがおこる。感受性が低いのが、肝臓、筋組織、骨皮質などである。神経組織や脂肪組織の感受性が最も低い。

24-3

②

では水の熱伝導率とほぼ近い値であり、その伝導率は小さい。脂肪組織や骨の熱伝導率
は、さらに小さな値である。したがって、生体における熱の輸送で支配的なのは血液循環であり、生体内における熱伝搬の99%を担っている。

24-4

①

⑤

ロドプシンは、視紅ともよばれる脊椎動物網膜の視細胞に含まれる視物質。杆体は網膜にある光受容細胞の一つで、色は認識しない。ケラチンは髪やツメのタンパク質。ビリ④ ⑤

熱伝導率[W/m・K]⑤

生体組織で発生した熱は、伝導と循環血液によって運ばれる。水を多く含む筋組織など

光の透過率は、物質により光の吸収が生じれば低下する。特定の周波数が吸収された場

25-5

②

⑤

ルビンは、胆汁に含まれるヘムの代謝産物。血清の黄色は主にビリルビンに由来。メラ
ニンは、皮膚色素で紫外線による細胞障害を防止。

第 23 回 平成 22 年度
23-1
① ② ⑤
皮膚が濡れるとインピーダンス低下・・・感電が起こりやすい。
分極電圧は、電極に外部から電流を流した結果発生。

23-2

①

生体組織の導電率：血液・・大、一般臓器：中程度、脂肪：小、骨：極小・・水少ない。

放射線感受性は、細胞分裂が盛んな組織ほど高い。造血臓器（骨髄、脾臓、胸腺、

23-3リンパ節）＞生殖器＞小腸上皮＞・・＞肝臓＞筋肉＞骨＞神経系

可視光が全て反射すれば、白。全て吸収すれば、黒。波長が長いほど深く届く・・白色

①

②

③

光に手をかざすと赤く見える。皮膚色を決めるのは、ヘモグロビン、メラニンとカロチ

ン（黄色人種）。静脈が青いのは、赤や緑が血液に吸収され、青色が反射されるため。

光速は物質の中で一般に遅くなる。屈折が起きるのは、そのためである。

ミオグロビンは筋肉に含まれる。ロドプシンは目（網膜）の中にある光吸収タンパク質。

22-4

23-4

RBE とは、ある生物効果を起こすのに必要な基準放射線の吸収線量（Gy）／同じ生物効果①②

加速された粒子線は浅い部分ではエネルギーをあまり放出せずに、ある特定の深さで一気にエネルギーを放出する。この放出部位をブラックピークとよんでいるが、陽子はピーク幅が狭い。また、陽子が電荷を持っているために，外側の電場を変化させることで陽子の走石方向を自由に変えられるため、陽子の線束を針のように鋭く絞り込める。

を起こすのに必要な着目放射線の吸収線量（Gy）。α線が、20 で最も高い。中性子線：5-20，

23-5ど。3)血管径が小さくなるほど。4)血管壁が厚くなるほど。4)血液密度が低くなるほど。

③

熱中性子は 10 以下。その他は１。

22-5

①、②、⑤

脈波伝搬速度とは、心臓から血液が送り出される際に生じる動脈壁の拍動（脈波）が血管壁を伝わる速度(m/s)。

最小感知電流値である１mA が、マクロショックの安全限界。

その逆で遅くなる。

23-6

22-6

③

④

速くなる条件：1)血管壁が硬くなるほど。2)血圧が高いほ③、④

α分散：1 KHz 以下、イオン運動、β分散：数十 KHz～数十 MHZ、細胞の不均一構造、気体や液体の場合、音は縦波。横波は復元力が無く、すぐに減衰。気体中の音速は、気γ分散：20GHz、水の特性・・双極子の動きが追従不能体の分子量に依存し、少し異なっている。音の強さは、一般に音圧として表されるが、

23-7

振幅の２乗に比例。

④

骨のヤング率は軟鉄の１／１０程度。Hill によれば、骨格筋の負荷(P)と短縮速度(v)と22-7の関係は (P0+a)(v+b)=b(P0+a) で表される（Hill の式）。ここに P0 は最大張力、a, b は

比熱は、単位質量の物質を単位温度上げるのに必要な熱量のこと。単位に注意すること

筋によって定まる定数である。

が必要。問題は、単位系がそろっているので、必要な熱量＝質量ｘ比熱ｘ上昇温度。

23-8

21-1

①

② ⑤

④

⑤

粘度（粘性）がずり速度（流速）と時間に依存しない流体はニュートン流体。

α線：ヘリウムイオン、β線：電子、γ線：電磁波、ｘ線：電磁波

圧差一定の層流では流量は円管内径の４乗に比例・・・ハーゲン・ポアズイユの法則

全て電離作用を有する。電離作用によって生じた遊離電子等によって生じる二次的電離23-9

作用を間接電離作用とよぶ。

⑤

能動輸送は、濃度に逆らった輸送。細胞膜にあるナトリウムポンプなど。

21-2

①

生体内の熱の移動は、熱伝導も関わっているが、最も大きいのは血液循環による輸送。

第 22 回 平成 21 年度
22-1③

安静時では、骨格筋 20%程度で、内臓による発熱が 50%程度。筋の動作時には 80%程度に正常な体温調節作用が可能な温度の上限は 42℃程度。腫瘍の治療（ハイパーサーミア）

シス機能は、体温を一定に保つこと。熱の放散は、放射、対流、伝導。体表では発汗にに用いる温度は 43℃。

よる水蒸発熱により熱消費。熱伝導度 水：150x10-5［cal/cm・s・℃］程度、脂肪組織：22-250x10-5［cal/cm・s・℃］、筋組織：100x10-5［cal/cm・s・℃］程度②

上昇。生体活動期とは、筋の動作期を意味しているものの様子。最も重要なホメオスタ

跳躍伝導は、有髄神経に特有な伝導。ミエリン鞘（髄鞘）は絶縁体で、隙間（ランヴィ

21-3

エの絞輪）部分でのみイオンの流入が生じるため、とびとび（跳躍）の伝導となる。

１日の基礎代謝は成人男性で 1500Kcal、成人女子で 1200kcal 程度。男性の基礎代謝を基22-3にすると、1cal=4.2J で 6300x1000J。一日は 24x60x60 秒だから、一秒あたりは 73J 程

⑤

②

度。

21-4

熱産生：成人男子は 60-150W。黒体とは、外部から入射する熱放射など（光・電磁波によ③る）を、あらゆる波長に渡って完全に吸収し、また放出できる物体のこと。皮膚は、赤

生体の誘電率は、周波数と伴に低下。α分散(1KHz 近傍)：イオンの動き、β分散（1MHz

外線領域を十分に吸収するが、黒体とはよばないかと思う。体表から放射されるのは赤近傍）：細胞の構造、γ分散（20GHz 付近）：水の動きに関係

外領域（熱線）。末梢血管の拡張は、熱をより多く放散。ただし、国家試験での解答は、

21-5

組み合わせからの選択であり、それによれば②、③、④が正解となってしまう。不適切⑤

生体組織の導電率：血液・・大、一般臓器：中程度、脂肪：小・・・・体脂肪計な問題と思う。

21-6

20-4

④

①

可視光が全て反射すれば、白。全て吸収すれば、黒。特定の色（波長）を吸収すれば、細胞外液は Na+、陰イオンは Cl-。細胞内液は K+で Ca2+はほとんどない。

補色。波長が長いほど深く届く・・白色光に手をかざすと赤く見える。ヘモグロビンは

静止電圧は、K+ のリークによって発生。

緑色（550nm程度）を強く吸収するため、血液量が多いほど光吸収大。メラニンの吸収は、20-5波長に伴い減少・・但し、それほど顕著でなく、これを解答とすべきか不明。ヘモグロ

周波数が大きくなるほど吸収も大きくなる。・・・教科書 p24 図８

ビンは、酸素と結合しているかどうかで、吸収が異なる。

20-6

21-7

音速：気体＜液体＜固体

②
23

⑤
④
つまり

肺＜一般臓器＜骨、音響インピーダンス：同じ、減ｍol とは 6×10 個の物質の集まり。pH＝－log10［H+］＝１／log10［H+］。温度が高い

衰：教科書 p80,81 空気・肺＞軟組織＞脂肪＞骨。組織によって差があるが、周波数増加

ほど運動エネルギーが大きく、反応しやすい。酸化とは：酸素と結合すること。水素をに伴い増加。

放出すること。電子を放出すること。還元とは：水素と結合すること。酸素を放出すること。電子を受け取ること。

第 19 回 平成 18 年度
19-1⑤

第 20 回 平成 19 年度
20-1
① ② ⑤

眼の中の液体循環が悪くなるのが原因で緑内障。コーヒンレント光とは、波長や位相がレイノルズ数＝慣性力／粘性力。粘性率とは粘性係数のこと。水：0.9cP 程度。血液は非ルスオキシメータで使用（660nm, 900nm）、しかし、最も吸収するのは緑(500nm 付近)。

ニュートン流体であるため、せん断速度によって変化するが、Ht45%で 7cP 程度。3-5 倍光のエネルギーは、E=ｈν・・振動数に比例。つまり、波長とは反比例。メラニンは、というのも OK。粘性がせん断速度に関係しないのがニュートン流体。圧力と流量の関係

赤外光より可視光をより吸収する。

式（ハーゲン・ポアズイユの式）は半径の４乗に比例し、粘度と長さに反比例。血液は、

19-2

せん断速度が増せば、粘性係数が低下。

超音波の特性に重要なのは、音速、音響インピーダンス、減衰定数。

20-2

①

そろった光、レーザなど。白色光は、バラバラ。ヘモグロビンは近赤外光を吸収し、パ

② ③

19-3

照射線量はレントゲン：C/Kg、放射線のエネルギー：eV、放射能の強さ

ベクレル：１①②⑤⑤周波数の増加に伴い、導電率は上昇。・・教科書 023, 図 7秒間に崩壊する原子の数

Bq、吸収線量 グレイ：物質 1Kg 当たり吸収される 1J のエネ

19-4

ルギー量

シーベルト：X 線１Gy によって引き起こされる生物的損傷と同心臓磁気の強度は、10-13 – 1—10T 程度。

SV

19-5

J、線量当量じ損傷をもたらす線量

20-3

③

④

④
④

ポアソン比＝直角方向ひずみ／応力方向（縦方向）ひずみ。非圧縮性材料（変形後も体積変化なし）で、０．５．ゴム、生体軟組織など。

衰：教科書 p80,81 空気・肺＞軟組織＞脂肪＞骨。組織によって差があるが、周波数増加

19-6に伴い増加。

③

減衰定数は周波数に比例するとのことであるから、５倍。10cm だから、10 倍。２つあわ17-3

せて計 50 倍。

定常波が生じるのは、電磁波の波長が生体のサイズと近い場合。離脱電流とは、自力で19-7離脱できる限界・・これ以上で筋肉が収縮。周波数が高いほど、細胞膜にかかる電圧（１④④レイノルズ数＝（密度ｘ流速ｘ管内径）／粘性率／ωＣ）ｘＩが低くなる。よって必要な電流は大。直接刺激は、ミクロショック。皮膚

単位を合わせることが必要。粘性率・・・Pa・s＝Kg/m・s、管径、速度をｍ単位にする。

抵抗がない分、低電流で作用する。脂肪組織は抵抗率が大・・・ジュール熱大。

19-8

17-4

①

①

④

⑤

二酸化炭素は、主に炭酸・炭酸イオンとして運搬。赤血球にある炭酸脱水酵素により、放射線感受性は、細胞分裂が盛んな組織ほど高い。造血臓器（骨髄、脾臓、胸腺、リン炭酸となる。

パ節）＞生殖器＞小腸上皮＞・・＞肝臓＞筋肉＞骨＞神経系

17-5

③

第 18 回 平成 17 年度
18-1
③
④

温度差：17 度、質量：10ｇ、比熱：4.2J/g・℃

UVC：180-280 nm

光の屈折率は波長によって異なるため、プリズムを通った太陽光は７色に分光される。

17-6細胞への直接作用（致死的）タンパク質、DNA の分解・・殺菌灯

17x10x4.2=714J①

UVB：280–320 nm タンパク質、DNA が少し吸収・・影響・・日焼け

これを分散現象とよぶ。

UVA：320–400 nm 生体分子の吸収による影響はない

17-7

18-2

⑤

血液の粘性率は、せん断速度とヘマトクリット値（赤血球の体積割合）に依存。キャッ秀潤社教科書 p.81 表 2

ソンの式とは、せん断速度の平方とせん断応力の平方が直線関係になるとの式で、非ニ

18-3

ュートン流体に適応。トリチェリの定理とは、「理想流速は質点が液面から穴まで自由落

⑤

②

③

生体組織の導電率：血液・・大、一般臓器：中程度、脂肪：小・・・・体脂肪計

下したときに得る速さに等しい。」というもので、穴から出る液体の速さは、液面の高さ18-4に関係するというもの。血漿 ： 約 1.2cp①

血液 ： 約 5cp(水：1.0cp)

RBE(生物学的効果比)
α線：15-20，中性子線：2.8-10，陽子：5, γ線、X 線、β線：１

18-5

④

第 16 回 平成 15 年度
16-1④

超音波の減衰：周波数に依存 水は周波数の２乗に比例、生体組織はもう少し複雑だが、γ線：0.01nm 以下、x 線：0.01-10nm、紫外線：10-400nm、可視光：4000-700nm、大体比例。

赤外線：0.7μm-1mm 程度、マイクロ波：サブ mm-1m、超短波：1m-10m、短波：10m-100m、第 17 回 平成 16 年度
17-1②

中波：100m-1km、長波：1km 以上

16-2

音響インピーダンス：気体＜液体＜固体

17-2

②

つまり

肺＜一般臓器＜骨③

音速：気体＜液体＜固体②③

放射能：放射線量の単位 キューリ(Ci)：毎秒

3.7 x 1010 個の原子崩壊に相当、

ベクレル(Bq)：原子核崩壊が毎秒１であるときの放射能の大きさ。
つまり肺＜一般臓器＜骨、音響インピーダンス：同じ、減吸収線量

グレイ[Gy] : 物質 1 Kg 当たりに吸収される１J のエネルギー量ラド[Ｊ][rad]： 物質１ｇ当たり 100 エルグのエネルギー吸収

照射線量：レントゲン[R]： Ｘ線やガンマ線が空気を電離する能力を表わす照射線量
1 R = 2.58 x 10

-4

[C/kg] クーロン毎 Kg

線量当量：放射線の生体影響を表す単位。各種の放射線がもたらす生物学的効果と同等

15-5

⑤

生体組織の導電率：血液・・大、一般臓器：中程度、脂肪：小・・・・体脂肪計

15-6

③

④

濃度：媒体（液体など）中の溶質の量を示す尺度。温度：温かさの尺度で分子運動の平均値。粘度：粘っこさの尺度。硬度：材料の硬さの尺度。

の効果をひき起こすＸ線の吸収線量、レム（ｒｅｍ）：X 線の 1rad によって引き起X 線の 1Gy によって引き起こされる生物的損傷と同じ程度の損傷をヒトにもたらす

第 14 回 平成 13 年度
14-1②

線量（100rem に相当）

ずり速度が大きくなると血液粘度は低下。生体の流体力学的特性に関する講義のとき、こされる生物的損傷と同じ程度の損傷をヒトにもたらす線量、シーベルト（Ｓｖ）：

16-3

④

データを板書。

生体組織の導電率：血液・・大、一般臓器：中程度、脂肪：小、骨：極小・・水少ない。

14-2

16-4

音響インピーダンスが異なると反射され、肺には入らない。キャビテーション：高速で①

比誘電率は、周波数の増加に伴い減少。

②③

流れる液体(水など)の中の圧力の低い部分が気化して、非常に短い時間に蒸気のポケッ
トが生まれ、また非常に短時間でつぶれて消滅する現象。超音波で発生。

第 15 回 平成 14 年度
15-1
④

14-3

200nm,300nm：紫外線、500nm:緑、800nm:近赤外（2500nm 程度まで）、3000nm：中赤外。

14-4

紫外線や可視光の透過性低い。800-1400nm は、水やヘモグロビンの吸収小。それ以上で強磁性体：電子の磁気モーメントが配列できる物体・・鉄など。ヘモグロビンの鉄イオ

は、水による吸収増加。

ンは常磁性体であるが、強磁性体ではない。生体は電気伝導体。

15-2

14-5

①

②

音速：気体＜液体＜固体 つまり 肺＜一般臓器＜骨

④

③

⑤

④

導電率は周波数に比例。比誘電率は周波数依存で組織のよって異なる。細胞外液はナト

RBE(生物学的効果比)α線：15-20，中性子線：2.8-10，陽子：5, γ線、X 線、β線：１リウムで、内液がカリウム。静止状態の膜電位は細胞外に対しマイナス。

放射線感受性は、細胞分裂が盛んな組織ほど高い。造血臓器（骨髄、脾臓、胸腺、リン細胞膜はイオンを通しづらく、いわばコンデンサー。

パ節）＞生殖器＞小腸上皮＞・・＞肝臓＞筋肉＞骨＞神経系

15-3

14-6

②

③

④

①

熱産生：成人男子は 60-150W。黒体とは、外部から入射する熱放射など（光・電磁波によ16-4 と同じ問題

る）を、あらゆる波長に渡って完全に吸収し、また放出できる物体のこと。皮膚は、赤14-7外線領域を十分に吸収するが、黒体とはよばないかと思う。体表から放射されるのは赤1mm 進むと強度が 1/2。4mm では、(1/2)X(1/2)X(1/2)X(1/2)=1/16④

外領域（熱線）。末梢血管の拡張は、熱をより多く放散。

15-4

放射線感受性は、細胞分裂が盛んな組織ほど高い。造血臓器（骨髄、脾臓、胸腺、リン①⑤

第 13 回
13-1

平成 12 年度④

パ節）＞生殖器＞小腸上皮＞・・＞肝臓＞筋肉＞骨＞神経系

水中の音速とほぼ同じ。

13-2

③

11-1

②

ずり速度が大きくなると血液粘度は低下。生体の流体力学的特性に関する講義のとき、

熱産生：成人男子は 60-150W。温熱療法は、マイクロ波(数 Mz)が主。表在性のがんであデータを板書。

れば、より高周波でも可能。脳磁界：10-13 – 1—12T 程度。問題 19-4 参照。脳波 休んで

13-3

④

⑤

いるときのα波：8-13Hz、精神活動時のベータ波：14-30Hz がメイン。

がんの温熱療法はマイクロ波使用。超音波の応用も始まっている。

超音波診断には数 MHz が一般的。30MHz では減衰大。

13-4

11-2

②

③

⑤

放射線感受性は、細胞分裂が盛んな組織ほど高い。造血臓器（骨髄、脾臓、胸腺、リン

音速：気体＜液体＜固体 つまり 肺＜一般臓器＜骨パ節）＞生殖器＞小腸上皮＞・・＞肝臓＞筋肉＞骨＞神経系

11-3

13-5

磁界は、電流（イオン流も）により、発生。また、常磁性物質により発生。超音波は、⑤

800-1400nm は、水やヘモグロビンの吸収小。それ以上では、水による吸収増加。赤外線③

組織の疎密変化であり、磁界は発生しない。

領域の吸収は、分子の振動エネルギーに対応、つまり構造に依存。体表から放射される
赤外線のピーク波長は１０μｍ。

第 10 回
10-1

第 19 回12-1

生体の磁性物質は、ヘモグロビンの鉄イオンと酸素分子など限られており、それらは常平成 18 年度③
周波数

平成 9 年度③

磁性体ではあるが、強磁性体ではない。

10-2

①

100Hz

10KHz

10MHz

10GHz
10

音速：気体＜液体＜固体 つまり 肺＜一般臓器＜骨

導電率

骨格筋

1.1

1.3

5

mS/cm

脂肪

0.1

0.3

0.5

1

10-3

肝臓

1.2

1.5

4

10

磁界は、電流（イオン流も）により、発生。心臓も脳も電気活動をしており、磁界発生。

血液

5.0

5.0

20

20

赤血球はヘモグロビンがあるため、強磁界に引き寄せられるが、血液自体は作用しない。

H.P.Schwan:Advances in Biological and Medical Physics, 1957 より

12-2

⑤

①

⑤

ただ、良い問題ではない。

10-4

⑤

光速は、物質中では真空中よりも遅くなる。屈折という現象がおきるのは、光速が媒質

周波数が高いほど減衰しやすい。教科書 p.24, 図 8 参照。

によって異なるためである。

10-5

12-3

音速：気体＜液体＜固体

③

②

③

④
つまり

肺＜一般臓器＜骨、音響インピーダンス：同じ、減核磁気共鳴は、原子核が磁気モーメントを有している場合のみ測定可能。核によって異衰：教科書 p80,81 空気・肺＞軟組織＞脂肪＞骨。組織によって差があるが、周波数増加なる。画像診断に用いる MRI は、水素（１H）を測定対象。

に伴い増加。音響インピーダンス＝ρ・C（ロー：密度・シー：音速）催奇形性とは、胎12-4児の遺伝子損傷により生じる奇形形成のこと。

④

10-6
第 11 回

平成 10 年度④⑤

生体内の熱の移動は、熱伝導も関わっているが、最も大きいのは血液循環による輸送。
安静時では、骨格筋 20%程度で、内臓による発熱が 50%程度。筋の動作時には 80%程度に上昇。生体活動期とは、筋の動作期を意味しているものの様子。最も重要なホメオスタ

周波数が増加すると、周波数に反比例して閾値が低下する。細胞膜はコンデンサーであ

シス機能は、体温を一定に保つこと。熱の放散は、放射、対流、伝導。体表では発汗にり、膜の両側に誘起される電圧は （１／ｊωＣ）x I となるため。

-5

よる水蒸発熱により熱消費。熱伝導度 水：150x10 ［cal/cm・s・℃］程度、脂肪組織：-5-550x10 ［cal/cm・s・℃］、筋組織：100x10 ［cal/cm・s・℃］程度。

8-2①

筋肉の抵抗率は、繊維方向と直角方向では異なり、直角方向でより大きい。
７～１０Ω・ｍ程度といわれている。

第9回
9-1

平成 8 年度
①
②

8-3
⑤

①

②

⑤

心臓磁気の強度は、10-12– 1—10T 程度。脳磁界：10-13 – 1—12T 程度。鉄工関連の労働者の音の３要素：音速、音響インピーダンス、減衰定数。誘電率は電気特性、ヤング率は力

肺内に蓄積された磁性微粉体で発生する磁界の強さは 10－９～10－８T である。ＳＱＵＩＤ

学的特性の定数。

の磁気センシング最大感度は１０－１５Ｔ程度。ホール素子の感度は、多分１０－５Ｔ程度。

9-2

①

④

⑤

その他、地球の磁界は１０－４Ｔ程度。

腱はコラーゲン組織。動脈は３層構造で、特殊な力学特性。動脈の外層はコラーゲン組

8-4織。動脈、腱それぞれの部位により力学特性が異なっており、不適当な問題と考える。

心臓にあるのは心筋。ニューロン

模範解答は、①となっている。音速：気体＜液体＜固体

は神経細胞。横紋筋は主に骨格筋。小腸は平滑筋。

つまり肺＜一般臓器＜骨、③④

音響インピーダンス：同じ、減衰

8-5

9-3

脂肪組織の音響インピーダンスは１．３８ｘ１０－６Kg/ｍ２・ｓ。

①

②

⑤

②

放射線感受性は、細胞分裂が盛んな組織ほど高い。造血臓器（骨髄、脾臓、胸腺、リン計算する場合、＝ρ・C つまり、密度ｘ音速。

パ節）＞生殖器＞小腸上皮＞・・＞肝臓＞筋肉＞骨＞神経系

8-6

9-4

紫外線・可視光領域は、皮膚や組織による吸収（紫外線：核酸、タンパク質、可視光：

②

③

④

遠赤外は水により吸収。γ線は、生体に障害を与える。マイクロ波は水に吸収される。

ヘモグロビン、メラニンなど）大。遠赤外領域は水による吸収大。

9-5

近赤外光（780-1400nm）は、ヘモグロビンや水による吸収が最も少ない。

③

生体の誘電率は、周波数と伴に低下。α分散(1KHz 近傍)：イオンの動き、β分散（1MHz8-7近傍）：細胞の構造、γ分散（20GHz 付近）：水の動きに関係

生体内には強磁性体物質はない。酸素とヘモグロビンの Fe2+は常磁性であるが、強磁性9-6体ではない。

①④⑤③

細胞内液・外液の抵抗率：1Ω・m 程度。導電体。筋の活動電位は 10μV～数 mV。
体表における心筋の活動電位：1mV 程度。

9-7②

教科書 p.27 図１③④

参照のこと。

第7回
7-1

平成 7 年度③

電撃を引き起こす電流閾値は周波数に依存し、50～60Hz の電源周波数において最も低い。

⑤

粘性は流れ。線形性は比例性で、興奮性膜の特性は非線形性。

7-2
第8回
8-1

平成 6 年度
①
④
①

④

⑤

血液にはタンパク質や血球があり、粘度が高い。細胞外液とは血液と組織液。血漿のpH=7.4。

7-3

②

③

④

血漿は血液の液体成分で白血球を含まない。電気的興奮現象は能動的現象。組織圧とは？

5-4

医学用語ではない。おそらく浮腫に関する用語で膠質浸透圧が関与。少なくとも細胞へ

生体は、磁性体でないため、磁界は影響を受けない。

の物質輸送には関係しないはずであるが、解答は組み合わせとなっており、○の模様。

5-5

7-4

誘電率は、電気。ヤング率は、力学特性に関係。

⑤⑤①

骨の伝搬速度が最も大きい。骨の種類が異なる密度が異なるため若干異なるが 3300m/s

5-6～4000m/s 程度。

血流の関与が大。

7-5

5-7

④

②

⑤

③
③

導電率の逆数が抵抗率。導電率の単位は[Ｓ／ｍ]、または[Ω-1・m-1]。1000/0.5=2000

ホルモンは血液で運ばれるため、効果が現れるのが遅い。

第6回
6-1
6-2

第4回
4-1

平成 5 年度③
8-7 と同じ②

平成 3 年度①

組織の電気インピーダンスは、筋肉の繊維方向と直角方向で異なるように、方向依存性

蠕動運動とは収縮が徐々に伝わる動き方。組織圧の説明は 7-3。正解に含まれる模様。

を示す。しかし、問題の記述にある「部位」は脂肪と筋肉等のことを意味している様子。

6-3

微妙な問題。

③

磁界は大きさと方向が重要、つまりベクトル量。

4-2

6-4
①
異方性とは、方向で性質が異なっていること。血管の半径方向と軸方向の伸び方の違いなど。
6-5②③④

電界の強度とは、Ｖ／ｍ

粘性係数は流れに関係。減衰定数は、超音波や光の分野。その入力に対する減衰の性質

4-5

を表す。

肺は空気が多いため、減衰しやすい。つまり、減衰定数は大きい。

6-6
6-7

？
①

4-3
4-4

肺は空気が多く、最も減衰しやすい。減衰定数は周波数と友に増加。

平成 4 年度④
8-7 と同じ⑤

表面波は、固体に振動が伝わる場合の一つの波の形。

5-3④

導電率は、周波数とともに増加。

④⑤

7-1 と同じ。

③
①

②

⑤

情報処理や制御のために必要とされるか否かを考える。電気インピーダンスと物理的異方性は、関与しない。

4-7
第5回
5-1
5-2

①
②

伸びの弾性で用いられる尺度は、弾性係数（ヤング率）

4-6
②

④

①

細胞の電気的モデルは、コンダクタンス（導電率）とキャパシタンス（誘電率）。インダ
クタンスはコイルに関する電気定数。

第3回
3-1

平成 2 年度⑤

粘弾性は、弾性と粘性。塑性変形に重要なのは、粘性のみ。

3-2

①

⑤

誘電率、周波数分散は、受動的特性で重要。能動的電気特性は、非線形性。

3-3③

体表面からの電気刺激では、１００mA 程度以上が必要。ミクロショックでは０．１mA.

3-4①

大動脈における血流のレイノルズ数は 2000 以下であるが、分岐部分では、乱流が発生。

3-5②

能動輸送は、エネルギーを要した輸送。細胞膜におけるＮａポンプなど。

3-6
第2回
2-1
2-2
2-3
2-4

③

④

4-6 と類似。

平成初年度①
4-1 と類似。
④
5-3 と同じ。
①④⑤④

7-1 と同じ。

ヤング率は、一方向に引張った場合の弾性係数のこと。

2-5

①

②

⑤

超音波の生体特性で重要なのは、上記の３つ。誘電率とコンダクタンスは電気特性。

2-6
第１回
1-1
1-2
1-3
1-4

③

5-6 と同じ。

昭和 63 年度④
8-7,5-1 と同じ。
①⑤
3-3 と類似。
①
3,4 と類似。
①

減衰定数は周波数に依存。水では周波数の２乗に比例するが、生体組織では、より減衰が小さく、周波数に比例する。

1-5
1-6

①
③

②

気温が変化しても、体温は一定。

⑤

3-6 と類似。