第2章|生体電気・磁気計測

生体計測装置学 第2章
収録 26問(第31〜39回)心電図・脳波・誘発電位・神経伝導・生体磁気

心電図・脳波・筋電図・誘発電位・生体磁気(脳磁図・心磁図)の計測。誘導の定義標準の数値(感度・紙送り・時定数)、そして信号の大きさ・周波数帯域の順序を数字で押さえると失点しない。

心電図の誘導と標準値

標準肢誘導(アイントーベンの三角形)

Ⅰ=左手−右手/Ⅱ=左足−右手/Ⅲ=左足−左手Ⅱ=Ⅰ+Ⅲ
増大単極肢誘導 aVR・aVL・aVF は和が0(aVL=Ⅰ−Ⅱ/2、Ⅲ=Ⅱ−Ⅰ など)。胸部誘導 V1〜V6 は単極(Wilson の中心電極が基準)。右足=アース(基準)。

標準値:感度10mm/mV・紙送り25mm/s(1mm=0.04s、5mm=0.20s)・時定数≧3.2s(虚血診断でST部分を歪めないため)。心拍数=1500÷(R-R間隔のmm数)(例:20mm→75回/分)。PQ正常0.12〜0.20s、0.21s以上で第1度房室ブロック。

波形の意味:P=心房脱分極/QRS=心室脱分極/T=心室再分極。PQ延長=房室ブロック(洞結節障害ではない)、ST低下=虚血、ST上昇=梗塞。右手・左手電極の入れ替え=Ⅰ反転/Ⅱ↔Ⅲ/aVR↔aVL/aVF・胸部誘導は不変。

脳波と生体信号の周波数帯域

脳波計の標準値:感度10μV/mm(50μV/5mm)・時定数0.3s・記録速度30mm/s・CMRR≧60dB・入力インピーダンス数MΩ以上(心電計=25mm/s・時定数3.2sと取り違えないこと)。

脳波の周波数帯:δ(<4Hz)<θ(4〜8)<α(8〜13=安静閉眼・後頭部優位、開眼でα抑制)<β(>13)。

記録に必要な帯域(高い順)

筋電図(〜数kHz)>心音図(〜1kHz)>心電図(〜100Hz)≒脳波>脈波(数Hz)。最も高い周波数まで記録が要るのは筋電図。標本化定理 fs≧2fmax と絡む。

誘発電位・神経伝導速度

  • 誘発電位は微小(数μV以下)→自発脳波(数十μV)に埋もれる→刺激同期の加算平均でSN比を√N倍改善
  • ABR(聴性脳幹誘発電位)=0.1〜1μVと最小・クリック音刺激。VEP=光/パターン反転、SEP=体性感覚
  • 神経伝導速度=2刺激点間の距離差÷潜時差(1点刺激では神経筋接合部の遅延が入るため2点で相殺)。正常な運動神経伝導速度は約50〜60m/s、刺激パルス幅0.1〜0.5ms
  • 運動神経(CMAP)は大振幅で加算平均不要、感覚神経(SNAP)・誘発電位は微小で加算平均が必要
  • 筋電計の構成=針電極・電気刺激装置・加算平均装置・スピーカ(音刺激装置はABR用で筋電計の要素でない)

生体磁気計測(脳磁図・心磁図)

生体磁気の鉄板セット

SQUID磁束計(ジョセフソン効果)+液体ヘリウム冷却+磁気シールドルーム。ホール素子は感度不足で不可。
磁界はベクトル量。生体組織の透磁率≒μ0(一様)なので導電率差の影響を受けにくく、空間分解能・電流源定位は脳波より高い(頭皮に接線方向の電流双極子を検出)。センサはデュワー内にあり頭皮に密着不要(非接触)

信号の強さの順:肺磁図(酸化鉄粉じんの残留磁化)>心磁図(10⁻¹⁰〜10⁻¹¹T)>脳磁図(10⁻¹²〜10⁻¹³Tで最微弱)。参考:地磁気≒10⁻⁴〜10⁻⁵Tと桁違いに大きい。