生体計測学概論試験

受験しない人は不可

令和６年１１月２０日（水）13:00－14:０0（多目的室）マスクを着用して受験して下さい。
都合のつかない人は11/27に追試を行います。
１１月２０日までに追試希望メールを下さい。
病欠等で、受験できなかった人は、１１月２０日までに追試希望メールを下さい。

hokudaikatoh@gmail.com

下記３０テーマから５０問の穴埋め問題出題。
１． 誤差を含む測定値の計算問題。
２． 正確さ と 精密さ の説明。
３． SI単位系とSI単位系の接頭辞の説明。
４． 血圧測定の原理、コロトコフ音の説明。
５． 正常血圧、高血圧の数値。
６． 血圧測定頻度が高いと誤差を生じる理由
７． 直流、交流、脈流の説明。
８． 電磁波と空間についての説明。
９． 心臓の電気刺激伝導路の説明。
１０. 心電図のP波、QRS波、T波の説明。

１１．心臓の右心系と左心系の役割の説明。
１２．心室細動の説明。ＡＥＤの役割。
１３．第Ⅰ度、Ⅱ度、Ⅲ度房室ブロックの説明
１４．脳波のδ波、θ波、α波、β波の説明。
１５．測定装置のインピーダンスを高くする理由
１６．デシベルに関する計算問題。
１７．S／N比に関する計算問題。
１８．エコープローブの周波数と特性の関係。
１９．甲状腺癌のエコー所見の説明。
２０．乳癌のエコー所見、存在位置の説明。

２１．音波の速度と周波数と波長の関係。
２２．音波の速度と周波数と媒質の関係。
２３．光の物質中速度と周波数の関係。
２４．緑内障と白内障の説明。
２５．CTのフィルタ重畳法の計算問題。
２６．CTの逐次近似法の計算問題。
２７．ＭＲＩの撮影原理の説明。
２８．脳出血の種類とＣＴ所見。
２９．肺癌の種類、肺炎の種類とＣＴ所見。
３０．ＦＤＧ ＰＥＴで癌を検出できる原理。

１９年国家試験

解答 １，２

水素原子核は回転している。
（力学的に回転しているわけではない。
正確には量子力学でスピンとよばれる空間内の虚数軸上での回転運動）

水素原子核 ＝ 陽子１個
通常は、回転軸は揃っていないが、水素原子核は磁石のような性質があるので強い磁場（静磁場）をかけると、回転軸が揃う。
このためにMRI装置には強い静磁場が必要。

横から ４０～６０MHz程度の電波を当てると、水素原子核の回転軸が傾く （核磁気共鳴）。
電波を止めると傾きが元に戻る。
倒れかけたコマのような回転（才差運動）をして軸が戻る。
水素原子核は磁石のような性質があるので、その運動で電波が生じる （電磁誘導）。
それを測定してMRI画像を作る。

スピンとは何か。原子核や電子は回転しているとされるが、電子には大きさがない。大きさがないものが回転するか？
始まりは、ボーアのアイデアで、元素の周期律表で、各元素の物理学的な変数（自由度）を、従来の３個（主量子数n、角運動量ｌ、 角運動量z成分ｌz）だけでは元素が各段で２個、８個、１８個と、不規則な並びをすることが説明できず、それを何とかするために角運動量ｌにスピン量子数 ±1/2を加えた j =ｌ±1/2 で周期律表の説明が可能となった。
従来の力学とは対応のない二価性のスピンの実体論的な理解は、あえて追求せず、シュレーディンガーは、数学的な量子力学の記述にはスピン量子数は不可欠な変数であると結論付けた。スピンとは、本当に回転しているか否かは別として、質量とか電荷と同じように電子や陽子などが持つ固有の物理量、角運動量であるという考え方が支持されている。

脳のMRI画像

水素元素（H）の分布図

T1強調像 CH の分布図 （主に脂肪分布）
T2強調像 OH の分布図 （主に水の分布）

T1強調像 CH 分布

T2強調像 OH 分布

主に脂肪の分布図。

主にH2Oの分布図。

脳梗塞
細胞膜が破綻し細胞外液と細胞内液が混在して液状化

MRIは強い静磁場（ ０.５から３ テスラ（T）程度 ）と４０～６０MHz程度のラジオ波を利用する装置。
放射線は使用していない。
強い静磁場 （普通の MRI では １テスラ（Ｔ）程度 ）の中にペースメーカーや時計などを入れると電子回路が磁化して故障する危険がある。
強い静磁場の中に金属を持ち込むと、強力な磁石になって動くので危険（ハサミ、針、ステンレス製の動脈瘤クリップ など）。

２５年国家試験

解答 ３，５

脳出血 （脳溢血） 頭蓋内の出血の総称
１．脳内出血（ 狭義の脳出血 ）２．クモ膜下出血
３．慢性硬膜下血腫
４．急性硬膜下血腫
５．急性硬膜外血腫
６．出血性脳梗塞

脳内出血 Cerebral hemorrhage
主に高血圧と動脈硬化による脳動脈血管損傷。
ときに脳動静脈奇形、もやもや病、脳動脈瘤による。

２０年国家試験
解答 ３

大脳基底核 Basal ganglia
皮質（脳神経細胞）下に白質があり、その奥の細胞核集団。

線条体 （被殻 と 尾状核）、淡蒼球、黒質、視床下核 の総称。
視床や大脳皮質、小脳へ情報を送り、円滑な運動を調整。
基底核の障害 : パーキンソン病、チック（突発的な瞬動や発声）。
周囲の大脳辺縁系（海馬、扁桃体）は、記憶や自律神経を調整。

クモ膜下出血 Subarachnoid hemorrhage SAH
大脳動脈、脳脊髄液は、クモ膜と軟膜の間に存在。
多くは脳動脈瘤の破裂（約80%）、その他に頭部外傷、脳腫瘍、脳動静脈奇形や脳動脈解離の破裂。
喫煙、高血圧、飲酒、隔世遺伝

クモ膜下出血のCT像
脳脊髄液のCT値が血液の値に上昇。

硬膜下血腫 Subdural hematoma

頭部外傷、虐待などで硬膜とクモ膜の間の板間静脈、架橋静脈、静脈洞、中硬膜動脈などが損傷し出血。
多量な出血であれば、急性硬膜下血腫。症状が強い。
少量の出血が続くと急激な症状は無く、数か月後に頭痛やマヒ、認知症が出現。慢性硬膜下血腫。

硬膜下血腫のCT像
被膜に覆われた境界明瞭な三日月状の血腫。
急性期は血液～血腫のCT値、慢性期は脳脊髄液CSFに洗い流され、脊髄液のCT値に下がる。

急性硬膜外血腫のCT像
外傷で中硬膜動脈や静脈洞が損傷し 硬膜と頭蓋骨の間に生じるレンズ状の血腫。血液～血腫のCT値。

[ 重要 ] 医用画像の右側は、患者の左側
医用画像は、患者が向かい合って診察を受ける、という考え方で、患者の左右と画像の左右は逆になっていることに注意すること。

このCT画像は、左側頭部の硬膜外血腫。

脳梗塞のCT像。 細胞性浮腫は所見が判りにくい。
２４時間以内（超急性期）は虚血による細胞性浮腫。
それ以降は、細胞間液の充満による腫脹。Mass effectあり。
数週間後は、細胞間液の吸収、出血性梗塞による高CT値。

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。

肺癌 Lung cancer
１．肺腺癌 60％ adenocarcinoma
気管支や肺胞壁の腺細胞から発生。
肺野末梢部に生じやすい。 喫煙と関係ない。
２．肺扁平上皮癌 25％ squamous cell carcinoma
気管支壁の扁平上皮細胞から発生。
肺門部近くに生じやすい。 喫煙と関係性大。
３．小細胞肺癌 15％ small cell carcinoma
気管支壁の神経内分泌細胞から発生。
肺門部近くに生じやすい。 喫煙と関係あり。
極めて悪性。急速に増大、進展する。

ＣＴでは数秒で肺の撮影が可能。
呼吸に伴う肺の動きは影響しにくい。
ＭＲＩでは数十秒以上の撮像時間を要し、縦隔内の心臓や大血管内の血流も肺野の画質劣化を起こす。
肺腺癌

肺扁平上皮癌

子宮頚癌 Uterine cervical cancer
子宮病変は MRI の方が診断しやすい。

２１年国家試験解答 ３，５

眼窩（底）骨折 Orbital fracture
眼窩下壁は薄いので眼球打撲で破裂骨折する。
ヘリカルCT による 冠状断像および矢状断像が診断に有効。
冠状断像 coronal

矢状断像 sagittal前立腺癌 Prostatic cancer

MRI で診断

前立腺の腺組織から発生。進行性が遅く、生存率・治癒率は高い。予後も他の癌に較べると良い。
採血による診断法がある。 PSA ( prostate specific antigen
前立腺特異抗原：前立腺細胞内にある蛋白質。前立腺組織が破壊されると血液中に増加する。)

間質性肺炎 interstitial pneumonia IP
肺炎は、一般的な肺胞性肺炎 pneumonia （肺胞や気管支内の炎症）と、間質性肺炎がある。
間質性肺炎が進行し間質が線維化した状態が肺線維症。
原因が不明（特発性）な IP を間質性肺臓炎 （interstitialpneumonitis ）という。

間質性肺炎（肺線維症）
honey comb lung

肺炎（肺胞性肺炎）
細菌が肺胞内で繁殖

間質性肺炎は癌患者の化学療法でよく生じる。
（抗癌剤を静脈投与すると肺間質に高濃度の抗癌剤が入るため)間質が硬化しないとＣＴ所見が出現しない。
進行した状態でなければＣＴで間質性肺炎は診断不能。
早期発見には、67Ga シンチグラフィが有効。

新型コロナウイルス（COVID-19）による肺炎
一般の肺炎は、片方の肺に気管支に沿って肺胞内の炎症の陰影が広がるが、COVID-19肺炎は両肺の辺縁、末梢胸膜下に淡いすりガラス陰影（GGO）が多発。
これは、炎症が肺胞内ではなく、肺胞壁に限局しているからである。

細菌性肺炎

COVID-19 肺炎

肺胞壁に炎症が限局。痰が貯留せず淡いすりガラス陰影を示す。
肺胞内に分泌物（痰）が貯留するのでコンソリデーション（痰などが充満して白くなる）を示す。

アルツハイマー病 AD

Alzheimer Disease

記憶障害を初発症状とし，次第に見当識障害，計算障害，失語・実行・実認などの巣症状を伴って知的機能の荒廃をきたし，最終的には寝たきりとなる。 進行が速い。
病理学的には神経細胞脱落，大脳皮質に広範にみられる老人斑と神経原線維変化。
左右頭頂葉および側頭葉から変性する。
進行を遅らせる薬がある （アリセプト）。
早期アルツハイマー病で有効

PETで異常あり

早期アルツハイマー病はＲＩ検査で診断。
脳組織の形状には異常を認めないが血流や糖代謝の低下が出現している。

ブドウ糖代謝分布
血流分布

PET は代謝、機能の情報

MRIでは異常なし

MRI は解剖学的な情報

水、脂肪の分布T1 脂肪

T2 水認知症の鑑別診断（アルツハイマーか脳血管性か）に、ＭＲＩは有効。MRI 正常の認知症は早期アルツハイマー疑い。
脳血管性認知症
脳内に多発する梗塞病変の所見（T2像で白くなる）
進行した
アルツハイマー病
左右側頭葉内側（海馬ｈｉｐｐｏｃａｍｐｕｓ）の萎縮。

18F-FDGBrain PET

脳はブドウ糖で動いている。

正常例 Normal

大動脈炎（高安病） Aortitis

肺がん 縦隔リンパ節転移.
18F-FDG PET

ＦＤＧは、ブドウ糖の類似物質。
腫瘍、炎症病変に集積。
脳、尿、心筋にも正常集積。

18F-FDG （Fluoro Deoxy Glucose）は、ブドウ糖の類似物質（analog）で、ブドウ糖と同様に組織に摂取されるが、代謝されないので組織内に長く停滞し、脳や病変のブドウ糖定量画像収集に有用な薬剤となる。
（ただし、肝細胞、高分化型肝細胞癌には取込まれにくい。）
HOHO
O

HOO

HOHO

HOOH
OH

D-Glucose
ブドウ糖

OH
18F

18F-FDG一般的に、体内組織は、エネルギー源として脂肪酸を摂取し、ミトコンドリア内のベータ酸化回路で脂肪酸からＡＴＰ（アデノシン三リン酸）を産生する。
ベータ酸化回路はＡＴＰ産生は多いが、酸素を多量に要求する。
癌細胞や炎症細胞など、急に出現した異常組織は、酸素を運ぶ赤血球の通路である血管が不備なので、酸素をあまり要求しない解糖系でＡＴＰを産生する。
解糖系はＡＴＰ産生量が少ないので、普通の組織ではあまり稼働していない。
そのため、ＰＥＴ検査で、ブドウ糖と類似物質の放射性薬剤ＦＤＧを使うと、腫瘍や炎症病変に集積し、さらに代謝されないので病変組織内に長く停滞し、画像化できる。

高安動脈炎（高安病） PETで診断できる指定難病（330疾患ある）の一つ。登録患者 7000人（原因不明疾患に対する医療費補助制度がある）
平成３０年４月から FDG PET の保険適用。
９割が女性。好発年令は10～30才。若年女性。
若年女性で重症の頸部痛、頭痛、肩凝りの症例で、CT等で大動脈弓の分枝血管に狭窄等の所見、左右上肢での血圧測定値に左右差などあれば、FDG PET/CT実施を。炎症血管にFDG集積あり。
治療法は、ステロイド（減量すると再燃しやすい）、抗体医薬（トリシズマブ（アクテムラ） IL-6R）（本来は関節リウマチ薬。高価。5000円/日））

北大病院
核医学検査室
ＰＥＴ/ＣＴ装置

ＰＥＴ:陽電子ＣＴ
Positron
Emission CT現在のＰＥＴ装置はＣＴと合体している。

核医学検査（ＲＩ検査）
放射性薬剤を投与して病変を描出。

骨転移病変は癌細胞が入り込んで、微小骨折を起こす。壊れた骨組織は修復する為に、血中のカルシウムとリン酸を多量摂取する。

２０年国家試験

解答 １，５３２０列マルチスライスCTで 寝台を固定させたまま撮影。
心電図を同期させて心臓全体の拡張末期像を0.3秒で撮像。

３２０列マルチスライスCT
東芝 Aquilion One 北大病院に昨年入った。
Z軸方向１６ｃｍを瞬時に撮像できる。
心電図を同期させて心臓全体の拡張末期像を 0.3秒で撮像。
造影剤を投与しながら心臓全体のダイナミック画像収集も可能。心筋血流定量が出来る。

気胸（Pneumothorax）

肺胞内空気が胸腔内に漏れ出て空気が肺を圧迫し、肺が収縮した状態。
単純X線写真、CTで診断。
自然気胸は、背が高く痩せ型の若い男性に起こりやすい。

肺血栓塞栓症 Pulmonary embolism（エコノミークラス症候群）
長時間の血流うっ滞と脱水で、主に下肢静脈に血栓が生じ、下大静脈 IVC、右房、右室を経て、肺動脈内に血栓が詰まり、肺塞栓症になる。

PE飛行機に乗った時に、CAから飲み物の提供を受けるが、これは単なるサービスではなく、乗客の血液を水分で薄めてエコノミー症候群の発症を抑制するため。
のどが渇いていなくても、 死にたくなければCAからの飲み物の提供を断ってはいけない。

造影マルチスライスCTで、肺動脈血栓を診断できる。