生体計測装置学 過去問と解説

正解1

正解は「1」。pH測定用ガラス電極は、水素イオン濃度に応じてガラス膜の内外に生じる膜電位（電位差）を検出します。

正解4

正解は「4（ｃ・ｄ）」。右手と左手を入れ替えると、Ⅰ誘導は反転し、Ⅱ誘導とⅢ誘導が入れ替わり、aVRとaVLが入れ替わります。一方でaVFは変化せず（ｃ）、胸部誘導V₁も変化しません（ｅは誤り）。

正解2

正解は「2」。トランスデューサの大気開放点を右心房の高さ（第4肋間中腋窩線）に合わせてゼロ点調整します。不整脈でも測定でき、血圧アンプは低域通過（直流〜数十Hz）、加圧バッグは約300mmHgで加圧、トランスデューサは半導体ひずみゲージを用います。

正解3

正解は「3（Ｃ）」。カプノグラム（横軸=時間、縦軸=CO₂分圧）では、呼気終末はプラトー（平坦部）の終点でCO₂分圧が最も高くなる点Ｃにあたります。

正解5

誤りは「5」。酸素化ヘモグロビンは赤色光（660nm）の吸収がむしろ少なく、近赤外光をよく吸収します。NIRS、rSO₂、ランベルト・ベールの法則、光ファイバカテーテルによるSVO₂連続測定はいずれも正しい記述です。

正解5

正解は「5（ｃ・ｄ・ｅ）」。X線CT（X線）、超音波診断（超音波）、光トポグラフィ（近赤外光）は外部から生体にエネルギーを加えて計測します。PET・SPECTは体内に投与した放射性同位元素から放出される放射線を計測する方法で、エネルギーを加えません。

正解4

正解は「4（ｃ・ｄ）」。ホルター心電図は24時間記録するため、発作性心房細動や冠攣縮性狭心症など一過性・発作性の異常の検出に有用です。肥大型心筋症・心房中隔欠損症・不完全右脚ブロックは通常の心電図や心エコーで評価します。

正解4

正解は「4」。同期加算平均をN回行うと、信号は加算されて雑音との比（S/N）が√N倍に改善します。225回では√225＝15倍となります。

正解1

誤りは「1」。接触面積を広くすると接触インピーダンスは減少します（増加は誤り）。ペーストによる低下、イオンから電子への変換、銀－塩化銀電極が不分極電極、X線を透過するカーボン電極、はいずれも正しい記述です。

正解2

誤りは「2」。SQUIDを用いる脳磁図はデュワー（冷却容器）越しに非接触で計測でき、頭皮への密着は不要です。心磁図の原理、ジョセフソン効果、透磁率の一様性、冷却の必要性は正しい記述です。

正解1

正解は「1」。ストレインゲージは変位（ひずみ）を検出します。サーミスタは温度、圧電素子は圧力・力、HgCdTeは赤外線、CdSは光の検出に用いるため、他の組合せは誤りです。

正解2

正解は「2」。実測式では口腔温は腋窩温よりも早く平衡に達します。電子体温計はサーミスタを利用、耳用赤外線体温計は数秒で計測、赤外線体温計は放射赤外線を受けて測定、食道温は中核温を示すため、他は誤りです。

正解1

誤りは「1」。MRIは主に水素原子核（プロトン）の分布を画像化します（窒素ではありません）。任意断面の構築、血流の描出、液体ヘリウムによる超伝導磁石の冷却、傾斜磁場による位置情報付与は正しい記述です。

正解3

正解は「3」。SPECTは放射性医薬品から放出されるγ線を検出します。空間分解能は数mm程度、RIを体内に投与して計測、PET核種の半減期は数分〜程度、PETはリング状の検出器を用いる（ガンマカメラを回すのはSPECT）ため、他は誤りです。

正解4

正解は「4」。超音波内視鏡ではラジアル走査（放射状走査）が用いられます。電子内視鏡は光源装置が必要、同時方式はカラー撮像素子を用い（回転フィルタは面順次式）、撮像素子は先端に装着、カプセル内視鏡はLEDを内蔵するため、他は誤りです。

正解3

正解は「3」。トランスデューサが心臓より30cm低いと、その水柱分（約22mmHg）だけ高く測定されます。133−22≒110、93−22≒70となり、心臓位置では約110／70mmHgです。

正解1

正解は「1」。発生磁場の強さは脳磁図（最も微弱）＜心磁図＜肺磁図の順に大きくなります。したがって（ア）脳磁図、（イ）心磁図、（ウ）肺磁図です。

正解1

正解は「1」。偶然誤差はランダムに生じるため、繰り返し測定して平均するとその影響を小さくできます。系統誤差は平均しても残ります。

正解2

正解は「2」。波形のピークは傾きが0になる点で、微分演算により検出できます。基線ドリフトは高域通過フィルタ、ハムは50/60Hz除去、繰り返し信号は加算平均で検出します。

正解3

正解は「3（aVL誘導）」。aVL＝Ⅰ－Ⅱ/2＝(2Ⅰ－Ⅱ)/2＝(Ⅰ－Ⅲ)/2で表されます（Ⅲ＝Ⅱ－Ⅰより）。標準肢誘導から演算で求められる増幅単極肢誘導です。

正解2

正解は「2」。オシロメトリック法は脈波振動の振幅変化から血圧を求めるため、不整脈があると振動が乱れ誤差の原因になります。振幅が最大となるのは平均血圧付近です。

正解1

正解は「1」。リリー（Lilly）型ニューモタコグラフは、細かい抵抗（金網）の前後に生じる差圧から流量を求めます。

正解2

正解は「2」。Mモードは1本のビームの時間変化を表示し、左室径の変化から駆出率を概算できます。Bモードは強い反射ほど明るく、周波数が高い（波長が短い）ほど分解能は上がるが減衰し浅部向きです。

正解3

正解は「3（ｂ・ｃ）」。X線透視で臓器の動きを撮影でき、組織を透過したX線を画像化します。神経描出はMRIが得意、造影剤はコントラスト改善が目的、空間分解能はmm以下です。

正解3

正解は「3」。入力インピーダンスは容量成分を含むため周波数に依存します。単位はΩ、増幅度とは別、信号源インピーダンスより十分大きくして信号の減衰を防ぎます。

正解1

正解は「1（α波）」。図の周波数（約8〜13Hz）と振幅から、網かけ部分はα波と判断できます。

正解5

正解は「5」。SQUID磁束計はジョセフソン効果を利用して微弱な生体磁気を計測します。磁界はベクトル量、磁気シールドルーム内で計測し、生体磁気は地磁気よりはるかに微弱です。

正解5

誤りは「5」。動脈圧波形解析法は動脈圧波形から心拍出量を推定する方法で、熱希釈用のサーモダイリューションカテーテルは必須ではありません。

正解3

誤りは「3」。インピーダンス式呼吸モニタは微弱な高周波電流（交流）を流してインピーダンス変化を測定します。直流電圧は用いません。

正解5

正解は「5」。予測式電子体温計は初期の温度上昇曲線から平衡温を推定します。センサはサーミスタで、赤外線（サーモパイル・ステファンボルツマン）は耳式体温計の原理です。

正解1

誤りは「1」。狭帯域光観察（NBI）は血管に吸収されやすい青色・緑色の狭帯域光を用います。赤色光ではありません。

正解4

誤りは「4」。光トポグラフィ（NIRS）の空間分解能は数cm程度と低く、1mmではありません。近赤外光で大脳皮質の血流変化を捉え、発声中でも測定できます。

正解5

正解は「5（ｃ・ｄ・ｅ）」。内部雑音は機器そのものから生じる雑音で、抵抗器の温度上昇による熱雑音、電子部品の接触不良、部品間の電磁誘導などが原因になります。ａの落雷とｂの接地不良は機器外部からの外部雑音（外来雑音）の要因です。

正解2

正解は「2（ａ・ｅ）」。ａのアンテナは使用波長に合わせた長さで最も効率がよく、長ければよいわけではありません。ｅの送信出力は1mW以下と定められており、50mW程度というのは誤りです。ｂ〜ｄの記述は正しい内容です。

正解3

正解は「3」。トランジットタイム型は、血流に対して順方向と逆方向に超音波を送り、その伝播時間の差から流量を求めます。赤血球で散乱された超音波の周波数偏移を測るのは超音波ドプラ血流計です。

正解5

正解は「5」。サイドストリーム方式は呼気の一部を細いチューブで持続的に吸引し、本体内のセンサで測定します。1は2波長の光を使うパルスオキシメータの説明、2はカプノメータが測るのは呼気中の二酸化炭素濃度なので酸素濃度としている点が誤り、3はセンサを気道に直接取り付けるメインストリーム方式のほうが死腔は大きく、4のウォータートラップが必要なのは吸引するサイドストリーム方式です。

正解3

正解は「3」。経皮的に測定するPtcO₂は、皮膚を通る間に酸素が消費されるため、動脈血のPaO₂よりもやや低値を示します。加温により血流を増やして誤差を小さくしますが、高値にはなりません。

正解4

正解は「4（ｃ・ｄ）」。パワードプラ法は低速血流の検出に優れ毛細血管レベルの観察に用いられ、セクタ走査は狭い肋間から広い範囲を見る心臓の観察に適します。ａは反射強度が強いほど明るく表示され、ｂはビーム幅が狭いほど方位分解能がよく、ｅの診断用超音波は数MHz帯です。

正解1

正解は「1」。PETは代謝情報を画像化する核医学検査で、空間分解能は数mm程度とX線CT（1mm以下）よりも低くなります。他の記述は正しい内容です。

正解4

正解は「4」。肺活量は最大吸気位から最大呼気位まで、思いきり吸ってから吐き出せる量で、図ではｄが該当します。図中のほかの区分は、ａが予備吸気量、ｂが吸気容量、ｃが1回換気量、ｅが全肺気量です。なお全肺気量には残気量が含まれるため、スパイロメトリーでは測定できません。

正解4

正解は「4」。応力は単位面積あたりの力なのでPa（パスカル）です。1のコンダクタンスはS（ジーメンス）、2の磁束密度はT（テスラ）、3の熱容量はJ/K、5の吸収線量はGy（グレイ）で、Svは等価線量・実効線量の単位です。

正解3

正解は「3」。SN比＝20log₁₀(信号／雑音)＝20log₁₀(1mV／50μV)＝20log₁₀(1000μV／50μV)＝20log₁₀20 です。log₁₀20＝log₁₀2＋log₁₀10＝0.3＋1＝1.3 なので、20×1.3＝26dB となります。

正解2

正解は「2」。電極と皮膚の接触インピーダンスは接触面積に反比例するため、面積を広くすると低下します。上昇するというのは誤りです。

正解2

正解は「2（ａ・ｅ）」。脳波計の標準感度は10μV/mm（＝5mm/50μV）、標準の記録速度は30mm/sです。ｂの時定数は0.3s、ｃの同相除去比は60dB以上、ｄの入力インピーダンスは数MΩ以上が必要で、いずれも値が不適切です。

正解5

正解は「5（ｃ・ｄ・ｅ）」。流量は流速×断面積で求められ、フライシュ型は細管を流体抵抗として前後の圧力差から流量を求め、熱線型は白金線の冷却度合いを利用します。ａのホール素子は磁気センサ、ｂのコンプライアンスは体積の変化を圧力の変化で割った値（体積／圧力）です。

正解1

正解は「1（ａ・ｂ）」。婦人用体温計は基礎体温の微小変化を読むため小数第2位まで4桁で表示し、深部体温計は皮膚からの熱の逃げを打ち消す熱流補償法を用います。ｃのサーモグラフィは遠赤外線、ｄの予測式電子体温計はサーミスタを使用し、ｅの耳用赤外線体温計は瞬時測定用で連続測定には向きません。

正解1

正解は「1（ａ・ｂ）」。ａの電子内視鏡は先端のCCD/CMOS素子で撮像して電気信号で伝送します（グラスファイバで像を伝えるのはファイバスコープ）。ｂの光源は本体側の光源装置にあり、ライトガイドで先端まで導きます。

正解5

正解は「5」。光トポグラフィは生体の窓と呼ばれる近赤外光（波長700〜900nm程度）を用いて、大脳皮質の酸素化ヘモグロビン量の変化をとらえます。遠赤外光は生体をほとんど透過しないため使えません。

正解4

正解は「4」。電流は I＝V/R として求めるので、電圧の誤差と抵抗の誤差が加わります。最大誤差は 4％＋2％＝6％ です（割り算では誤差率が足し合わされます）。

正解3

正解は「3」。パルスオキシメータは赤色光と赤外光の透過光をフォトダイオード（光検出素子）で受けて測定します。ホール素子は磁界を検出する素子で、パルスオキシメータには使いません。

正解5

正解は「5」。潜時T₁・T₂には神経筋接合部での遅れや筋の反応時間が含まれますが、2か所の刺激で共通なので差をとると打ち消されます。したがって伝導速度は、2つの刺激電極間の距離D₂を潜時の差(T₂−T₁)で割って求めます。

正解2

正解は「2」。パルスオキシメータは2波長の吸光度の比から酸素飽和度を求めるため、大気圧そのものは測定誤差の要因になりません（高地では実際に飽和度が下がりますが、それは正しい測定値です）。体動・末梢循環不全・異常ヘモグロビン・色素の投与はいずれも誤差要因です。

正解1

正解は「1」。経皮的血液ガス分析では、皮膚を43℃前後に加温して毛細血管を拡張させ、動脈血に近いガス分圧を得ます。2の脈波は不要、3は電極による電気化学的測定、4は新生児のモニタリングが主な用途、5は非侵襲的な方法です。

正解5

正解は「5（ｃ・ｄ・ｅ）」。超音波は音響インピーダンスの異なる境界面で反射し、その性質を利用して心室壁厚の計測や血管内超音波（IVUS）による血管断面の観察ができます。ａの生体軟部組織中の音速は約1500m/s、ｂは周波数が高いほど減衰が大きくなります。

正解1

正解は「1」。大きな駆動音がするのは傾斜磁場コイルが振動するMRIで、X線CTのほうが静かです。他の記述は正しい内容です。

正解4

正解は「4（ｃ・ｄ）」。商用交流雑音は両電極に同じように乗る同相雑音なので、差動増幅器で打ち消し、残りをハムフィルタ（50/60Hzの帯域除去フィルタ）で除去します。ａ・ｂの平均処理は高周波雑音や微弱信号の抽出用、ｅのACラインフィルタは電源側の雑音対策です。

正解5

正解は「5」。誘発脳波は自発脳波（安静時脳波）に埋もれるほど微弱なため、刺激に同期した加算平均処理で取り出します。電位変動が大きいというのは誤りです。

正解4

正解は「4」。図は左手に測定電極、右手と左足を抵抗を介して結合したものを基準としており、これは増大単極肢誘導のaVLに相当します。同様に右手を測定電極にすればaVR、左足ならaVFです。

正解2

正解は「2」。肺動脈カテーテルは右心系に留置するため、中心静脈圧・肺動脈圧・肺動脈楔入圧・心拍出量・混合静脈血酸素飽和度が測定できます。左室収縮期圧を直接測ることはできません（楔入圧が左房圧の目安になります）。

正解1

正解は「1」。耳用赤外線体温計は鼓膜から自然に放射されている赤外線を受動的に検出するもので、こちらから赤外線を照射するわけではありません。他の記述は正しい内容です。

正解5

正解は「5（ｄ・ｅ）」。モル吸光係数は物質ごとに決まる固有の値であり、透過光の強度は光路長に対して指数関数的に減少します。ａの吸光度は透過率の逆数の対数、ｂは光路長に比例、ｃの吸光度は0以上の値をとります。

正解3

正解は「3（ｂ・ｃ）」。狭帯域光観察（NBI）は粘膜表層の毛細血管を強調して表示でき、カプセル内視鏡は従来届きにくかった小腸の観察に用いられます。ａ・ｅの光源はいずれも本体の光源装置から導き、ｄのファイバスコープもカメラを付ければ記録できます。

正解2

正解は「2（ａ・ｂ・ｅ）」。超音波診断装置は超音波、X線CTはX線、光トポグラフィは近赤外光を体外から加えて計測します。ｃのPETとｄのSPECTは体内に投与した放射性医薬品から出る放射線を受け取る方式で、装置側からエネルギーを加えません。

正解3

正解は「3」。生体に不可逆的な障害を生じるエネルギー密度の下限は、およそ100mW/cm²とされています。診断用の超音波や光の出力は、これを十分下回る値に抑えられています。

正解5

正解は「5（ｃ・ｄ・ｅ）」。パルスオキシメータは発光ダイオードとフォトダイオードで透過光を測り、マニキュアや強い外光は誤差要因になります。ａは酸素分圧ではなく酸素飽和度を計測し、ｂは赤色光と赤外光の2波長を使います。

正解1

正解は「1」。正確度（真度）は測定値の平均が真の値にどれだけ近いかを表します。Aの分布は中心が真値80mg/dLの近くにあるのに対し、Bの中心は大きくずれているため、Aのほうが正確度が高いといえます。一方、ばらつき（分布の幅）はBのほうが小さいので、精密度はBが優れており、偶然誤差もBのほうが小さくなります。

正解5

正解は「5」。圧電素子は力や振動を電圧に変換する素子で、超音波の送受信にも使われます。1の差動トランスは変位、2のCdSは光、3のホール素子は磁場、4のストレインゲージはひずみを検出します。

正解4

正解は「4」。商用交流雑音は2つの入力電極に同じ大きさ・同じ位相で乗る同相信号です。差動増幅器は2入力の差だけを増幅し同相成分を打ち消すため、これを効率よく除去できます。

正解4

正解は「4（ｂ・ｃ・ｄ）」。医用テレメータでは電波の届きにくい場所に漏洩同軸ケーブルを敷設し、フェージング対策にダイバーシティアンテナ、受信感度の向上にブースタを用います。ａのA型送信機の帯域幅は12.5kHz、ｅの周波数バンドは6バンドに分類されます。

正解2

正解は「2」。パルスドプラ法では、繰り返し送信するパルスの周波数（PRF）の1/2を超えるドプラ偏移は正しく測れず折り返し（エイリアシング）が生じます。したがって測定できる最大血流速度はPRFに依存します。

正解5

正解は「5」。経皮的二酸化炭素分圧は、加温した皮膚から拡散してくるCO₂をセバリングハウス型（pH電極を応用した）電極で測定します。赤外光の吸光度を使うのは呼気ガスを測るカプノメータです。

正解2

正解は「2（ａ・ｅ）」。MRIが画像化するのは水や脂肪に含まれる水素原子核（プロトン）の分布で、炭素ではありません。また石灰化や骨は水素が少なく信号が出にくいため、描出はX線CTのほうが得意です。

正解1

正解は「1」。ファイバスコープも電子内視鏡も、光源は本体側の光源装置にあり、ライトガイドファイバで先端まで光を導きます。先端に光源が付いているわけではありません。

正解4

正解は「4（ｂ・ｃ・ｄ）」。スパイロメトリーは口元で出入りする空気の量を測るため、最大吸気量・予備呼気量・1回換気量・肺活量・1秒率などが測定できます。ａの全肺気量とｅの機能的残気量は、吐ききっても肺に残る残気量を含むため測定できません（ガス希釈法などが必要です）。

正解3

正解は「3」。自己相関関数は信号を時間をずらした自分自身と比べる処理で、雑音に埋もれた周期的な成分を取り出すのに有効です。1の微分は高周波を強調、2の移動平均は高周波の除去、4のフーリエ変換は周波数解析、5のウェーブレット変換は時間と周波数の同時解析に用います。

正解1

正解は「1」。脳磁計が扱う磁界は10⁻¹³T程度と極めて微弱なため、超伝導量子干渉素子（SQUID）を用い、液化ヘリウムで冷却し、磁気シールド室内で計測します。ホール素子ではこの微弱な磁界を検出できません。

正解3

正解は「3」。カテーテル内が血栓で狭くなると圧波形の伝達が鈍り（オーバーダンピング）、波形がなまって最高血圧は低く、最低血圧は高く表示されます。5の共振はむしろ最高血圧が高く出るアンダーダンピング、1・4はゼロ点のずれで全体が上下します。

正解2

正解は「2」。フライシュ型ニューモタコグラフは細管を束ねた抵抗体を置き、その前後の圧力差（差圧）から流量を求めます。3の熱線式は放熱量、4の超音波式は伝播時間、5のタービン型は回転数を利用します。

正解2

正解は「2」。婦人用体温計は基礎体温のわずかな変化を読み取るため、小数第2位まで表示し一般用より高い精度が求められます。1の深部体温には専用の深部体温計が必要、3のセンサはサーミスタ、4は予測式のほうが短時間、5のヒータは内蔵していません。

正解4

正解は「4」。時間差分法（DSA）は造影剤の投与前後の画像を引き算して血管だけを描出する手法です。1のCT値は水を0、空気を−1000とする基準、2のスライス厚は0.5mm〜数mm、3の空間分解能は1mm以下、5のヨード系造影剤はX線をよく吸収します。

正解4

正解は「4」。SPECT（単光子放出断層撮影）が検出するのは、放射性医薬品から放出されるγ線（単光子）です。中性子線ではありません。他の記述は正しい内容です。