臨床工学技士問題表示
臨床工学技士国家試験
解説
超音波凝固切開装置は電気エネルギーを超音波振動(約数十kHz)に変換し、ブレードの微小振動による圧迫・摩擦で発生する熱と機械的作用でタンパク質を変性させ、切開と同時に凝固(シール)を行う。発生する組織温度は概ね80〜100℃と電気メス(約300℃前後)より低く、炭化や熱損傷が少ない一方、低温ゆえ凝固に要する時間は電気メスより長くなる傾向がある。また、シールの成立はコラーゲン・エラスチン量と血管壁厚に依存するため、壁が厚くコラーゲンに富む動脈の方が静脈より止血(封止)が安定しやすい。以上より、誤りは「2」と「3」である。
選択肢別解説
正しい。ブレード先端の超音波振動により組織と接触部で圧迫・摩擦が生じ、摩擦熱と機械的エネルギーによりタンパク質が変性して凝固・切開が行われる。
誤り。超音波凝固切開装置での組織温度は一般に80〜100℃程度で、約300℃は電気メスにおける高温炭化域の温度目安である。したがって「300℃程度になる」は超音波装置の説明として不適切。
誤り。超音波による血管シールはコラーゲン・エラスチンの変性収縮による封止が主体で、壁が薄くコラーゲン量の少ない静脈はシールが不安定になりやすい。相対的には動脈の方が止血に適するため、「動脈よりも静脈に適する」は不正確。
正しい。超音波振動による機械的作用と発熱により、切開操作と同時にタンパク質変性によるコアギュラム形成が進み、切開と凝固を同時に行える。
正しい。超音波装置は電気メスより低温域で凝固が進むため、同等の止血を得るまでの時間は長くなる傾向がある。結果として電気メスに比べ凝固に時間を要する。
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解説
超音波凝固切開装置(いわゆるハーモニックスカルペル等)は、おおむね45〜55 kHz程度の機械的超音波振動をブレードに与え、組織との摩擦・圧縮によりコラーゲンなどのタンパク質を変性・収縮させてシール(凝固)しつつ切開する装置である。電気メスのように患者体内へ高周波電流を流さないため対極板は不要であり、基本的に洗浄液の持続灌流も必要としない(灌流を要するのは超音波吸引装置など別装置)。本装置は安定した止血能により比較的太い血管(一般的に数mm径まで)をシールしながら切離できる。一方、作動時の組織温度は概ね60〜100℃程度で、レーザメスが生体内で発生し得る温度(条件により高温化し得る)と比較して常に高温というわけではない。
選択肢別解説
誤り。超音波凝固切開装置の作動周波数は通常おおむね45〜55 kHz(数十kHz帯)であり、1 MHz(=1,000 kHz)は桁違いに高い。
誤り。高周波電流を患者に流して加熱する電気メスと異なり、機械的振動による摩擦・圧縮熱で凝固切開するため対極板は不要である。
誤り。超音波凝固切開装置は原理上、持続的な洗浄液灌流は必要としない。生理食塩液の灌流を用いるのは主に超音波吸引(粉砕・吸引)装置である。灌流はむしろ熱を奪いシール性能を阻害し得る。
正しい。ブレード振動による摩擦・圧縮でコラーゲンが変性・収縮し、凝固塊が形成されて血管断端がシールされるため、比較的太い血管(一般に数mm径まで)の凝固切開が可能である。ただし非常に大きな動脈にはクリップ・結紮・ステープル等が選択される。
誤り。超音波凝固切開装置の作動時温度は概ね60〜100℃程度で、レーザメスの組織加熱(条件により高温化)より常に高いとはいえない。凝固はどちらもおおむね60〜70℃付近から生じるため、「超音波の方が高温」と断定はできない。
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解説
超音波凝固切開装置は、先端(アクティブブレード)をおよそ45〜55 kHzで機械振動させ、その摩擦熱と機械的作用で組織のタンパク質を変性(およそ70〜100℃)させて凝固しつつ切開する。小血管のシール・止血が可能で、内視鏡外科で広く用いられる。一方、電気メスより低温域で作用するため、一般に凝固・切開の速度は電気メスほど速くない。よって「電気メスに比べて短時間で凝固切開が可能」は不正確であり誤りである。
選択肢別解説
正しい。一般的な超音波凝固切開装置は先端のアクティブブレードを約45〜55 kHzで振動させ、機械エネルギーを熱(摩擦熱)と機械的せん断に変換して切開・凝固を行う。
正しい。摩擦熱により組織温度は概ね70〜100℃に達し、タンパク質が変性・凝固して止血(コアギュラム形成)が得られる。電気メスより低温で作用する点が特徴で、熱障害の広がりが比較的小さい。
正しい。小口径の血管はブレードで把持・圧迫しながらエネルギーを加えることでシールされ、出血を止めることができる(対応可能径は機種・設定に依存するが、一般的に細い血管で有効)。
誤り。超音波凝固切開は電気メスより低温域(約70〜100℃)で作用し、熱の立ち上がりや組織シール形成に要する時間が相対的に長くなる傾向があるため、一般に電気メスの方が切開・凝固は短時間で行える。従って本記述は不適切。
正しい。内視鏡外科手術(腹腔鏡手術など)で広く用いられ、把持・剥離・凝固・切開を同一器具で連続的に行えるため、器具交換の頻度を減らせる利点がある。
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解説
マイクロ波手術器は主に2.45 GHz帯(ISMバンド)のマイクロ波を用い、組織中の水分子の配向運動(誘電体損失)による誘電加熱で組織を加熱する。これにより止血・凝固が中心的機能となる。臨床的にはコアキシャルケーブル先端の内導体を突出させた針状のモノポール(モノポーラ型針電極)を用いるのが一般的で、広義にはモノポーラ構成と説明される。使用周波数から求める波長は約12 cmであり、ミリ波帯の1~2 mmではない。また、強い高周波電磁波を用いるため、他医療機器への電磁的影響(EMI)には注意が必要である。
選択肢別解説
誤り。一般的に用いられる周波数は2.45 GHzで、波長は $\lambda = c/f$ より $3.0\times10^8/2.45\times10^9 \approx 0.12\,\text{m}$(約12 cm)となる。1~2 mmは150~300 GHz程度のミリ波帯に相当し、マイクロ波手術器の使用帯域ではない。
$誤り。組織加熱の主因は水分子の配向運動に伴う誘電体損失(誘電加熱)であり、狭義のジュール熱(I^2R による抵抗加熱)とは機序が異なる。したがって表現としては不適切。$
正しい。臨床ではコアキシャルケーブルの内導体を先端で突出させた針状のモノポール(モノポーラ型針電極)が用いられ、周囲組織にマイクロ波を放射して局所的に加熱・凝固させる。
正しい。マイクロ波は組織中の水分に誘電加熱を生じ、主に凝固・止血に用いられる。鋭利な切開を主目的とする高周波電気メスとは機能の中心が異なり、切開よりも凝固が中心である。
誤り。マイクロ波は強い電磁波であり、心電図の雑音混入やペースメーカ・埋込型機器への干渉など、他の医療機器への電磁的影響(EMI)の懸念がある。適切な対策が必要であり、影響は少ないとはいえない。
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解説
マイクロ波メスは2.45 GHz(ISMバンド)のマイクロ波を生体組織に放射し、組織中の水分子の双極子回転による誘電加熱で凝固・止血・切開を行う機器である。原理は高周波電流を体内に流す電気メス(単極)のように体内電流の帰路を必要としないため、対極板は不要である。エネルギーは主に水分に吸収され、含水率が高いほど加熱効率が高い。生体中の有効波長は比誘電率に依存し、近似的に $\lambda = \frac{c}{f\sqrt{\epsilon_r}}$ で表されるため、比誘電率が大きいほど波長は短くなる。さらに、組織へのエネルギー分布はアプリケータ(電極/アンテナ)の形状・大きさ・挿入深さなどで変化するため、凝固範囲は電極形状に依存して変化する。以上より、1・2・3は正しく、4・5は誤りである。
選択肢別解説
正しい。医療用途のマイクロ波メスでは2.45 GHz(ISMバンド)が標準的に用いられる。医療機器の国際的運用と干渉回避の観点から広く採用されている。
正しい。マイクロ波メスは誘電加熱(マイクロ波エネルギーの電界による双極子回転)で組織を加熱するため、電気メス(単極)のような体内電流の帰路(対極板)を必要としない。エネルギーはアンテナ(プローブ)から放射・結合される。
正しい。マイクロ波は極性分子である水に強く吸収され、分子の配向運動を励起して誘電損失として発熱する。結果として出力エネルギーは主として組織の水分に吸収され、凝固・止血に寄与する。
誤り。生体組織中の有効波長は近似的に $\lambda = \frac{c}{f\sqrt{\epsilon_r}}$ で表されるため、比誘電率 $\epsilon_r$ が大きいほど波長は短くなる。「長くなる」は逆の記述で誤り。実際の組織は損失性だが、傾向は同様。
誤り。凝固範囲は電極(アンテナ)形状・サイズ・先端形状(ニードル、ボール、ヘラ、フック等)、挿入深さ、出力・照射時間により電界分布とSARが変わるため大きく影響を受ける。「変化しない」は不適切。
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解説
レーザ手術での有害事象は、レーザビームの誤照射、反射、火災・熱傷、手術煙(サージカルプルーム)吸入、運用上のコミュニケーション不備などによって生じる。保護メガネの着用は眼障害を予防する基本対策であり原因とはならない。また、発生ガス(手術煙)の除去は有害エアロゾル・有毒ガスの暴露を減らす安全対策であり、原因ではない。一方、出射方向の確認不良は誤照射や第三者曝露の直接要因となり、被覆なし金属鉗子の使用は鏡面反射を招いて予期せぬ部位損傷の要因となる。レーザ照射部を複数スタッフで操作する体制は責任の所在不明確化や合図の不一致を生み、誤作動・誤照射のリスクを高める。したがって、原因でないのは「保護メガネ着用」と「発生ガスの除去」である。
選択肢別解説
保護メガネ着用はレーザ波長・出力に適合した光学濃度(OD)の眼鏡を用いて眼障害(網膜・角膜・水晶体の損傷)を予防する安全対策であり、有害事象の原因ではない。したがって設問の条件(原因でない)に該当する。
出射方向の確認不良は、意図しない方向への照射を招き、患者組織の誤損傷、第三者(スタッフ)の曝露、物品への照射による発火などの有害事象の直接原因となる。よって原因に該当する。
被覆なしの金属鉗子は表面反射(鏡面反射)によりレーザ光を予期しない方向に反射させ、周囲組織損傷や火災を引き起こす要因となる。反射低減のためには絶縁・被覆器具や反射しにくい器具の使用が推奨される。よって原因に該当する。
レーザ照射部の操作を複数スタッフで行う体制は、合図の不一致・責任分散・操作重複などを生み、誤照射や遅延・誤作動のリスクを高める運用上の不適切さであり、有害事象の原因となり得る。よって原因に該当する。
発生ガス(サージカルプルーム)の除去は、手術中に生じる微粒子・有害化学物質の吸入暴露を低減し、視野不良や着火リスクも抑える安全対策である。有害事象の原因ではないため、設問の条件(原因でない)に該当する。
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解説
滅菌・消毒法は対象物の材質・用途・必要な無菌化レベル(スパルディング分類)で使い分ける。内視鏡は粘膜に接するため高水準消毒(芽胞以外を不活化)が必要で、クロルヘキシジンのような低〜中水準消毒薬は不適。高圧蒸気滅菌(オートクレーブ)は121–134 ℃の湿熱で行うため、耐熱性のある金属・ガラス・布などに適し、一般的なプラスチック製品には不向き(変形・劣化の恐れ)。ホルムアルデヒドガスは強い殺菌力をもち、複雑構造の機器(麻酔器など)の滅菌・高水準消毒に歴史的に用いられた。ガンマ線滅菌は包装後のディスポーザブル医療器材(注射器など)に広く用いられる。一方、紫外線は表面・空気・水の消毒に有用だが透過性が乏しく、布製品(手術用リネン)の滅菌には適さない。以上から正しい組合せは3と4である。
選択肢別解説
誤り。クロルヘキシジンは主に皮膚・粘膜の消毒に用いる低〜中水準消毒薬で、芽胞や一部のウイルス・結核菌に十分な効果を示さない。内視鏡は高水準消毒(例:グルタラール、過酢酸、OPAなど)が求められるため不適である。
誤り。高圧蒸気滅菌は高温湿熱に耐える器材(金属・ガラス・布など)に適するが、一般的なプラスチック製品は変形・劣化の恐れがあり不向き。ただし一部の耐熱性プラスチックは例外的にオートクレーブ可能だが、本選択肢の表現(一般のプラスチック製品)としては不適切である。
正しい。ホルムアルデヒドガスは強力な殺菌作用(芽胞を含む)を有し、複雑な構造を持つ機器(麻酔器など)に対して用いられてきた。近年は毒性・環境面から使用は減少し、代替としてEOガスや過酸化水素低温ガスプラズマなどが用いられるが、組合せとしては適切である。なお選択肢文の「麻酔」は通常「麻酔器」を指すと考えられる。
正しい。ガンマ線滅菌は深い透過性を持ち、製造工程における包装後の滅菌が可能で、ディスポーザブル注射器など単回使用医療器材に広く用いられる。
誤り。紫外線は直進性・遮蔽の影響が大きく、浸透性に乏しいため布製品の内側まで十分に到達しない。手術用リネンの滅菌には高圧蒸気滅菌が一般的であり、紫外線照射は適さない。
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解説
マイクロ波手術器は、医用ISM帯のマイクロ波(代表値 2.45GHz)を発生させ、同軸ケーブルで針状などの電極先端へ伝送し、生体内で誘電加熱(主に水分子の双極子回転)を起こして凝固・止血を行う機器である。生体を貫流させる高周波電流による加熱ではないため対極板は不要であり、鋭利な切開よりも凝固に適する。波長は $\lambda = c/f$ より約0.12mであり、1.2mではない。
選択肢別解説
誤り。医用の代表周波数は約2.45GHzで、$\lambda = c/f$ により波長は約0.12m(12cm)となる。記載の「約1.2m」は一桁大きく不正確。
正しい。マイクロ波手術器は針状などの単一プローブ(モノポーラ電極)からマイクロ波を放射し組織を加熱する。生体全体を経由して回収電極へ電流を流す方式ではない。
正しい。発生器から電極まではマイクロ波伝送に適した同軸ケーブルで伝送する。インピーダンス整合が取られ、損失と反射を抑えて電極先端へエネルギーを供給する。
正しい。マイクロ波は組織内で体積的に熱を生じさせるため凝固・止血に適し、電気メスのような鋭い切開機能は主用途ではない。
誤り。マイクロ波は電磁波として照射され電極周囲で熱に変換・減衰するため、電気メス(高周波電気手術装置)のような対極板による電流回収は不要。
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