検査４年前期 核医学概論 水曜１講目（Web オンデマンド）
北大病院 核医学診療科 加藤千恵次
臨床検査技師国家試験の物理系問題の解法を復習する。
１週間ごとに各講義の受講票を送って下さい。

令和２年 国家試験

解答 ５

血液の中には血球があるので、血液より水のほうが密度が均一。

超音波の吸収係数が小さい、とは超音波が減衰、反射しにくいこと（音響インピーダンスが小さい）。
超音波、音波は、密度変化のある所で反射する。
密度が均一な部位では、超音波は減衰しにくい。

空気は軽すぎて超音波は伝わらない(音波は伝わる)。

気管の中は空気。
空気中は超音波が伝わらない。
後方に超音波が通らず陰影を示す。

頸動脈の中は血液。液体はエコー反射がないので無エコー。
血液は密度がほぼ均一なので後方に超音波が減衰せず通り、動脈壁にあたり、後方エコー増強あり。

令和４年 国家試験

解答 ５

超音波や音波の速さは、音を伝える媒質の硬さや重さ（密度）で決まる。
硬いものの中ほど、音波や超音波は速い。
（空気中の音波、超音波速度は 秒速340 m）（水中の音波、超音波速度は 秒速 約1500 m）

令和２年 国家試験

解答 ２ホイートストン ブリッジ回路。 向い合う抵抗の積が等しいと、対角線の回路の電流はゼロ（断線と同じ）。
対角線にある 20kΩの抵抗は無いと考えてよい。

2018年 第２種ME技術実力検定試験

解答 ４

ホイートストンブリッジ回路の法則から、経路CEDには電流が流れないので、経路CEDは存在しないと考えてよい。
よって、AB間には、３０Ωの抵抗が３列、並列接続していると考えてよい。 １／( (1/30) + (1/30) + (1/30) ) = 10 (Ω)

令和２年 国家試験

解答 ３

令和２年 国家試験

解答 ３

令和２年 国家試験

解答 ３

平成２８年国家試験

解答 ４

主な生体信号の周波数
心電図 ０．０５ ～ １００ Hz(時定数τ= ３秒) (1/２πτ = 0.05 Hz)
脳波
０．５ ～ ６０ Hz(時定数τ= ０.３秒) (1/２πτ = 0.5 Hz)
筋電図
５ ～２０００ Hz(時定数τ= ０.０３秒) (1/２πτ = 5 Hz)
心音図
２０ ～ ６００ Hz
眼振図 ０．０５ ～ ２０ Hz令和２年 国家試験

解答 ４

令和２年 国家試験

解答 ４

令和２年 国家試験

解答 ２

平成１８年 国家試験

解答 １

同相信号（ノイズ）の抑制と逆相信号（生体信号）の増幅＝ 差動増幅回路
周波数特性の改善＝ 負帰還増幅器

実効増幅度の改善＝ 負帰還増幅器( 実効増幅度 = 入力電圧の実効値との出力電圧の実効値の比 )基線動揺（ドリフト）の抑制＝ 低周波遮断フィルタ （＝微分回路）（ＣＲ結合回路の抵抗電圧など）
リップル率の抑制 ＝ 平滑回路

差動増幅器の特徴
１．反対位相信号を増幅して、同位相信号ノイズ（主に商用交流雑音（ハム））を抑制できる。
（ ハム は 外部雑音 ）２．２点間の電位差を増幅できる（心電図や脳波等）。
３．電源電圧の変動（ドリフト）に対して安定である。
４．直流バイアスを伴う信号の、交流信号だけを増幅できる。

同相信号除去比 （ 同相除去率、 弁別比 ）
CMRR ( Common Mode Rejection Ratio )差動増幅器の性能評価の指標。 CMRRは大きいほど良い。

差動成分の増幅率を Ad、同相成分の増幅率を Ac とすると、同相信号除去比 (弁別比) CMRR = Ad / Ac

負帰還増幅器

代表的な回路は反転増幅回路

オペアンプは、負帰還回路を組むことを前提として作られたＩＣ. そのため増幅率が非常に高い。
負帰還回路にすると、増幅率は下がるが、以下の利点がある。
１．回路内の抵抗 R0、R1 の値を選択することで設計者が希望する増幅率の回路を作成できる。
２．オペアンプ自体の増幅度が温度上昇などで変動しても、増幅率が安定した回路になる。

３．増幅率が安定した回路になるので、過剰な入力信号でも出力信号の波形が歪みにくい。
（増幅率の直線性が良くなる。）
４．極端に周波数が高い信号または低い信号が強く入ると、負帰還をかけないオペアンプでは増幅率が不安定になる。 負帰還をかけると、それが改善され、周波数特性が向上する。
以上の特徴から、内部雑音（増幅器自体から発生する雑音）が少ない（S/Nの良い）増幅器になる。

増幅率の直線性
無帰還増幅では、入力信号が強いと出力が歪んで増幅率が低下し、直線性が損なわれる。

増幅率の周波数特性
無帰還増幅では、入力信号周波数が極端な場合、出力が歪んで増幅率が低下し、周波数特性が損なわれる。

平成２９年 国家試験

解答 ５平成２９年 国家試験

解答 ５

心電図の計測時に、被検者や心電計、ケーブルの近くにコンセントにつながれた電源コードがあると、コードから周囲空間に５０Ｈｚの電磁波が出るので被検者体表または測定器が、その電磁波を拾い、交流雑音（ハム）を含む心電図が測定される。
心電図の 周波数解析（フーリエ変換： ＦＦＴ ）心電図波形成分５０Hzの商用交流雑音成分（ハム雑音 Hum）

２０１１年

国家試験模試

解答 ３

心電図の基線動揺（ドリフト雑音）は、低周波雑音。
低周波信号、直流信号を通さない回路 を選ぶ。
CR結合回路の抵抗電圧出力 ER が解答。

平成２９年 国家試験

解答 ３

デシベル dB ： ゲイン （ ｇａｉｎ Ｇ ） の単位
電力など、マイナスの値を取らない物理量の場合、

G = 10 log10（出力／入力）（ Ｇ の10分の1の値が、増幅度の対数（ゲイン） ）
電圧や電流など、マイナスの値もある物理量の場合、

G = 20 log10（出力／入力）
マイナス方向にもゲインが広がるので、２倍にする。

電圧増幅率が ５０倍 の増幅器Ａと電圧増幅率が ２００倍 の増幅器Ｂを直列につなぐと電圧増幅率 ５０ x ２００ = １００００ 倍に増幅される。
電圧や電流など、マイナスの値もある物理量の場合、Gain（ｄB） = 20 log10（出力／入力）= 20 log10（10000 ／ 1）
= 20 log10（104 ）= 20 x 4 = 80 （ｄB）

令和４年 国家試験

解答 3

20倍の増幅をデシベルに換算すると20 log 20 = 20 (log2 + log10) = 20 (0.3 + 1)
= 20 x 1.3 = 26 dB
3つ直列につなぐと、26+26+26 = 78 dB

平成２８年 国家試験

解答 ４この回路では、出力 Eo の β 倍の信号が、入力信号 Ei から引き算されて、増幅器に入る。
それが A倍に増幅された値が Eo なので、
Eo = A（ Ei – β Eo ）式を変換すると、Eo（１＋Ａ β）= Ａ Ei
回路全体の増幅率は、出力／入力 = Eo ／ Ei = Ａ ／ （１＋Ａ β）

陽電子消滅 （ annihilation）
陽電子（positron：電子の反粒子。素粒子の一種）を放出する放射性核種の近傍において、陽電子と電子が結合して消滅し、１対の 0.51MeV の消滅放射線を反対方向に放出。
エネルギー保存則
電子質量 meはE = me C2 = 0.51 MeVの放射線になる。
（鉛４ｍｍでエネルギーが半減する程度の電磁波）
運動量保存則２本の消滅放射線は反対方向に放出

（水素 H の分布像）（ CH 分布像）（ OH 分布像）

平成２８年 国家試験解答 ２発症１日目以降の脳梗塞は脳組織を形成する脂肪成分の減少（T1信号低下）と、細胞膜破壊で細胞内液と外液の混在による浮腫で自由水の増加（T２信号上昇）を認める。

右側頭葉、右内包、左右視床の梗塞超急性期脳梗塞には、 ＭＲＩ の 拡散強調画像 ＤＷＩ（Diffusion weighted imaging） が有効。
超急性期脳梗塞は、細胞性浮腫が起こり、細胞間隙が狭くなり、細胞間隙を移動する水分子の拡散運動が抑制される。
拡散強調画像は水分子の拡散が大きい箇所で信号低下。
高信号は水分子の拡散が抑制されている部位。

正常脳組織は、神経線維に沿った水の拡散が大きくＤＷＩの信号は低い。

２８年国家試験

解答 ５

細胞膜の主成分は脂質で、絶縁体の箇所を含む。
それが細胞内外の電解質を含む導体の液体に挟まれるので、電気的にコンデンサ（キャパシタ）と等価となる。
細胞膜の一部は、細胞内外の液体が出入りするので電気的には抵抗と等価となる。
従って、細胞膜は、コンデンサと抵抗の並列回路と等価。

２８年国家試験

解答 ５

光センサ
CdＳ素子

光導電効果

光センサ。光伝導（導電）セル。
硫化カドミウム CdＳ を使った抵抗で、光が当たると、抵抗値が小さくなる。
車のヘッドライトの点灯確認装置などに利用。

フォトダイオード、フォトトランジスタ
光起電力効果光が半導体のPN接合部に当たると電子が接合部を通りやすくなる性質を利用した光センサ。
CdSより小型で、光に対する反応が速い。

ＳＱＵＩＤ （SQUID磁束計） 超伝導量子干渉素子
super-conducting quantum interference device
高感度に脳磁図を測定できる装置。 北大病院にある。
超伝導状態（電気抵抗がゼロ）では、超伝導リングに外部から磁界Ｂを加えると、超伝導リングの中に磁界Ｂを通過させないように、これを打ち消す超伝導電流（遮蔽電流）Is が流れる。しかし超伝導リングは電気抵抗がゼロであるから電圧は発生しない（左図）。
ところが、超伝導リングに一部細い部分（ジョゼフソン結合）を作ると、そこにわずかな遮蔽電流 Is が流れただけで超伝導状態が崩れ、常伝導となり、細い部分に電圧が発生する。これを利用して、わずかな磁場の変化を電圧として取り出すことが可能となる。
普通の超伝導リング
グ

細い部分を１つ持つ超伝導リング 細い部分を２つ持つ超伝導リン

SQUID 脳磁図計

圧力センサ
ピエゾ素子

歪みゲージ （ストレインゲージ）

ピエゾ効果（ 圧電効果 ｐｉｅｚｏ-electric effect )

電圧をかけることにより、ある方向に伸びる材料。
逆に圧力をかけて変形させると電圧が生じる。
シリコンゴム、セラミックスが使われる。
血圧センサ、微小駆動装置(インクジェットプリンタなど)、電子ライターの点火などに利用される。
抵抗線ストレインゲージ
シリコンゴム管に電解液を封入したチューブ。
引っ張ると電気抵抗が大きくなる。
呼吸センサなどに利用。

サーミスタ
半導体の温度特性を利用した温度センサ。
温度が上昇すると抵抗値が下がる。（上がる製品もある）
体温計、呼吸モニタ、電子部品（CPUなど）の温度センサ

サーミスタ温度計

ポテンショメータ
potentiometer 【名】 〔電気〕 電位差計、分圧器.
potential 【形】 〔物〕位置のmeter 【名】 計量器

ジョイスティックなど、位置の情報を、可変抵抗器で読み取るセンサ。
位置情報を抵抗値や電圧で出力。

平成２９年 国家試験

解答 ２

EPR システム（等電位化接地システム）
Equipotential Patient
Reference System
ミクロショック電撃事故を防ぐシステム
患者が複数の医用機器、テレビ、ベッドなどの金属を触れる可能性のある環境では、それらの機器のアース電圧を同じにすると、電撃事故を防止できる。

同じ接地端子（センタ）に全ての機器やベッドのアースを繋ぐ。
アース線も同じ銅線を使う。 （0.1Ω/m 以下の太い銅線）
機器間のアース電位差が10mV 以下になれば、体表抵抗は約１ｋΩなので、電撃は 10μA 以下に抑制できる。

クラスⅠ ME機器の３Pプラグ（三線式電源プラグ）
保護接地線がある。

クラスⅠ ME機器の背面
等電位化接地の記号（EPRシステム）～ は、商用交流の記号