臨床工学技士問題表示
臨床工学技士国家試験
解説
超音波吸引手術器(CUSA など)は、主に20〜30 kHz程度の超音波振動と100〜300 µm程度の小さな振幅で先端を振動させ、実質性臓器の組織を機械的破砕・乳化しながら灌流液とともに吸引除去する機器である。プローブ内部の振動子(多くは圧電素子)で発生する熱は循環させた蒸留水で冷却する。一方、切除部位の洗浄・組織搬送には滅菌生理食塩水が用いられることが多い。鋭利な切開能力は金属メスに劣り、骨のような硬組織の切離には適さない。以上より、正しい記述は「冷却には蒸留水を用いる」である。
選択肢別解説
誤り。超音波吸引手術器の作動周波数は一般に20〜30 kHz程度であり、100 MHzのような高周波は用いない。100 MHzは桁違いで、本装置の駆動原理から外れる。
誤り。先端振幅はおおよそ100〜300 µm程度であり、1〜2 mmというミリメートルオーダーの大振幅ではない。ミリメートル振幅だと過剰な機械的損傷を招くため、装置仕様とも一致しない。
正しい。プローブ内部の振動子で生じる発熱は、循環させた蒸留水で冷却する運用が一般的である。なお、手術野での洗浄や破砕組織の搬送には滅菌生理食塩水が用いられることが多い。
誤り。本装置は組織を破砕・乳化して吸引することを目的としており、金属メスのように鋭利に切開する器具ではない。弾力に富む血管・神経などは相対的に温存しやすい特性がある。
誤り。適応は脳や肝などの実質性臓器で、骨のような硬組織の切離には適さない。骨切離には専用の器具(ノミ、鋸、ピエゾサージェリー用骨メスなど)を用いるのが一般的である。
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解説
超音波吸引手術装置(CUSA など)は、約20〜35kHzの超音波振動で先端チップを微小振幅(サブミリ:数百µm)で振動させ、キャビテーションやせん断により脆弱な実質性組織(肝・腫瘍など)を選択的に破砕しつつ吸引・洗浄する装置である。高周波メスのような電流回路は用いないため対極板は不要で、冷却・洗浄・組織片の乳化のために生理食塩液による持続灌流が必須である。先端振幅はサブミリであり「5〜10mm」のような大振幅は現実的でなく、また骨の鋭的切開には不向きである。以上より、正しいのは周波数に関する記述(25kHz前後)である。
選択肢別解説
不正解。超音波吸引の先端振幅はサブミリ(おおよそ0.1〜0.3mm程度)で運用される。5〜10mmは桁違いに大きく、組織損傷や操作不能レベルで現実的ではない。
正解。超音波吸引手術装置の駆動周波数は概ね20〜35kHz帯であり、25kHz前後という表現は妥当である。
不正解。機械的な超音波振動で組織を破砕する装置であり、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る。
不正解。生理食塩液による灌流は必須で、先端の冷却、術野の洗浄、破砕組織の乳化・吸引補助に用いられる。
不正解。超音波吸引は脆弱な実質性組織の選択的破砕・吸引に有用だが、骨の鋭的切開には適さない。骨切開には専用の器具(鋸、ドリル、超音波骨手術装置など)を用いるのが一般的である。
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解説
超音波吸引手術装置(CUSA等)は、先端チップを超音波(おおむね20〜30 kHz)で縦方向に振動させ、キャビテーションと機械的振動により脆い実質組織を選択的に破砕・乳化し、灌流液とともに吸引除去する装置である。先端チップの振動幅は概ね100〜300 μmで、これが組織破砕の主因となる。エネルギは機械振動で患者に高周波電流を流さないため、電気メスのような対極板は不要である。よって、振動幅に関する記述(3)と対極板不要(4)が正しい。乾燥した術野での使用は不要で、むしろ灌流(生理食塩液)と吸引を併用する湿潤環境が必要である。鋭利な切開能を主目的とせず、血管・神経など線維性組織を温存しやすい。周波数は数十kHz帯であり、10 MHz帯ではない。
選択肢別解説
誤り。超音波吸引は灌流(通常は滅菌生理食塩液)と吸引を併用し、湿潤環境で破砕・乳化した組織を洗い流して除去する。乾燥した術野で用いる必要はなく、むしろ超音波伝達やキャビテーション効率、破砕物の除去の点で灌流が不可欠である。
誤り。超音波吸引の特徴は脆い実質組織を選択的に破砕し、血管・神経など比較的強靭な線維性組織を温存しやすい点にある。電気メスやレーザに比べ鋭利な切開能や切開速度を期待する装置ではない。
正しい。先端チップは超音波周波数(概ね20〜30 kHz)で縦方向に振動し、振動幅はおおむね100〜300 μm程度とされる。この微小振動とキャビテーションにより組織を破砕・乳化する。
正しい。超音波吸引は機械的振動エネルギを利用し、患者体内に高周波電流を流して切開・凝固する電気メスとは原理が異なる。よって高周波電流の帰路を確保する対極板は不要である。
誤り。超音波吸引手術装置の駆動は数十kHz(おおむね20〜30 kHz)帯であり、10 MHzは診断用超音波装置などで用いられる周波数帯である。
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解説
各治療機器の主作用は次のとおり整理できる。電気メスは高周波電流を生体に流し、組織の電気抵抗で生じるジュール熱により切開・凝固を行う。マイクロ波手術装置は電磁波(2.45 GHz帯など)の電場で水分子の双極子回転やイオン運動を生じさせ、その誘電損失で発熱する誘電加熱が主作用である。CO2レーザメスは波長10.6 µmの光が水に強く吸収され光熱変換で蒸散・凝固(熱作用)を生じるため、電離を主作用とはしない。レーザ結石破砕はパルスレーザの吸収に伴う急激な加熱・キャビテーションから圧力波(衝撃波)が発生し結石を破砕する。超音波ネブライザは圧電素子で発生させた超音波で振動板を駆動し、液体を機械的振動により霧化する。したがって、誤った組合せは1(電気メス―誘電熱)、2(マイクロ波手術装置―ジュール熱)、3(CO2レーザメス―電離)で、4と5は妥当な組合せである。
選択肢別解説
誤り。電気メスは高周波電流(おおむね数百kHz〜数MHz)が組織を流れることで抵抗発熱(ジュール熱, $P=I^2R$)を生じ、切開・凝固を行う。誘電熱(誘電加熱)は主にマイクロ波やRFの電場による双極子回転・誘電損失で加熱する機序であり、電気メスの主作用ではない。
誤り。マイクロ波手術装置は水分子の双極子回転やイオン導電に伴う誘電損失で発熱する誘電加熱が主作用で、組織内を電流が直接流れて生じるジュール熱を主作用とするものではない。したがって「ジュール熱」との組合せは不適切。
誤り。CO2レーザメス(10.6 µm)は水への吸収が高く、光エネルギーが熱に変換されて蒸散・凝固(光熱作用)を生じる。電離(プラズマ化)は超高強度短パルス等で生じうるが、CO2レーザメスの主作用ではない。
正しい。レーザ結石破砕(例:Ho:YAGレーザ)はパルス照射により局所の急速加熱やキャビテーションから圧力波が発生し、これが衝撃波として結石に作用して破砕する。したがって主作用を「衝撃波」とするのは妥当。
正しい。超音波ネブライザは圧電素子で超音波を発生させ、振動板(ダイアフラム)の機械的振動で液体表面を微細化しエアロゾルを生成する。主作用は機械的「振動」である。
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解説
本問の「機械力」は、圧力・圧縮/減圧・機械的運動などの力学的作用を治療に用いることを指す解釈が一般的である。IABP装置は大動脈内バルーンを拍動に同期して加圧・減圧し、冠灌流の増加と後負荷軽減を生む機械的圧力作用を利用するため該当する。高気圧治療装置は患者を高圧環境に置くことで外圧という機械的圧力を作用させ、酸素の拡散・溶解を高める治療であり、これも機械力の利用に分類される。一方、冷凍手術器は低温(熱エネルギー)の作用、レーザメスは光(電磁波)による熱・光化学作用、サイクロトロンは電磁場で粒子を加速して核種を生成する装置で、いずれも機械力の直接的作用を治療原理の中心としていない。
選択肢別解説
誤り。冷凍手術器は液体窒素などで組織を急速冷却・凍結壊死させる装置で、治療効果の本体は低温(熱エネルギー)によるものであり、機械的力学作用を利用していない。
正しい。IABP装置は大動脈内のバルーンを機械的に加圧・減圧して拡張・収縮させ、圧力波形を変調することで冠灌流の増加と左室後負荷の低減を図る。圧力という機械力の作用を用いる代表例である。
正しい。高気圧治療装置(高圧酸素療法)は患者を高圧環境に置き、外圧という機械的圧力を作用させて酸素の溶解度や拡散を高める治療で、機械力の利用に分類される。
誤り。レーザメスはレーザ光(電磁波)による熱・光化学作用で切開・凝固を行う装置であり、機械的力学作用を治療原理としていない。
誤り。サイクロトロンは電磁場で荷電粒子を加速して放射性同位体を生成する加速器で、治療に機械力(圧力・機械的運動)を作用させる医療機器ではない。
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解説
各治療法が患者に対して主として用いる物理エネルギーの対応を問う問題で、正しい組合せは「電流—ICD」である。ICD(植込み型除細動器)は心室頻拍・心室細動時に高エネルギーの電気ショックを心筋に与えて除細動するため、治療の本質は電流の通電である。一方、PTCAはバルーン拡張という機械的圧力(機械力)を用い、VADはポンプで血液を送り出す機械力が主体であり、ESWLは体外から焦点収束させた衝撃波(音波)を利用し、CHDFは膜透析・濾過を行う圧力差・流量制御(機械力)を用いるため、提示された他の組合せはいずれも不適切である。
選択肢別解説
誤り。PTCA(経皮的冠動脈形成術)はバルーン拡張により冠動脈狭窄部を機械的に押し広げる治療で、用いる主たるエネルギーは機械力(動圧)である。熱エネルギーはPTCAの本質的手段ではない。
誤り。VAD(補助人工心臓)はポンプ機構により血液を駆出する機械力を用いる治療・補助であり、患者への治療エネルギーとして電磁波を用いるものではない(駆動に電磁モータ等を用いる場合があっても、治療原理は機械的送血)。
誤り。ESWL(体外衝撃波結石破砕術)は体外から収束させた衝撃波=音波(超音波域の圧力波)により結石を破砕する。粒子線(陽子線・炭素線など)を用いるのは粒子線治療であり、ESWLではない。
正しい。ICD(植込み型除細動器)は致死的不整脈発生時に心筋に高エネルギー電流を通電して除細動・除細動を行う装置であり、用いるエネルギーは電流(電気)である。
誤り。CHDF(持続的血液濾過透析)は血液ポンプ等による流量・圧力制御で膜を介した拡散・濾過を行う腎代替療法で、主たるエネルギーは機械力である。超音波はCHDFの治療原理としては用いない。
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解説
治療機器が用いる物理エネルギーは大きく電磁波(例:$\gamma$線, RF, マイクロ波)、粒子線(例:電子線, 陽子線)、圧力(陽圧)などに分類できる。ガンマナイフは$\gamma$線(電磁波)であり粒子線ではない。温熱治療は通常、RFやマイクロ波などの電磁波や超音波による加温であり、紫外線は主に表在の光化学作用を目的とし深部加温には適さない。マイクロ波治療器は電磁波(マイクロ波)による加温・凝固に用いる。サイクロトロンは荷電粒子を加速する装置で、治療用の電子線や陽子線などの粒子線ビームの源として用いられる。高気圧酸素治療装置は2〜3 ATA程度の陽圧環境を与えて高濃度酸素を吸入させる治療であり、『陽圧』がエネルギー要素である。以上より、正しい組合せは3, 4, 5である。
選択肢別解説
誤り。ガンマナイフは$\gamma$線(電磁波)を収束させて照射する装置であり、陽子線や重粒子線などの『粒子線』ではない。よって『ガンマナイフ ― 粒子線』は不適切。
誤り。温熱治療器はRF(短波/極超短波)やマイクロ波などの電磁波、あるいは超音波エネルギーで組織を加温する。紫外線は主に光化学作用・表在への作用で深部加温には適さず、温熱治療の主エネルギーではない。
正しい。マイクロ波治療器はマイクロ波(例:2.45 GHz帯など)の電磁波を用いて組織を誘電加熱し、加温や凝固・切開等に利用するため、『マイクロ波治療器 ― 電磁波』は妥当である。
正しい。サイクロトロンは荷電粒子を加速する加速器であり、治療用ビームとしての粒子線(電子線や陽子線など)の発生源となり得る。臨床の電子線治療は直線加速器が一般的だが、機器とエネルギーの対応として『サイクロトロン ― 電子線(粒子線)』は成立する。
正しい。高気圧酸素治療装置は高濃度酸素を2〜3 ATA前後の『陽圧』環境で吸入させる治療であり、エネルギー(物理要因)は陽圧である。従って『高気圧酸素治療装置 ― 陽圧』は適切。
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解説
電気メス(高周波手術装置)の出力は数百kHzの高周波成分を含み、同室のモニタ(心電図、血圧、SpO2など)に容量結合・電磁誘導・伝導を介して混入しやすい。雑音対策は(1)ノイズ源の低減(出力を最小限)、(2)経路遮断・結合低減(コードの物理的分離、絶縁・アイソレーション使用)、(3)受信側の除去(高周波除去フィルタ)という三層で行う。これらは妥当な対策である。一方、フローティング型(対地から浮いた)電気メスの採用はモニタ雑音低減策としては不適切で、患者−周辺機器間の浮遊容量を介した高周波漏れ電流が相対的に回り込みやすく、雑音を助長し得る。よって『フローティング型電気メスを使用する』は誤りである。
選択肢別解説
正しい。モニタ側に高周波除去(ESU)フィルタを挿入すると、電気メス由来の数百kHz帯の干渉成分を減衰させ、測定帯域(例:ECGの0.05~150 Hz程度)への混入を低減できる。原波形への影響を最小化する設計が前提だが、一般に有効な対策である。
正しい。ノイズ源である電気メス出力を必要最小限にすると、放射・容量結合・伝導いずれの経路でも混入する高周波エネルギーが減り、モニタ雑音が軽減する。患者安全面(熱損傷低減)の観点からも推奨される。
誤り。フローティング型(対地から絶縁された)電気メスは、対地基準が不安定になり患者・配線が対地に対して浮いた状態となるため、患者−周辺機器(モニタ)間の浮遊容量を介して高周波漏れ電流が流入しやすく、モニタへの高周波回り込みを助長し得る。したがって雑音対策としては適切でない。
正しい。対極板コードは電気メスの高周波大電流が流れるため、モニタのリード線から離して敷設すると電磁誘導・容量結合が減り、ノイズ混入が抑えられる。やむを得ず交差する場合は直角に交差させるのが望ましい。
正しい。絶縁型のトランスデューサやアイソレーションアンプ付き入力を用いると、患者側からモニタ内部への高周波電流の伝導経路を遮断でき、電気メス雑音の侵入を抑制できる。
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解説
超音波凝固切開装置は、数十kHz(代表例として約45〜55kHz)で振動するブレードの機械的振動エネルギーを組織に直接伝え、主に摩擦・せん断作用で組織タンパク質を変性・凝固させつつ切開する機器である。発生する組織温度は一般に約70〜100℃と比較的低く、高周波電気メスに比べて炭化や周辺組織への熱損傷が少ないことが特徴である。したがって「組織温度は800℃前後になる」は機器の実際と乖離しており誤りである。他の選択肢は本装置の基本的特性を正しく述べている。
選択肢別解説
正しい。超音波凝固切開装置は超音波振動するブレードを組織に当て、機械的振動エネルギーを直接組織へ伝達して作用する。これにより組織のせん断・圧縮と摩擦が生じ、切開と凝固が得られる。
正しい。振動ブレードと組織の相対運動により摩擦熱が生じ、局所のタンパク質が変性・凝固して止血が得られる。熱発生は高周波メスより低温域で制御されることが多く、熱損傷が少ない。
誤り。超音波凝固切開装置で上昇する組織温度は一般に約70〜100℃であり、800℃前後に達することは想定されない。比較的低温で凝固・切開が可能な点が本装置の特徴である。
正しい。超音波振動による機械的作用と摩擦熱により、切開と同時に凝固(止血)効果が得られるため、出血を抑えつつ切開を進められる。
正しい。周辺組織への熱拡散が比較的少なく、煙や炭化も抑えられるため、腹腔鏡などの内視鏡手術で広く用いられている。
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解説
小電力医用テレメータは病院内での生体情報監視に用いる特定小電力無線で、UHF帯(いわゆる400MHz帯の一部)が割り当てられている。運用上は混信を避けるために複数の周波数帯(一般に6バンド)が用意され、病棟やエリアごとにゾーン管理(色ラベルによる識別)を行う。技術条件として、送信機の空中線電力はA〜D型で1mW以下、E型で10mW以下と小さい。また帯域幅は型式ごとに異なり、A型は12.5kHz、B型は25kHzである。以上から、「20mW以下」とする記述および「A型の帯域幅25kHz」とする記述は誤りで、他の記述は概ね正しい。
選択肢別解説
正しい。小電力医用テレメータはUHF帯(400MHz帯の一部)を用いるよう割り当てられており、院内での安定運用と他業務無線との共存を図っている。
正しい。医用テレメータとして利用可能な周波数帯は一般に6バンドに区分され、運用時にバンド分散やゾーン管理と併用して混信を抑制する。
誤り。送信機の空中線電力はA〜D型で1mW以下、E型で10mW以下と規定されており、「20mW以下」は過大な値で規定と一致しない。
誤り。A型の周波数帯域幅は12.5kHzである。25kHzはB型の帯域幅であり、A型に25kHzを当てるのは不適切。
正しい。混信対策としてゾーン管理を行い、各ゾーンを色ラベルで表示して運用者が視認的に区別できるようにする手法が広く用いられている。
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解説
電気メスは数百kHz〜数MHzの高周波電流を用いて、組織の切開と凝固を行う。切開では連続正弦波を用い、電極先端でアーク放電を発生させて急速加熱・蒸散させる。凝固では断続波(バースト波・低デューティ比,高電圧ピーク)を用い、熱の平均化で炭化を抑えながら止血する。高周波非接地形(フローティング型)は患者回路を接地から絶縁して、対極板以外の経路への高周波分流(オルタナティブサイトバーン等)を抑制する。モノポーラ方式ではアクティブ電極から流した電流を体表面の対極板で回収する必要がある(バイポーラは不要)。
選択肢別解説
誤り。電気メスで組織を切開する主現象はアーク放電である。グロー放電は低電流密度・一様な発光で、電気メスの高エネルギー集中加熱には適さない。
誤り。凝固の出力は断続波(バースト・低デューティ比)で、平均出力を下げつつ高電圧ピークで表層を乾燥・凝固させる。連続正弦波は主に切開で用いられる。
誤り。電気メスに用いる高周波は一般に数百kHz〜数MHzで、神経・筋刺激を避けるため10kHzのような低周波は用いない。したがって「切開時の搬送波は10kHz」は不適切。
正しい。高周波非接地形(フローティング型)は、対極板を含む患者回路を接地から絶縁しており、接地経由の迷走電流を低減して安全性を高める。
正しい。モノポーラ使用時は、アクティブ電極と体表の対極板で回路を形成して電流を回収する必要があり、対極板は必須である。
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解説
小電力医用テレメータ(特定小電力無線局による医用テレメータ)は院内での心電図やSpO2などの連続監視に用いられ、一般にUHF帯(約420〜450 MHz)を使用し、耐雑音性と実装容易性に優れるFSK(周波数偏移)によるディジタル変調を採用する。周波数運用は1〜6の「6バンド」区分で管理され、A〜Eは周波数バンド名ではなく、機器の型区分や占有チャネルの構成を示す表現として扱われる。また、院内の混信対策としてゾーニングを行い、同一ゾーン内で同一色ラベルの送信機に統一する運用を採る。携帯機のアンテナは心電図誘導コードの1本を兼用する方式が一般的に採られる。以上より、A〜Eの5バンドという記述は誤りであり、これが不正解肢(誤っている内容)に該当する。
選択肢別解説
正しい。医用テレメータは院内使用の特定小電力無線としてUHF帯を用い、試験対策上は420〜450 MHz帯の運用として整理されている。UHF帯は見通し内での伝搬や建物内での取り回しに適し、十分なチャネル数を確保できる。
正しい。ディジタル変調としてFSK(Frequency Shift Keying:周波数偏移変調)を用いるのが一般的で、0/1に応じて搬送周波数を2値に切り替える。FSKは回路実装が容易で消費電力を抑えやすく、雑音・フェージングにも比較的強い。
誤り。運用上の周波数区分は1〜6の6バンドであり、「A〜E」は周波数バンド名ではない(機器の型区分や占有チャネル構成の区別として用いられる)。したがって「A〜Eの5バンドが割り当て」という記述は不適切。
正しい。院内混信を避けるためゾーンを区切り、同一ゾーン内では同一色ラベルの送信機で統一する。ゾーン間では色を変えてチャネル再利用の計画を立て、相互干渉を避ける運用を行う。
正しい。送信アンテナを心電図の誘導コードの1本と兼用する構造が用いられる。これにより携帯性・装着性を損なわずアンテナ長を確保できる。
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解説
RFカテーテルアブレーションは、心筋内の異常な電気伝導路・焦点を、カテーテル先端から流す高周波(おおむね数百kHz)電流によるジュール加熱で焼灼し、頻脈性不整脈を根治的に治療する方法である。病変部組織の温度は細胞が不可逆変性を起こすおよそ50〜60℃を目安に制御され、カテーテル先端が300℃以上になることはない。手技では一般にX線透視装置でカテーテル位置を確認する。また高周波通電に伴う電磁干渉は、体内植込み機器(ペースメーカなど)に影響し誤作動を起こし得るため、適切な周術期対応(感度設定変更、磁石使用、監視体制)が必要となる。したがって正しい記述は4と5である。
選択肢別解説
誤り。RFカテーテルアブレーションは主に頻脈性不整脈(例:房室結節リエントリー性頻拍、WPW症候群、心房粗動・心房細動の特定部位など)に対する根治的治療である。徐脈性不整脈の基本治療はペースメーカ植込みであり、RFアブレーションは適応ではない。
誤り。カテーテル位置・治療部位の同定にX線透視装置は一般に用いられる。近年は三次元マッピングやICEで被ばく低減・ゼロ透視が図られることはあるが、設問の「不要である」という断定は不適切。
誤り。治療効果は組織温がおよそ50〜60℃で得られるよう制御される。300℃以上は電気メスの切開モードに近い温度域であり、RFアブレーションのカテーテル先端温度としては不適切。
正しい。RF(高周波)カテーテルアブレーションは、カテーテル先端電極から体内へ高周波電流(一般に数百kHz)を流し、局所を加熱・焼灼して異常伝導路や不整脈起源を遮断する。
正しい。高周波通電に伴う電磁干渉により、ペースメーカが過感知・不適切抑制等の誤作動を起こす可能性がある。周術期にはモード変更や磁石使用、監視強化などの対策が必要。
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