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期末試験 20. 1. 25 出題問題
選択問題 ７０問
講義ホームページのスライドに載っている問題すべて＋α。
記述問題 １０問
入力換算雑音が１μV の増幅器で、１０mV の入力信号を測定すると
S/N比は何デシベルか。
C(F)のコンデンサとR(Ω)の抵抗のCR直列回路に角速度ωの交流電
流が通るときのインピーダンスZを計算して下さい。
C(F)のコンデンサとＬ(Ｈ)のインダクタンスのCＬ並列回路に角速度ω
の交流電流が通るときのインピーダンスZと共振周波数 ｆ （Ｈｚ）を計算
して下さい。
C(F)のコンデンサとR(Ω)の抵抗のCR結合回路の時定数τ(＝CR )が
時間の次元になる（単位が 秒 になる）理由を説明して下さい。
電力会社が商用電力を交流電圧で供給する理由を説明して下さい。
入力インピーダンスの低い測定器は人体から発生する電圧を正確に
測定できない（インピーダンス不整合による電圧降下）。
その理由を説明して下さい。
ホイートストンブリッジ回路で、対向する抵抗値の積が等しい場合には
対角線の電流が０になる。その理由をキルヒホッフの法則を用いて
説明して下さい。
不分極電極について説明して下さい。
心電図を正確に測定するために臨床検査技師が注意することは何か。
増幅率Aのオペアンプに R1, R0 (Ω) の
抵抗を接続した反転増幅回路の
増幅率を計算して下さい。
入力換算雑音（測定装置が発生する雑音）の限度
信号電圧
心電図 １～５ｍV
脳波
１～５００μV
筋電図 0.01～１０ｍV
入力換算雑音
１０μV 以下
３μV 以下
５μV 以下
入力換算雑音が１０μV の増幅器で、
１mV の入力信号を測定すると、S/N比は
S/N 比 = 20 log10 ( Signal / Noise )
= 20 log10 ( 1mV / 10μV )
= 20 log10 (10 2)
= 40
答 ４０ ｄＢ
S/N 比
信号対雑音比
Signal / Noise ratio
入力信号、または出力信号における
測定したい信号（Signal）と、ノイズ（Noise）の比率。
単位は dB。 S/N 比 は、大きいほうが望ましい。
入力換算雑音 （内部雑音）
測定装置の入力端子間を、抵抗器でつないで
入力信号がない状態で出力される信号の大きさ。
測定器自体が発生するノイズ（内部雑音）の大きさ。
Peak to peak 電圧で表示。 小さいほうが望ましい。
１８年国家試験
解答 ５
ＣＲ結合回路の時定数（τ time constant ）
τ（sec）＝Ｃ（F） ｘ Ｒ（Ω）
遮断周波数（Ｈｚ） ＝ １／（２πＣＲ）
(抵抗電圧では、低周波遮断周波数)
（コンデンサ電圧では、高周波遮断周波数）
一般的に、抵抗電圧を使って
低周波遮断フィルタ（＝微分回路）として
利用する場合が多い。
（測定したい波形よりも緩やかな波形（ドリフト）を除去する）
心電計や脳波計にも ＣＲ結合回路が利用されている。
心電計の時定数は ３ 秒 (教科書的には ３.２秒以上)
遮断周波数＝１／（２πｘ ３） ＝ ０．０５ Hｚ
0.05 とは 1/20 = 3/60。 １分に３回以下の振動しか
示さない緩い波は、ドリフト雑音なので測定しない。
脳波計の時定数は、０．３ 秒
遮断周波数＝１／（２πｘ ０.３） ＝ ０．５３ Hz
0.5 とは 1/2 = 30/60。 １分間に３０回以下しか振動
しないような緩い波は、脳波ではないので測定しない。
脳波の種類
0.5 Hz 以下の脳波は存在しないので遮断する。
δ（デルタ）波
０.５～４Hz 未満
θ（シータ）波
４～８Hz 未満
ぐっすり寝ている時に現れる。
とろとろと眠くなって来た時に現れる。
α（アルファ）波 ８～１３Hz 未満 脳の休めている部位に現れる。
β（ベータ）波 １３～４０Hz 未満 精神活動している部位に現れる。
１８年国家試験
解答 ３，４
CCD (Charge Coupled Device Image Sensor)
CCD は固体撮像素子のひとつで、ビデオカメラ、
デジタルカメラなどに広く使用されている
CMOS FET を用いた半導体素子による
画像センサである。
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
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。
ストレインゲージ (圧力、歪みセンサの一種)
strain 【名】 ひずみ, 変形.
gauge 【名】 計測器
シリコンゴム管に電解液を
封入したチューブなど。
引っ張ると電気抵抗が大きくなる。
呼吸センサ、観血式血圧センサ（患者の動脈に挿入された
カテーテルを介して血圧を測定）などに利用。
Po2電極
Po2 測定
銀Ag-AgCl電極と白金Pt電極
間に電圧をかけて、
溶液中の酸素による還元電流を
測定。 （ポーラログラフ法）
酸素分圧測定用電極として
白金電極を用いたものが
クラーク電極である。
イオンセンサ
化学センサ
ISFET Ion Sensitive Field Effect Transistor
(イオン感応性 電界効果トランジスタ)
ISFETのゲート上の イオン感応膜 に溶液が接すると､
溶液中のイオン活量に応じて電圧が発生する。
イオン感応膜にSiO2 -Si3N4 を使用すると
水素イオンに感応し、pHセンサになる｡
従来のガラス電極法に比べると
イオン感応膜を変えることで
CO2測定なども可能、
測定時間が短い、装置の小型化
消耗品の減少などの利点がある。
２００５年 国家試験
光電脈波計
末梢血管の血行状態を測定する装置。
爪などに光を当て、その反射量をCdSで測定する。
抹消血管容積に比例する曲線が得られる。
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。
CdTe カドミウム テルル （カドテル） 半導体素子
赤外線が当たると抵抗値が変化する。
温度計、赤外線センサ、サーモグラフィに
利用される。
１８年国家試験
解答 １，５
感知電流
体表に流れる電流を感知するときの電流値。
商用１００V交流で 約１ｍA が、最小感知電流。
交流の周波数が上がると、電流を感じにくくなる。
（１ｋHz 以上では 周波数に比例して電撃閾値が上る。）
女性の方が低い電流を感知する（電撃閾値が低い）。
離脱電流
１０ｍA 以上では、筋肉の不随意収縮が生じ、
自らの意思で動けなくなる。これを離脱電流という。
１００ｍA 以上の電流が体表を通ると、心筋に １００μA
以上の電流が通り、心室細動の危険がある。
許容量は、危険値の１０％
マクロショック
患者体表に着けた電極、患者の手などを介して受ける電撃。
許容電流は、１００μA （1ｍA で電流を感じる（感知電流））
ミクロショック
ICU、CCU、手術室などで、心臓カテーテルの電極を
介して受ける電撃。 直接、心臓に流れる電撃。
許容電流は、１０μA （100μA で心室細動の危険がある）
(正常の心筋収縮運動とは無関係な不規則運動)
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。
２００３年
国家試験
解答 ２，５
低周波遮断回路 ＝ 細かい振動を通す
＝ 変動成分を抽出
＝ 変化量の抽出 ＝ 微分
高周波遮断回路 ＝ 緩い振動を通す
＝ 変化の乏しい成分を抽出
＝ バイアスの抽出 ＝ 積分
２００２年
国家試験
解答 ５
トランジスタの欠点
電流増幅素子なので、入力電極間に電流が流れないと
動作しない。
入力に電流が流れる＝入力インピーダンスが低い
ベース、コレクタ、エミッタの各端子の間の抵抗値が小さい。
端子間に電流が常に流れている。
半導体の内部で電子と正孔が常に動いているので
発熱しやすい。 高密度な集積回路には向かない。
温度で増幅率が変動する。
この問題を解決するために
ＦＥＴが作られた。
ＦＥＴ
Field Effect Transistor
1960年に アメリカのベル研究所で、カーンらが発明。
ベル研究所は、真空管と動作が類似したＦＥＴを、
先に作ろうとしていた。
トランジスタは、ＦＥＴの開発段階で作られたもの。
トランジスタに比べ、端子間の抵抗値が高く
（インピーダンスが高い）、
発熱量が低く、より低消費電力化、小型化、高集積化可能。
現在の集積回路にはＦＥＴが多く使われている。
SQUID 脳磁図計
発光ダイオード LED Light Emitting Diode
順方向に電圧をかけたときに
PN接合部で電子と正孔が再結合する。
結合すると、電子と正孔の状態で離れていた
ときよりもエネルギー状態が低くなるので、
再結合時に余ったエネルギーを電磁波として
放出する。
半導体に別の元素を混ぜることで
放出電磁波の周波数を、赤、黄、青、白色など
の可視光線になるように調整している。
電球よりも少ない電力で明るい光が得られる。
ツェナーダイオード （定電圧ダイオード）
ダイオードの両端の電圧がほとんど
変化しないダイオード。
定電圧電源回路に利用される。
フォトダイオード
発光ダイオードと逆の働きをするダイオード。
光が当たると、そのエネルギーで
PN接合部に電子が流れ、電流が通る。
光センサとして利用される。
臨床工学技士ＣＥを志す人は、ぜひ在学中に
第２種ME技術実力検定試験を受けて下さい。
保健学科図書館に参考書、問題集を入れました。
３年前期のＭＥ実習で北大ＭＥ管理室の見学実習
があります。
手術室、透析室などの医療現場では
臨床工学技士（CE）が非常に不足している。 特に
臨床検査技師の資格を持つＣＥが求められている。
（CEは採血等、患者に触れる医療行為ができない。）
卒業後１年間のCE受験資格取得コース
（半年間の北里大学（新潟県長岡市）での講義
および半年間の関東での病院研修）を勧めます。
短大２３期生のCE進学者は１名。北大病院勤務中。
１期生のCE進学者は３名。