期末試験 22. 1. 22...

期末試験 22. 1. 22 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 ＋ α

記述問題 １０問 以下の問題または類似問題類

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）を計算の交流電流が通るときのインピ 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）。測定できない（インピ 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。

ブ ジ 路 対向する抵抗値 積が等 場合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説明して下さい。

不分極電極につ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。

マクロショックマクロショック

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)(正常の心筋収縮運動とは無関係な不規則運動)

感知電流

体表に流れる電流を感知するときの電流値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）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

１０ A 以上では 筋肉の不随意収縮が生じ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。自 意思 動けなくなる。 れを離脱電流 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。

センサ sensor （トランスデューサ）の実験

温度や明るさの情報を、抵抗値や電圧などの

電気信号情報に変換するセンサの動作を確かめる電気信号情報に変換するセンサの動作を確かめる。

サーミスタ Thermistor 温度の情報を 抵抗値に変換するセンサ温度の情報を、抵抗値に変換するセンサ

サーミスタ の端子を、ワニぐちコードでテスターの

プラスおよびマイナス端子に接続プラスおよびマイナス端子に接続。

テスターの COM端子に黒コードテスタ の COM端子に黒コ ド、

V、Ω 端子に赤コードを接続。、 赤 接続

ロータリースイッチはΩに設定。

サーミスタ の先端を、指で触れて温めたり

金属に触れさせて冷やしたりして金属に触れさせて冷やしたりして、

サーミスタは 温度上昇で抵抗値が下がることをサ ミスタは、温度上昇で抵抗値が下がることを

確認してください。

CdS カドミウムセル 硫化カドミウム

明るさの情報を 抵抗値に変換するセンサ明るさの情報を、抵抗値に変換するセンサ

CdS の端子を、ワニぐちコードでテスターの

プラスおよびマイナス端子に接続プラスおよびマイナス端子に接続。

テスターの COM端子に黒コードテスタ の COM端子に黒コ ド、

V、Ω 端子に赤コードを接続。、 赤 接続

ロータリースイッチはΩに設定。

CdSの先端を、ライトで照らしたり、

手でおお て暗くしたりして手でおおって暗くしたりして、

CdS は 明るさ（明度）の上昇で抵抗値が下がるCdS は、明るさ（明度）の上昇で抵抗値が下がる

ことを確認してください。

フォト ダイオード Photo Diode 明るさの情報を 電圧に変換するセンサ明るさの情報を、電圧に変換するセンサ

フォトダイオードの端子をワニぐちコードでテスターの

プラスおよびマイナス端子に接続プラスおよびマイナス端子に接続。

テスターの COM端子に黒コードテスタ の COM端子に黒コ ド、

V、Ω 端子に赤コードを接続。、 赤 接続

ロータリースイッチは V に設定。

フォトダイオードの先端を、ライトで照らしたり、

手でおお て暗くしたりして手でおおって暗くしたりして、

フォトダイオードは 光を当てると電圧を発生するフォトダイオ ドは、光を当てると電圧を発生する

（発電、起電力が発生する）ことを確認してください。、 す

抵抗器 １個４円

ホイートストン ブリッジ回路 の実験

ブリッジの対角線にあたる部位（青のコード）を

テスタ の COM 端子と A 端子につなぐテスターの COM 端子と、μA 端子につなぐ。

テスターのロータリースイッチを μA に設定するテスタ のロ タリ スイッチを μA に設定する。

R3 （緑のコード）に 1kΩ（茶黒赤）の抵抗をつなぐ。

電池の出力をブリッジ回路の両端につなぐ電池の出力をブリッジ回路の両端につなぐ。

R４ の可変抵抗のつまみを回して、対角線の電流が

０ に なる個所があることを確認する。

その時の可変抵抗の抵抗値が何Ωになるかその時の可変抵抗の抵抗値が何Ωになるか、

Ｒ１，２，３ の抵抗値から計算してください。Ｒ１，２，３ の抵抗値から計算してください。

R3 （緑のコード）に ＣｄＳ（カドミウムセル）をつなぐ。

ＣｄＳ を 指でおおったり、光を当てたりして、

対角線の電流が変化することを確認する。

ホイ トストン ブリ ジ回路がホイートストン ブリッジ回路が、

明度計になっていることを理解して下さい明度計になっていることを理解して下さい。

心電計 の実験 ECG （ Electro Cardiogram ）心電計を用いた心電図測定を行う。

差動増幅回路 雑音を抑制する回路の動作原理差動増幅回路、雑音を抑制する回路の動作原理、

デジタル オシロスコープ の特徴を理解するデジタル オシロスコ プ の特徴を理解する。

各回路ブロック の 働き

心電計 入力端子

差動増幅回路 （回路図ブロック a ） に シ ルド線を接続差動増幅回路 （回路図ブロック a ） に、シールド線を接続。

赤クリップをプラス入力、黄クリップをマイナス入力に接続。

接地端子接地端子 接地端子接 端

差動増幅器 差動増幅回路 差動アンプ

Differential amplifierDifferential amplifier

２つの電極の電位信号を入力して、それぞれの成分の

同じ位相 の信号成分 （同相信号） を抑制して、

違う位相 の信号成分 （逆相信号） を増幅する違う位相 の信号成分 （逆相信号） を増幅する。

シールド線は、内部の導線を囲むように接地線が覆ってある。

導線（ケーブル）からの交流雑音の混入を防ぐ機能をもつ。導線（ケ ブル）からの交流雑音の混入を防ぐ機能をもつ。

接地線と接続している黒いワニぐちクリップを

回路の接地端子（シ ルド端子）につなぐ回路の接地端子（シールド端子）につなぐ。

電極側に、心電図電極の端子をつなぐ。電極側に、心電図電極の端子をつなぐ。

電極の接着力は、軽く洗って乾かせば数回復活するので、

使えなくなるまで利用してください使えなくなるまで利用してください。

２個の心電図電極を 手首または足首に 貼り付ける。

まず 左右手首（内側が良い）に付けて下さい。まず、左右手首（内側が良い）に付けて下さい。

左手に赤（＋）クリップ、右手に黄（－）クリップ。

その他の誘導電圧の観察も試みてくださいその他の誘導電圧の観察も試みてください。

心電図 の 標準肢誘導

第 Ⅰ 肢誘導 左手 プラス 右手 マイナス

第 Ⅱ 肢誘導 左足 プラス 右手 マイナス第 Ⅱ 肢誘導 左足 プラス 右手 マイナス

第 Ⅲ 肢誘導 左足 プラス 左手 マイナス第 肢誘導 足 ラ 手 イナ

Ⅰ左手右手 左手右手

心筋から発生する

Ⅱ Ⅲ

電流の向き

Ⅲ

左足Ⅱ ＝ Ⅰ ＋ Ⅲ

デジタル オシロスコープ ユニット を PC にUSB接続する （２本 バスパワ USB 電源もUSBから供給）USB接続する。（２本：バスパワーUSB、電源もUSBから供給）

入力 CH１ に、ケーブルを接続する。入力 CH１ に、ケ ブルを接続する。

PC の デスクトップ にある SoftScpoe2 の アイコンを

ダブルクリックする。

Digital OscilloscopeDigital OscilloscopeUnit 105000円

心電計の出力端子を、デジタルオシロスコープの入力につなぐ。

心電計出力の青クリップは 接地端子。オシロスコープの黒につなぐ。心電計出力 青クリッ 接地端子。オシ 黒 なぐ。

接地端子に、箱のアルミ箔と導通した緑クリップもつなぐ（アース線）。

心電計出力の赤クリ プを オシロスコ プの赤につなぐ心電計出力の赤クリップを、オシロスコープの赤につなぐ。

心電計の電源を ON にする。

PC画面で、デジタルオシロスコープの調整を行う。

表示電圧は 50～500mV 表示時間幅は 200ms （１目盛り 0 2 秒）表示電圧は 50～500mV、表示時間幅は 200ms （１目盛り 0.2 秒）

にする。

１秒 １秒

心電図の波形

P波 心房の興奮 （ 電流が 洞房結節 から 房室結節に 伝わる過程 ）P波 心房の興奮 （ 電流が 洞房結節 から 房室結節に 伝わる過程 ）

QRS波 心室筋の興奮、脱分極 （ 心室筋の収縮開始 ）Q 波 筋 興奮、脱分極 （ 筋 収縮開始 ）

T波 心室筋の再分極 （ 心室筋の収縮終了 ）

P 0.06～0.1s

R

P 0.06 0.1s心房興奮は0.1秒以下

PQ 0 12 0 2PQ 0.12～0.2s房室興奮伝達は0.2秒以下 P

T

QRS 0.06～0.08s心室興奮は 0.08秒以下

P

心室興奮は 0.08秒以下

QT 0.3～0.45s心室収縮の間隔は0 45秒以下

Q S心室収縮の間隔は0.45秒以下

P波 QRS波 T波

生体信号は微弱な上に、様々な ノイズ が重なっている。

ドリフト ノイズ （周波数 0.5 Hz 程度）

胸郭の呼吸変動等による低周波ノイズ 基線変動を起こす胸郭の呼吸変動等による低周波ノイズ。基線変動を起こす。

電極の装着不良、発汗、緊張、深呼吸で増強される。

電源回路の電圧変動でも、出力信号に変動を生じる。

商用交流ノイズ (Hum) （周波数 50Hz) (西日本では 60Hz）

壁をはう 100V 交流電源の電線や、装置内部の電源回路の壁をはう 100V 交流電源の電線や、装置内部の電源回路の

トランスなどから、周波数５０Hzの電磁波が出ている。

検査ベ ド位置 夫 線 接地など 抑制 きる検査ベッド位置の工夫、アース線の接地などで抑制できる。

筋電図 (EMG El t M ) （周波数 5 2000 H ）筋電図 (EMG Electro Myogram) （周波数 5～2000 Hz）

電極と測定臓器の間に、近傍の筋肉から生じる電圧変動が

測定値に加わるノイズ。体動、緊張、低温で増強される。

深呼吸による ドリフトノイズの出現を観察し、記録する。

手を強く握って 筋電図の混入を観察し 記録する手を強く握って 筋電図の混入を観察し、記録する。

これより、心電図を測定する場合、被検者にどのような注意

を伝える必要があるか考察してください。

D ift i M l iDrift noise Muscle noise

商用交流雑音を抑制する手段

１ 検査時の心得１．検査時の心得

（アースの接続、電源コードを被検者や装置から離す、など）

心電図回路、電極ケーブルや被検者にACコードを近づけて

心電図 商用交流雑音 増加を観察し くださ心電図の商用交流雑音の増加を観察してください。

２ 回路の工夫 （差動増幅回路、帯域除去器（BEF））２．回路の工夫 （差動増幅回路、帯域除去器（BEF））

回路図の ブロック ｆ は、５０Hzの周波数成分を除去する

帯域除去フィルタ （BEF）。帯域除去フィルタ （BEF）。

除去の強さは、出力段にある可変抵抗器（VR）で変化する。

VRつまみを 左に回すと フィルタが弱くなり、右に回すと強くなる。

フィルタを弱めると 心電図に混入する商用交流雑音（ハム）がフィルタを弱めると 心電図に混入する商用交流雑音（ハム）が

増加することを観察してください。

観察が終了したら、フィルタを最強に戻してください。

ノイズが混入した波形を 周波数解析する。

をク ク を選択するメニューの Util をクリックして FFT を選択する。

FFT （フーリエ解析、フーリエ変換） Fast Fourier Transform波形信号の中に、どの周波数成分がどれだけ入っているかを調べる。波形信号 中 、 周波数成分 れ け入 る を調 る。

フィルタを強くすると、５０Hzの信号成分が抑制されることを観察する。

心電図波形成分Scale TypeはScale TypeはLinear を選択（クリックする）

商用交流雑音

（クリックする）

商用交流雑音成分（Hum）

回路図の ブロック e は、負帰還増幅回路（反転増幅回路）。

変抵抗を 右 すと増幅率が上がり１０ｋΩ可変抵抗を 右に回すと増幅率が上がり、

左に回すと下がることを 心電図波形を観察しながら左に回すと下がることを、心電図波形を観察しながら

確認して下さい。 増幅率 = - ３０ｋ / （０～１０ｋ） になる。確認して下さい。 増幅率 ３０ｋ / （０ １０ｋ） になる。

増幅率を大きくすると、波形に占める雑音の比率が下がり

良好な波 を得るが 基線 変動が大きくなり 安定 なる良好な波形を得るが、基線の変動が大きくなり不安定になる。

適切な増幅率を 波形を観察しながら求めて下さい適切な増幅率を、波形を観察しながら求めて下さい。

電圧レンジは 50 mV

電圧レンジは 500 mV

増幅率 小 増幅率 大

電

差動増幅器と 反転増幅器の 間の回路は、 周波数フィルタ。

路ブ ク と 低 波遮断 タ （微分 路）回路ブロック ｂ と d は、低周波遮断フィルタ （微分回路）。

回路ブロック c は 高周波遮断フィルタ （積分回路）回路ブロック c は、高周波遮断フィルタ （積分回路）。

周波数フィルタを OFF にする。

差動増幅器の出力を差動増幅器の出力を

直接、反転増幅器に

つないで、心電図の波形

と周波数成分を観察する。

周波数フィルタがないと、広い範囲の周波数雑音が混入し、

心電 波 が とんど見 な とを確認 さ心電図波形がほとんど見えないことを確認して下さい。

周波数フィルタで 0 03 Hz ～ 13 Hz の狭い範囲の信号周波数フィルタで、0.03 Hz ～ 13 Hz の狭い範囲の信号

だけを負帰還増幅器に渡していることを理解して下さい。だけを負帰還増幅器に渡していることを理解して下さい。

フーリエ変換で

広範囲な周波数の

雑音が認められる。雑音が認められる。

雑音の少ない心電図波形の周波数成分は

程度 狭 範 信 だ を0.03 Hz ～ 13 Hz程度の狭い範囲の信号だけを

含む含む。

観察したい心電図信号の

周波数範囲は狭い周波数範囲は狭い。