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１９年国家試験　　　　　　　　　　解答　５

１９年国家試験　　　　　　　　　　解答　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１００ V 交流で 約 １ｍ A 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。 （１ｋ Hz 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 １０ｍ A 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。 １００ｍ A 以上の電流が体表を通ると、心筋に １００ μA 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％

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１９年国家試験　　　　　　　　　　解答　５

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  1. １９年国家試験　　　　　　　　　　解答　５１９年国家試験　　　　　　　　　　解答　５

  2. 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。

  3. 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)

  4. １９年国家試験　　　　　　　　　　解答　１１９年国家試験　　　　　　　　　　解答　１ 非接地配線　＝　フローティング回路

  5. 通常のコンセントは 片側がアースに 接続されている。 （接地配線方式） 接地配線方式では 機器がショートする などの過電流が流れ ると、ブレーカーが落 ちるようになっている。 生命維持装置などの 使用には、接地配線 方式は危険。

  6. 保護接地端子を備えた 病院内の３Pコンセント 赤いコンセントは停電時にも 電源が確保される非常電源。

  7. 非接地配線方式では、１００Ｖの交流を機器に　　直接つながず、非接地配線方式では、１００Ｖの交流を機器に　　直接つながず、 トランスを介して（絶縁トランス）、１００Ｖ交流を　　供給している。 非接地配線方式では、機器がショートして過電流が流れても 機器自体は故障しても、同じコンセントから電源をとっている機器には影響がない。

  8. フローティング　Floating 漏れ電流の発生箇所は、装置の電源回路。 特に商用交流電源を利用した電源回路が原因。 被検者に着ける電極と、電源回路が電気的につながって いると、漏れ電流を防ぐのは困難。 そこで、電源回路から増幅回路に供給する電力を、 トランス（絶縁トランス）を介して渡す絶縁方法がある。 これを、フローティングという。 電気的に浮いた状態を示す。 電源に、電池やバッテリを使うのも有効なフローティング。

  9. フローティング

  10. 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。

  11. １９年国家試験　　　　　　　　　　解答　２、５１９年国家試験　　　　　　　　　　解答　２、５

  12. 平滑回路 脈流信号の、交流成分を除去 して直流信号に近づける回路。 ろ波（濾波）回路　ｐａｓｓ filter 高域ろ波回路　high-pass filter 高周波信号を通過させ、低周波を除去する回路 　低域ろ波回路　low-pass filter 低周波信号を通過させ、高周波を除去する回路 　　 平滑回路は、低域ろ波回路を用いる。　

  13. 高域ろ波（濾波）　= 高周波を通すフィルタ= 低周波フィルタ

  14. 負帰還回路　 （ NFB :Negative Feedback ） 出力を目標値と比較して、出力の値を自動制御する回路。 帰還 （feedback）は、結果を入り口に返すということ。負帰還の「負」は、出力の結果を負の情報として戻して 比較することを意味する。 増幅器に 負帰還回路を付けると、 増幅回路の周波数特性が良くなり、　 入力信号の安定した増幅、ノイズの抑制ができる。 ただし、増幅率は低下する。

  15. 負帰還型 安定化電源回路 基準電圧（ツェナーダイオードなどで発生させる）と 実際に出力されている電圧との差を増幅して 電流制御用トランジスタを使って出力電圧を制御する。 （ベース電流を変化させるとコレクタ電流が大きく変化する）

  16. 負帰還回路による増幅率の直線性の改善 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。

  17. 負帰還回路による増幅率の周波数特性の改善 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。

  18. 変調　modulation 情報信号を伝送用信号に混ぜて送信する操作

  19. 差動増幅器　　差動増幅回路　　差動アンプ Differential 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。

  20. 多くの生体信号は、脈流電圧信号である。 （直流電圧成分を、バイアス電圧という。） 測定したい信号は、交流成分だけ。 差動増幅回路を使うと、２つの電極から得る電圧信号の バイアス成分が相殺されて、交流成分だけを増幅できる。 bias 【名】 先入観、偏見、〔電気〕偏倚(へんい)、〔統計〕偏り

  21. 同相信号除去比　（ 同相除去率、 弁別比 ） CMRR( Common Mode Rejection Ratio ) 差動増幅器の性能を評価する指標。 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

  22. 差動信号増幅率 Ad 同相信号増幅率 Ac 入力電圧の差動成分を Vd、　同相成分を Vc、 出力電圧を Vout とすると、　Vout = Ad Vd + Ac Vc CMRR ( = Ad/Ac ) が大きいほど、良い差動増幅器である。 （CMRR は、同相ノイズを抑制する能力を示す。） 標準的な差動増幅オペアンプの CMRR は、10000 (80 dB) 程度。 ( Ad が　30 （30 dB） 、 Ac が 0.003 (-50 dB) ) 差動増幅回路中には、２つの同じ増幅器が含まれているが、 電子素子の性能にはばらつきがあり、全く同じ増幅率のもの は作れない。出来上がったオペアンプ ICで、CMRR が高い ものが高価な商品となり、低いものが安く売られている。　

  23. 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）を 　　抑制できる。 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。

  24. 平成１８年　国家試験 解答　１

  25. 同相信号（ノイズ）の抑制と逆相信号（生体信号）の増幅同相信号（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

  26. １９年国家試験　　解答　４ 利得　Gain (dB) = 20 log10(増幅率) 差動成分増幅率 Ad = 100 ( 40 dB = 20 log 102 ) 同相成分増幅率 Ac = 0.1 ( -20 ｄB = 20 log 10-1 ) 弁別比　CMRR = Ad/Ac = 100/0.1 = 1000 倍 dB で表現すると、20 log 1000 = 20 x 3 = 60 dB

  27. CMRR を 直接、 利得（Gain (dB) ) で計算する方法 差動成分利得　Gｄ (dB) 同相成分利得　Gc (dB) 弁別比　CMRR = Gd – Gc (dB) 　（ 対数は、割り算を 引き算 に変換する関数 ） Gd = 40、 Gc = -20 なので　 CMRR = 40 – (-20) = 60 dB

  28. １８年国家試験　　　　　　　　　　　解答　５１８年国家試験　　　　　　　　　　　解答　５

  29. コンデンサの単位　：　ファラッド ( F ) コンデンサが蓄える静電容量（キャパシタンス）の限度。 capacitance 【名】 静電容量 capacity 【名】 収容能力 １対の金属板に、それぞれプラスマイナス１（Ｃ）の 電荷量が蓄えられた状態で１（Ｖ）の電圧を示す コンデンサの静電容量を１（Ｆ）とする。 静電容量Ｃ（Ｆ）のコンデンサの 端子間電圧がＥ（Ｖ）のとき、 蓄えられた電荷量Ｑ（Ｃ）は Ｑ＝ＣＥ　　　　　Ｃ＝Ｑ／Ｅ （電圧が１Ｖのときは、Ｑ＝Ｃ　） コンデンサの電荷量が静電容量 に達すると、直流電流を通さない。

  30. 電力　P　（ Power ） 単位　ワット　W ＝ J / sec 電気抵抗をもつものは、電流（直流でも交流 でも） が流れると電気エネルギー （電力）を消費する。 抵抗を通る電力は、熱（ジュール熱）になる。 ジュールの法則　Joule's law １秒間、I (A) の電流を 電圧 E（V) で流した時の 電力 P （W） は、 P = E IE = I R を代入すると P = R I 2 ( P : 電力（W) E : 電圧（V） 　I : 電流（A)R : 抵抗（Ω） ) 　ｔ 秒間、電流を流した時の電力は、　P ｔ 　(J)

  31. 1840年、ジュールは抵抗の中で電流が熱を発生することを見つけ、熱がエネルギーであることを発見し、さらに、エネルギー保存則を発見した。1840年、ジュールは抵抗の中で電流が熱を発生することを見つけ、熱がエネルギーであることを発見し、さらに、エネルギー保存則を発見した。 エネルギー量（仕事量）の単位 : ジュール　（J） １（W) ＝ １（V） x １（A） １（J) ＝ １（Ｗ） x １（ｓｅｃ） ＝１（V) x １（A) ｘ１（ｓｅｃ） W = J / s （ Ｊ ＝ Ｗｓ （ワット秒）） 　（ 3600 Ｊ ＝ Ｗh （ワット時）） １ ｃａｌ （カロリー） ＝ 4.18605 J 　　水１ｇの温度を１気圧の状態で１℃上げる熱量

  32. インピーダンス　impedance 【名】 • １　〔電気〕　インピーダンス　 交流回路における電気抵抗; 単位 Ω（オーム） • ２　障害(物). 電気抵抗をもつものは、抵抗器のほかに コンデンサ（キャパシタンス）、コイル（インダクタンス） がある。 直流電流と異なり、交流電流には周波数があり、 キャパシタンス、インダクタンスのインピーダンスは 周波数（電流の振動数）で変化する。

  33. inductance 【名】　 　　誘導係数（ 電磁誘導を生じる程度、大きさ ）、 インダクタンス( = 誘導子 （コイル） ） コイルの電気的な本質はインダクタンスなので、 電気回路学では、コイルを インダクタンス と呼ぶ。 電磁誘導　electromagnetic induction コイルの中で磁石を動かすと電圧が生じる。 コイルの電流が変化すると磁界が生じ電圧が発生する。 induction【名】 誘導、誘発

  34. インダクタンス （コイル）の単位　：　ヘンリー ( Ｈ ) コイルに流れる電流が１秒間に１(Ａ)変化したときに コイルに発生した電圧が１(Ｖ)のとき、 コイルの（１巻き分の）インダクタンス L を１(Ｈ)とする。 インダクタンス　L （誘導係数　Inductance） コイルに流れる電流の変化で、コイル内部の磁界が 変化し、コイルに電圧（起電力）が発生する性質 起電力（V) ＝　ｎ　Ld I／ｄｔ 　　（n は巻き数） （＝　インダクタンス　ｘ　電流の１秒間の変化） 　電流の変化率が大きいときに高い電圧が生じる

  35. 伝導度　（導電度）　G　　コンダクタンス　伝導度　（導電度）　G　　コンダクタンス　 conductance【名】 〔電気〕 コンダクタンス、電気伝導度 電気抵抗 R （レジスタンス）の逆数。　　 電流の流れやすさを示す。 レジスタンス 　R の単位　オーム　　　（Ω） コンダクタンス G の単位　ジーメンス　（S）G = 1 / R オームの法則　 E = IR　→　E = I / G、　　I = E G （ 電流　＝　電圧 x 電流の流れやすさ ） コンダクタンスを使うと、抵抗器の並列回路の計算に便利。

  36. 抵抗回路の計算法 （ 直列 ＝ 流れにくさの和、　並列 ＝ 流れやすさの和 ） １０Ωの抵抗を２本直列接続したCD間の抵抗は、 AB間より大きい。電流の流れにくい場所を連続して電流が 通らなければいけないので、CD間の抵抗は、１０ + １０（Ω） １０Ωの抵抗Rを2本並列接続したEF間の抵抗は、 AB間より小さい。電流の流れやすさが 1/10 (S) の回路を ２本通れるので流れやすさは２倍になる。 EF間のコンダクタンスは、1/10 + 1/10 = 2/10 (S) 抵抗（レジスタンス）は、10/2 = ５（Ω）

  37. デシベル　dB ：　利得　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、増幅率の対数（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。　

  38. １７年国家試験

  39. 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。

  40. 接地（アース）の目的 １．感電（電撃）防止。　（EPRシステム） 大地または大地の代用となる大きい導体（金属）と、 ME機器との間の電位差が少ないほど、 患者、使用者が感電しにくい状態になる。 ２．電子回路の安定動作。 電子回路が正常に動作するための動作基準電圧を 確保できる。　アースをつなぐことで、商用交流雑音 （ハム）の抑制等などの効果がある。

  41. クラスⅠ機器基礎絶縁　および　保護接地 　　　　　　　　　　３Pコンセントによる接地を行って使用する。 クラスⅡ機器基礎絶縁　および　補強絶縁 　　　　　　　　　　接地は不要。 内部電源機器基礎絶縁　および　内部電源 　　　　　　　　　　充電中は、クラスⅠかⅡの使用法に従う。

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