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臨床工学技士国家試験

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第30回 午前 第54問
20件の類似問題
生体組織の力学的性質について誤っているのはどれか。...
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57
第二種ME技術認定試験 - 第36回 午前
類似度 94.0%
生体組織の力学的性質について誤っているのはどれか。
1
血漿は非圧縮性流体である。
2
軟部組織は硬組織に比べヤング率が小さい。
3
軟部組織のポアソン比はおよそ0.5である。
4
大静脈でのレイノルズ数は上腕動脈でのレイノルズ数より小さい。
5
ヤング率が同じであれば、太い血管ほど脈波伝播速度は小さい。
56
第二種ME技術認定試験 - 第29回 午前
類似度 87.9%
生体組織の力学的性質について誤っているのはどれか。
1
血液の粘性係数はヘマトクリット値に反比例する。
2
血漿は非圧縮性の粘性流体である。
3
肺の庄-容積関係はヒステリシスを示す。
4
筋組織は力学的異方性を示す。
5
ヤング率は組織に加えた応力と歪みの比で表す。
69
臨床工学技士国家試験 - 第1回 午前
正答率:80% 類似度 87.1%
生体の力学的特性について誤っているのはどれか。
1
大動脈内の流れは常に層流である。
2
生体組織は粘性と弾性をあわせもつ。
3
血管壁や筋肉の力学的特性には異方性がある。
4
生体組織の伸びの弾性はヤング率で表される。
5
生体内の音響振動としては横波より縦波の方が重要である。
86
臨床工学技士国家試験 - 第29回 午後
重要度:低 正答率:71% 類似度 84.8% 解説あり
生体組織の力学的性質で誤っているのはどれか。
1
ヤング率が大きな組織ほど応力に対するひずみが大きい。
2
生体軟組織のポアソン比は約 0.5 である。
3
粘弾性体である筋組織のひずみと応力の関係はヒステリシスを示す。
4
筋組織は腱に比べて引っ張りに対する変形の割合が大きい。
5
血液の粘性係数は生体軟組織に比べて小さい。

解説

弾性域ではフックの法則によりひずみは応力に比例し、その比例係数の逆数がヤング率である($\varepsilon = \sigma / E$)。したがってヤング率が大きいほど同じ応力で生じるひずみは小さく、選択肢1は誤り。生体軟組織は水分に富み体積変化しにくいため非圧縮近似($\nu \approx 0.5$)がよく用いられる。筋は粘弾性体で、荷重・除荷で応力–ひずみ曲線が一致せずヒステリシスを示す。筋は腱より剛性が低く、同一引張応力でより大きく変形する。血液の動的粘度は水より大きいが依然として小さく、軟組織の実効粘性(粘弾性モデルで表す粘性要素)より一般に小さいと考えられ、選択肢5は正しい。

選択肢別解説

1
正解

誤り。ヤング率 $E$ は応力–ひずみ曲線の傾きで、$\varepsilon = \sigma / E$。したがって $E$ が大きい(硬い)ほど、同じ応力 $\sigma$ に対して生じるひずみ $\varepsilon$ は小さい。選択肢は「ひずみが大きい」としており逆の記述。

2
不正解

正しい。生体軟組織は水分が多く体積変化が極めて小さいため、非圧縮体近似が成り立ち、ポアソン比は理論上の非圧縮値 $\nu=0.5$ に近い(実測でも概ね 0.45〜0.5 程度)。

3
不正解

正しい。筋組織は粘弾性体であり、荷重と除荷で応力–ひずみ関係が一致せずエネルギー損失を伴うヒステリシスループが現れる。これは粘性成分による時間依存(履歴依存)性に起因する。

4
不正解

正しい。腱はコラーゲン線維が緻密で高い剛性を示すのに対し、筋はよりコンプライアンスが高い。よって同一の引張応力に対して筋の方がひずみ(変形割合)が大きい。

5
不正解

正しい。血液の動的粘度は数 mPa\,s 程度(せん断速度依存の非ニュートン性あり)で、粘弾性体として記述される生体軟組織の実効粘性パラメータは一般にこれより大きく見積もられる。よって「血液の粘性係数は生体軟組織に比べて小さい」は適切。ただし比較はモデル依存であることに留意する。

79
臨床工学技士国家試験 - 第12回 午後
正答率:84% 類似度 83.1%
誤っているのはどれか。
1
毛細血管中の流れは層流である。
2
レイノルズ数が約2000を超えると層流から乱流へ変わる。
3
血液はニュートン流体である。
4
生体組織は粘性と弾性をあわせもつ。
5
生体組織の弾性はヤング率で表される。
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70
臨床工学技士国家試験 - 第3回 午前
類似度 81.7%
誤っているのはどれか。
1
大動脈中の流れは常に層流である。
2
レイノルズ数が約2,000を超えると層流から乱流へ変わる。
3
パアズイユの流れでは、流量は管径、管長、両端での圧力差に依存する。
4
生体組織は粘性と弾性をあわせもる。
5
生体組織の伸びの弾性はヤング率で表される。
86
臨床工学技士国家試験 - 第31回 午後
重要度:低 正答率:69% 類似度 81.5% 解説あり
正しいのはどれか。
1
血漿はほぼニュートン流体と見なせる。
2
水を多く含む生体軟組織のポアソン比はほぼ 1 である。
3
組織のヤング率が大きいほど応力に対するひずみが大きい。
4
マックスウェルモデルは弾性要素と粘性要素が並列に接続されている。
5
軟組織は膠原線維の割合が大きいほど伸展性が大きい。

解説

本問は生体の機械的特性と粘弾性モデルの基礎理解を問う。血漿はずり速度によらず粘度がほぼ一定であるためニュートン流体として近似できる。一方、血液全体は血球の凝集・変形により非ニュートン性(主にせん断薄化)を示す。水分を多く含む軟組織は実質的にほぼ非圧縮性で、ポアソン比は0.5近傍となる。線形弾性ではフックの法則 $\sigma=E\varepsilon$ より、同じ応力下でヤング率が大きいほどひずみは小さい。粘弾性モデルでは、マックスウェルモデルはばねとダンパーの直列接続、フォークト(ケルビン–フォークト)モデルが並列接続である。組織構成では、膠原線維は剛性を高め伸展性を低下させ、エラスチンが伸びやすさに寄与する。

選択肢別解説

1
正解

正しい。血漿はずり速度に対する粘度がほぼ一定で、ニュートン流体として扱える。対照的に、血液全体は血球成分の影響で非ニュートン性(せん断薄化)を示す。

2
不正解

誤り。水を多く含む生体軟組織は実質的に非圧縮性でポアソン比は0.5付近となる。「ほぼ1」は物理的に不適切で、線形等方弾性体では $\nu\le 0.5$ が安定条件である。

3
不正解

誤り。フックの法則 $\sigma=E\varepsilon$ より、同じ応力 $\sigma$ では $\varepsilon=\sigma/E$。したがってヤング率 $E$ が大きいほどひずみは小さく、変形しにくい。

4
不正解

誤り。マックスウェルモデルは弾性要素(ばね)と粘性要素(ダンパー)の直列接続。並列接続なのはフォークト(ケルビン–フォークト)モデルである。

5
不正解

誤り。膠原線維は引張剛性が高く、組織のヤング率を増加させるため伸展性(伸びやすさ)は低下する。伸展性の増大にはエラスチンの寄与が大きい。

86
臨床工学技士国家試験 - 第23回 午後
正答率:76% 類似度 80.5% 解説あり
生体の力学的特性について誤っているのはどれか。
1
筋の力学的特性には異方性がある。
2
血管の力学的特性は非線形である。
3
軟部組織はダッシュポットとバネとの並列モデルで表現される。
4
骨のヤング率は鉄材の値とほぼ同じである。
5
筋では荷重と収縮速度との間にHillの式が成立する。

解説

生体組織は一般に、方向依存性(異方性)、非線形性、粘弾性といった特徴的な力学的性質を示す。筋は線維配向により力学応答が方向で変わる異方性を示す。血管は低応力域では柔らかく高応力域では急速に硬くなる応力-ひずみ関係の非線形性を示す。皮膚・筋膜などの軟部組織は粘弾性体として扱われ、基本的表現としてダッシュポットとバネの並列(フォークト)モデルが用いられる。また、筋の等張性収縮では荷重Fと収縮速度vの関係がHillの式 $v=\frac{b(F_0-F)}{F+a}$ に従う。一方、骨のヤング率はおよそ $10^{10}\,\mathrm{N/m^2}$ 程度で、鉄材(およそ $2\times10^{11}\,\mathrm{N/m^2}$)より1桁以上小さい。したがって「骨のヤング率は鉄材の値とほぼ同じ」という記述は誤りである。

選択肢別解説

1
不正解

正しい。筋は筋線維が一定方向に配向した構造を持つため、線維方向とそれに直交する方向で剛性や伸びやすさが異なる異方性を示す。機械的負荷に対する応答(応力-ひずみ関係やせん断特性)も方向依存である。

2
不正解

正しい。血管壁はエラスチン優位の低応力域では伸びやすいが、応力上昇に伴いコラーゲン繊維が順次動員され剛性が増すため、応力-ひずみ関係は非線形となる。したがってコンプライアンスも圧に依存する。

3
不正解

正しい。軟部組織は代表的に粘弾性体として扱われ、弾性要素(バネ)と粘性要素(ダッシュポット)を並列に接続したフォークト(Kelvin–Voigt)モデルで基本的性質(クリープなど)を表現できる。実組織の挙動を精密に表すには拡張モデルが用いられるが、教科書的記述としては妥当である。

4
正解

誤り。骨のヤング率はおよそ $\sim10^{10}\,\mathrm{N/m^2}$ 程度で、鉄材(鋼など)のヤング率 $\sim2\times10^{11}\,\mathrm{N/m^2}$ と比べて1桁以上小さい。よって「ほぼ同じ」は成り立たない。

5
不正解

正しい。筋の等張性収縮では、荷重Fと収縮速度vの関係がHillの式 $v=\frac{b(F_0-F)}{F+a}$(等価に $(F+a)(v+b)=(F_0+a)b$)で表される。負荷が増えると収縮速度が低下するという経験則を定式化した関係である。

74
臨床工学技士国家試験 - 第8回 午後
正答率:42% 類似度 80.0%
非ニュートン流体について正しいのはどれか。
a
密度が流速によって変化する。
b
血液の非ニュートン性を決めているのは血漿である。
c
流れる際に力学的エネルギーは消費されない。
d
赤血球は血液の非ニュートン性に大きな影響を及ぼす。
e
キャッソンの式は血液の流れを表すのに適した実験式である。
組み合わせ: 1. a b 2. a e 3. b c 4. c d 5. d e
86
臨床工学技士国家試験 - 第30回 午前
重要度:低 正答率:79% 類似度 79.9% 解説あり
正しいのはどれか。
1
筋組織は骨よりもヤング率が大きい。
2
筋組織のヤング率は直交方向よりも走行方向の方が大きい。
3
生体軟組織のポアソン比はおよそ 0.5 である。
4
生体軟組織では、体積弾性率はヤング率よりも小さい。
5
動脈血管の円周方向の最大変形は 10 %程度である。

解説

生体軟組織は水分に富みほぼ非圧縮性であるため、ポアソン比はおよそ0.5に近づくのが特徴で、これが正しい。弾性定数の関係式 $K=\dfrac{E}{3(1-2\nu)}$ より、$\nu\approx0.5$ では体積弾性率 $K$ はヤング率 $E$ よりはるかに大きくなる。骨は非常に硬く(皮質骨で $E\sim10^{10}$ Pa 台)、筋は受動状態で軟らかい($E\sim10^{4}\text{--}10^{6}$ Pa 程度)ため、「筋の方が骨より大きい」は誤り。筋は繊維配向により異方性を示し、受動状態・小ひずみ範囲では走行方向の方が変形しやすく、直交方向が相対的に高い剛性を示すと理解されるため、走行方向のヤング率が大きいとする記述は誤り。動脈の円周方向変形は生理的には拍動で数%〜十数%だが、最大(限界や病的状況)でははるかに大きくなり得るため「最大が10%程度」は不適切である。

選択肢別解説

1
不正解

誤り。骨のヤング率は筋よりはるかに大きい。代表値として皮質骨で $E\approx10\text{--}20\,\mathrm{GPa}$、筋(受動状態)で $E\approx10^{4}\text{--}10^{6}\,\mathrm{Pa}$ 程度とされ、オーダーが数桁異なる。したがって「筋組織は骨よりもヤング率が大きい」は成り立たない。

2
不正解

誤り。筋は繊維配向により異方性を示す。受動状態・小ひずみでは繊維走行方向は伸びやすく、繊維に直交する方向は細胞外基質や配向構造により変形しにくいとされる。このため直交方向の方が実効ヤング率が大きくなりやすく、「走行方向の方が大きい」という断定は不適切。

3
正解

正しい。生体軟組織は水分を多く含み体積変化が小さい(ほぼ非圧縮性)。非圧縮性材料のポアソン比は理論上 $\nu\to0.5$ に近づくため、「およそ0.5」は妥当である。

4
不正解

誤り。弾性定数の関係 $K=\dfrac{E}{3(1-2\nu)}$ より、軟組織では $\nu\approx0.5$ のため分母が小さくなって $K\gg E$ となる。例えば $\nu=0.49$ なら $K\approx E/0.06\approx16.7E$。よって体積弾性率がヤング率より小さいという記述は誤り。

5
不正解

誤り。動脈の円周方向変形は生理的拍動で数%〜十数%だが、最大(破断近傍や動脈瘤など病的拡張)では50〜100%程度に達し得る。したがって「最大変形が10%程度」とするのは過小評価で不適切。

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85
臨床工学技士国家試験 - 第32回 午後
重要度:低 正答率:52% 類似度 79.8% 解説あり
正しいのはどれか。
1
粘性流体のずり速度のSI単位は m/s である。
2
生体軟組織のポアソン比はおよそ 1.0 である。
3
縦弾性率を表すヤング率の単位は Pa である。
4
腱より筋のヤング率は大きい。
5
動脈血管の円周方向の最大変形は 20%程度である。

解説

正答は3。ずり速度は速度勾配で単位は[s^{-1}]、m/sは速度の単位であるため1は誤り。生体軟組織は高含水でほぼ非圧縮性とみなされ、ポアソン比はおおむね0.5近傍で1.0にはならないため2は誤り。ヤング率Eはフックの法則 $\sigma=E\varepsilon$ より、応力$\sigma$と同じPaが単位で3は正しい。腱は筋より硬く(変形しにくく)、ヤング率は腱の方が大きいので4は誤り。動脈壁は大変形能を持ち、生理的拍動での円周ひずみはおおむね数%〜十数%だが、破断近傍の最大変形はこれを大きく上回る報告が多く、「最大変形が20%程度」と断定するのは不適切で5は誤り。

選択肢別解説

1
不正解

誤り。ずり速度(せん断速度)は速度の空間勾配であり $\dot{\gamma}=\frac{dv}{dy}$ などと表される。無次元量/距離×速度の次元より、SI単位は[$\mathrm{s}^{-1}$]。m/sは速度そのものの単位で、ずり速度の単位ではない。

2
不正解

誤り。等方線形弾性体では安定条件からポアソン比は -1<$\nu$<0.5 で、非圧縮極限で $\nu\approx0.5$。生体軟組織は高含水でほぼ非圧縮性のため0.5近傍の値をとるが、1.0にはならない。

3
正解

正しい。フックの法則 $\sigma=E\varepsilon$ において、応力 $\sigma$ の単位はPa、ひずみ $\varepsilon$ は無次元である。したがってヤング率 $E$ の単位はPaとなる。

4
不正解

誤り。ヤング率が大きいほど変形しにくい。腱は筋より硬く、一般に腱のヤング率は筋より大きい。したがって「腱より筋のヤング率は大きい」は成り立たない。

5
不正解

誤り。動脈壁は大変形能を持ち、生理的圧変動での円周ひずみは数%〜十数%程度だが、材料としての最大(破断近傍)変形はこれを大きく上回る報告が多い。よって「最大変形が20%程度」とするのは過小評価で一般的に正しくない。

39
第二種ME技術認定試験 - 第28回 午前
類似度 77.7%
粘性率の説明で誤っているのはどれか。
1
単位はPa・sである。
2
流体中の応力とひずみの比で与えられる。
3
血液の粘性率は水より大きい。
4
粘性率は流体の流れにくさを表す。
5
理想流体では粘性率を0とみなす。
73
臨床工学技士国家試験 - 第13回 午後
正答率:74% 類似度 77.6%
健常人の血液について正しいのはどれか。
a
非ニュートン流体である。
b
血漿はニュートン流体である。
c
ヘマトクリットが減少すると粘度は低下する。
d
粘度は生理食塩液と等しい。
e
粘度は温度に関わらず一定である。
組み合わせ: 1. a b c 2. a b e 3. a d e 4. b c d 5. c d e
84
臨床工学技士国家試験 - 第9回 午後
正答率:43% 類似度 77.5%
生体の力学的特性を比較して誤っているのはどれか。
a
動脈のヤング率は腱のそれより大きい。
b
動脈の最大変形は腱のそれより大きい。
c
動脈の最大荷重は腱のそれより小さい。
d
筋肉内の音速は肺内のそれより小さい。
e
筋肉の音響インピーダンスは肺のそれより小さい。
組み合わせ: 1. a b c 2. a b e 3. a d e 4. b c d 5. c d e
58
臨床工学技士国家試験 - 第1回 午前
正答率:71% 類似度 77.1%
科目:
小分類: 流体力学
ニュートン流体について正しいのはどれか。
a
ずり速度とずり応力は比例する。
b
見かけの粘性はずり速度とともに変化する。
c
キャッソン降伏値を有する。
d
塑性流動を示す。
e
血漿はほぼニュートン流体と考えてよい。
組み合わせ: 1. a b 2. a e 3. b c 4. c d 5. d e
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86
臨床工学技士国家試験 - 第38回 午前
類似度 77.0%
血管の力学特性について正しいのはどれか。
a
変形挙動は線形である。
b
ヒステリシスをもたない。
c
力学的等方性を示す。
d
エラスチンはコラーゲンよりも弾性率が小さい。
e
応力を負荷するとクリープ現象が生じる。
組み合わせ: 1. a b 2. a e 3. b c 4. c d 5. d e
39
第二種ME技術認定試験 - 第40回 午前
類似度 76.9%
流体の粘性について正しいのはどれか。
1
温度に依存しない。
2
ヘマトクリット値が高くなると血液の粘性率は増加する。
3
毛細血管を流れる血液はニュートン物体と見なせる。
4
水は完全流体(理想流体)である。
5
粘性率の単位はPa/sである。
50
第二種ME技術認定試験 - 第40回 午前
類似度 76.9%
血液について誤っているのはどれか。
1
非ニュートン流体である。
2
力学的に等方的である。
3
比誘電率は周波数依存性がある。
4
超音波伝搬速度は空気中よりも速い。
5
吸光度は可視光領域でほぼ一定である。
85
臨床工学技士国家試験 - 第24回 午後
重要度:低 正答率:73% 類似度 76.8% 解説あり
正しいのはどれか。
a
血液は非ニュートン流体である。
b
毛細血管の流れは乱流である。
c
脈波伝搬速度は血管壁が軟らかいほど速い。
d
ポアズイユの式では流量は半径の2乗に比例する。
e
細い血管で赤血球が中央部に集中する現象をシグマ効果という。
組み合わせ: 1. a b 2. a e 3. b c 4. c d 5. d e

解説

正答は1と5。血液は赤血球などの懸濁粒子を含み、せん断速度が上がると見かけ粘度が低下するせん断薄化(Bingham/Casson型の挙動を含む)を示すため、非ニュートン流体である。毛細血管内の流れはレイノルズ数Reが極めて小さく層流である。脈波伝搬速度PWVは血管壁の弾性が大きい(硬い)ほど速く、血管が軟らかいほど遅い。ポアズイユの式は層流・ニュートン流体・円管の前提で$Q = \frac{\pi r^4}{8\mu L}\,\Delta P$となり、流量は半径の4乗に比例する。細い血管では赤血球が管中心へ移動して壁近傍に血漿層が生じる集軸(シグマ)効果が起こる。

選択肢別解説

a
正解

正しい。血液は血球成分を含むため、せん断速度により見かけ粘度が変化する非ニュートン流体である(一般にせん断薄化)。

b
不正解

誤り。毛細血管では管径が極めて小さく流速も遅いためレイノルズ数が非常に小さく、流れは層流である。乱流は一般にReが約2000を超える領域で発生する。

c
不正解

誤り。脈波伝搬速度PWVはメーンズ・コルテヴェーグの関係$PWV = \sqrt{\frac{E\,h}{\rho\,D}}$などで表され、血管壁のヤング率E(硬さ)に比例する。したがって血管壁が硬いほど速く、軟らかいほど遅い。

d
不正解

誤り。ポアズイユの式$Q = \frac{\pi r^4}{8\mu L}\,\Delta P$より、流量Qは半径rの4乗に比例する。2乗ではない。

e
正解

正しい。細い血管で赤血球が管中心に集まって周辺に赤血球の乏しい血漿層が形成される現象をシグマ効果(集軸効果)という。これに伴いファーレウス効果・プラズマスキミングなども観察される。

26
第二種ME技術認定試験 - 第33回 午前
類似度 76.8%
科目:
小分類: 流体力学
流体力学について誤っているのはどれか。
1
流体の粘性率の単位は〔Pa/s〕である。
2
乱流とは流れの流線が入り乱れている状態である。
3
レイノルズ数とは流れの状態を表わす無次元数である。
4
血液は非ニュートン流体である。
5
ベルヌーイの定理は粘性率が0の流体で成立する。
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