臨床工学技士問題表示
臨床工学技士国家試験
解説
超音波診断装置は電離放射線ではなく音波を用いるため放射線被曝がなく、一般に非侵襲的で繰り返し使用しやすい。一方で超音波は骨・空気で強く反射・減衰するため、全身を一括に撮る「全身撮影」には適さない。心エコーではMモードや2Dで左室自由壁や心室中隔の壁厚を収縮期・拡張期に定量できる。さらに血管内超音波(IVUS)ではカテーテル先端のプローブにより血管内腔から断層像を取得可能である。電子走査により高フレームレートでリアルタイム表示が可能である。以上より、正しいのは3・4・5である。
選択肢別解説
誤り。超音波は電離放射線を用いないため放射線被曝はなく、診断用出力では一般に非侵襲的に実施できる。被曝に伴う侵襲性という表現はX線/CT/核医学に当てはまるが、超音波には当てはまらない。
誤り。超音波は骨や空気(肺・消化管内ガス)で強く反射・減衰するため透過性が不均一で、全身を一括で描出する「全身撮影」には不向きである。目的部位ごとに探触子を当てて限られた範囲を観察する。
正しい。心エコー(経胸壁や経食道)ではMモードや2D画像から左室壁や心室中隔の壁厚を測定でき、拡張期・収縮期の壁厚評価が可能である。
正しい。血管内超音波(IVUS)はカテーテル先端の小型振動子で血管内腔から超音波を送受信し、血管壁の断層像を取得できるため、血管内の画像が得られる。
正しい。電子走査・ビームフォーミングにより高フレームレートで画像更新が行われ、実時間(リアルタイム)の撮影・表示が可能である。
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解説
本問は「装置から生体に物理的エネルギーを加えて計測するか」を問う。外部から超音波・X線・光などのエネルギーを生体に与え、その反射・散乱・透過などの応答を検出する方式は能動的計測に該当する。超音波診断装置は超音波パルスを送波して反射エコーを受信し、X線CT装置はX線を照射して透過線量を計測し断層再構成を行う。光トポグラフィ装置(近赤外分光法)は近赤外光を頭部表面から照射し、散乱・反射光からヘモグロビン濃度変化を推定する。これらはいずれも装置側からエネルギーを加える。一方、PETやSPECTは体内に投与した放射性医薬品から自発的に放出されるγ線を外部検出器で受動的に計測する方式であり、装置自体が生体へエネルギーを与えるわけではない。よって該当するのは1、2、5である。
選択肢別解説
正しい。超音波診断装置はトランスデューサから超音波パルス(機械的振動エネルギー)を体内に送波し、その反射(エコー)を受信・画像化する。装置が生体に物理的エネルギーを加える能動的計測である。
正しい。X線CT装置はX線管からX線(電磁放射線エネルギー)を被写体に照射し、透過したX線強度を検出して断層画像を再構成する。外部からエネルギーを与える能動的計測である。
誤り。PET装置は放射性医薬品を体内に投与し、体内で生じる陽電子消滅に伴う511 keVのγ線を外部検出器で検出する受動的計測である。装置から生体へエネルギーを照射して計測するわけではない。
誤り。SPECT装置は体内の放射性医薬品から放出されるγ線をガンマカメラで検出する受動的計測であり、装置が外部からエネルギーを生体に加えて計測する方式ではない。
正しい。光トポグラフィ装置(近赤外分光法、NIRS)は近赤外光を頭皮上から照射し、散乱・反射光を検出して酸化・還元ヘモグロビン濃度変化を推定する。装置が光エネルギーを生体に加える能動的計測に該当する。
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解説
核医学画像(SPECT・PET)は体内に投与した放射性医薬品から放出される光子(γ線、PETでは陽電子消滅に伴う511 keVの消滅放射線)を体外検出して画像化する機能イメージングである。したがってα線は検出対象ではない。空間分解能はCT/MRIに比べて劣り、臨床PETで概ね4〜6 mm、SPECTで7〜12 mm程度が一般的で、1 mmは不適切である。PETは18F-FDGなどを用いて糖代謝を可視化でき、糖代謝亢進を示す多くの悪性腫瘍の検出に有用である。一方、SPECTは主に血流や受容体など機能評価に用いられ、微細な構造変化である組織線維化そのものを直接画像化する手法としては一般的でない。
選択肢別解説
誤り。核医学画像で体外検出するのはγ線(SPECT)や陽電子消滅に伴う511 keVの消滅放射線(PET)であり、α線は飛程が極めて短く体内で止まるため体外検出には適さない。
誤り。核医学の空間分解能はCT/MRIより低く、臨床PETで約4〜6 mm、SPECTで約7〜12 mm程度が一般的である。1 mm程度という高分解能は核医学の範囲を超えており不適切。
正しい。FDG-PETはグルコース類似体である18F-FDGの集積を利用し、糖代謝が亢進する多くの悪性腫瘍で高集積を示すため、腫瘍の存在検出に有用である(炎症などで偽陽性・低代謝腫瘍で偽陰性がありうる点には注意)。
正しい。PETは18F-FDGなどのトレーサを用いて体内の糖代謝(ブドウ糖取り込み)を画像化できる。FDG-PETは全身の糖代謝分布を可視化する代表的手法である。
誤り。SPECTは主に血流・受容体・代謝などの機能情報を評価する。組織線維化のような微細な構造変化を直接画像化する目的には一般的でなく、SPECTで線維化を得るとは言い難い。
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解説
脳磁計(MEG)は脳活動に伴う極めて微弱な磁場(おおむね $10^{-13}$〜$10^{-12}$ T)を計測する装置であり、その検出には超高感度の超電導量子干渉計(SQUID)が用いられる。SQUIDを超電導状態に保つため、デュワ内で液化ヘリウムによりおよそ 4 K に冷却する必要がある。また、脳磁場は地磁気($10^{-5}$〜$10^{-4}$ T)や都市雑音より桁違いに小さいため、磁気シールド室が必須である。ホール素子は一般に感度が $10^{-10}$ T 程度であり、脳磁場の検出感度として不足するため脳磁計には用いられない。さらに、MEG計測は頭蓋骨などによる影響を受けにくいという特性から、等価電流双極子(電流ダイポール)モデルを仮定して脳内の電流源位置推定が可能である。
選択肢別解説
誤り。脳磁場は $10^{-13}$〜$10^{-12}$ T と非常に微弱であり、一般的なホール素子の検出感度(おおむね $10^{-10}$ T 程度)では不足する。そのため脳磁計ではホール素子は用いられず、超高感度なSQUIDが用いられる。
正しい。SQUIDセンサを超電導状態に維持するため、デュワ内で液化ヘリウムによりおよそ 4 K に冷却する。低温超電導材料(例:Nbの臨界温度は約 9 K)で動作させるために必要な措置である。
正しい。脳磁計には超電導量子干渉計(SQUID)が用いられる。SQUIDはジョセフソン効果を利用し、$10^{-14}$ T 程度の高い磁場感度で脳磁場を検出できる。
正しい。MEGでは脳内電源を等価電流双極子(電流ダイポール)としてモデル化し、前方モデルと逆問題解析により双極子の位置・方向・モーメントの推定が可能である。
正しい。脳磁場は地磁気や都市雑音($10^{-5}$〜$10^{-4}$ T)より桁違いに小さいため、外来磁気雑音を低減する目的で磁気シールド室が必要となる。
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解説
PETは陽電子放出核種を標識した放射性医薬品を投与し,陽電子が体内の電子と対消滅して生じる2本の511 keV消滅γ線を同時計数して画像化する装置である。代表的薬剤のFDGはブドウ糖類似体で,組織の糖取り込み・糖代謝活性を反映する。PETで用いる核種(例:$^{11}\mathrm{C}$約20分,$^{13}\mathrm{N}$約10分,$^{15}\mathrm{O}$約2分,$^{18}\mathrm{F}$約110分)は,SPECT核種(例:$^{99\mathrm{m}}\mathrm{Tc}$約6時間,$^{123}\mathrm{I}$約13時間など)より概して半減期が短く,多くはサイクロトロンで製造される。被曝については,PET単独の有効線量は一般に数mSv〜10 mSv弱であり,標準的なX線CTの被曝より小さいか同程度である(PET/CTではCT分が加算される)。
選択肢別解説
誤り。PETは放射性医薬品から放出された陽電子が周囲の電子と対消滅して生じる2本の511 keVのγ線(消滅放射線)を同時計数して画像化する。電子線(ベータ線)そのものを検出するわけではない。
正しい。代表的なFDG-PETでは,グルコース類似体であるFDGが細胞に取り込まれリン酸化後に代謝回路へ進みにくく細胞内に留まる性質を利用し,組織の糖取り込み・糖代謝活性を評価できる。
正しい。PET核種($^{11}\mathrm{C}$約20分,$^{13}\mathrm{N}$約10分,$^{15}\mathrm{O}$約2分,$^{18}\mathrm{F}$約110分など)はSPECT核種($^{99\mathrm{m}}\mathrm{Tc}$約6時間,$^{123}\mathrm{I}$約13時間,$^{201}\mathrm{Tl}$約73時間など)に比べ半減期が短い。
正しい。陽電子放出核種(例:$^{18}\mathrm{F}$, $^{11}\mathrm{C}$, $^{15}\mathrm{O}$など)は通常サイクロトロンで製造される(ジェネレータ由来の例もあるが,サイクロトロンの使用は一般的)。
誤り。PET単独の有効線量は一般に標準的なX線CT検査より小さいか同程度である。なおPET/CT検査ではCTによる被曝が加算されるため,トータルの被曝は条件により増える。
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解説
エックス線CTは,被写体内のエックス線減弱係数の分布を再構成して画像化する装置で,画素の明るさはCT値(Hounsfield Unit, HU)で表す。CT値は水を基準0 HU,空気を約−1000 HUとする相対尺度で,定義は $\mathrm{HU}=1000\times\frac{\mu-\mu_{water}}{\mu_{water}}$($\mu$: 画素の減弱係数)である。X線を用いるため放射線被曝という侵襲を伴う点に留意する。デジタル画像でウィンドウ幅・レベルを調整できるため低コントラスト分解能に優れ,単純X線写真より病変コントラストを高くできる。ヘリカル(スパイラル)CTは管球連続回転と寝台連続移動で体積データを短時間に収集でき,逐次(ステップ&シュート)方式より体積あたりの撮影時間が短い。CT単独では形態情報が主体であり,代謝機能の画像化はPET/SPECTなどの核医学に属する。
選択肢別解説
正しい。CT値(HU)は水の減弱係数を基準0とする相対値で定義され,空気は約−1000 HU,骨は正の高い値となる。
誤り。CTは皮膚切開などの侵襲は行わないが,電離放射線を用いるため放射線被曝という生体侵襲を伴う。したがって本試験の文脈では非侵襲とはいえない。
誤り。CT画像はデジタル処理(ウィンドウ幅・レベル調整)により低コントラスト分解能に優れ,単純X線フィルム画像より病変コントラストを良好にできる。
誤り。X線CTは主に形態(減弱係数)を画像化する装置で,代謝機能の直接的な画像化は行わない。代謝機能の画像化はPETやSPECT(必要に応じてCTと融合表示)で実現される。
正しい。ヘリカル方式は管球連続回転と寝台連続移動で連続的にデータ収集でき,逐次スキャンより広範囲を短時間で取得できるため体積あたりの撮影時間が短い。
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解説
核医学画像は、体内に投与した放射性医薬品(RI)から体外へ放出されるガンマ線を外部検出器で測定して画像化する。ガンマカメラが得るのは二次元の平面像(投影像)であり、断層像ではない。断層像は多方向投影から再構成するSPECTや、消滅放射線を同時計測して再構成するPETで得られる。PETの撮像時間は用いる核種の半減期や生体内動態により実質的に制約され、腫瘍の代謝評価(FDGなど)やSPECTによる脳血流イメージングが代表的応用である。本問で誤っているのは「ガンマカメラの画像は断層像である」。
選択肢別解説
正しい。核医学検査(ガンマカメラ、SPECT、PET)は体内に分布したRIから体外へ放出されるガンマ線を測定して画像化する。PETでは陽電子消滅に伴う511 keVの消滅ガンマ線の同時計測を用いる。
誤り。ガンマカメラが得る画像は深さ方向の情報が重なった二次元の平面像(シンチグラフィ)であり、断層像ではない。断層像を得るには、回転収集して再構成するSPECTやPETを用いる。
概ね正しい。PETの撮像可能時間は用いる核種の物理的半減期に強く制約され、放射能は時間とともに減衰する(例:$N(t)=N_0\cdot 2^{-t/T_{1/2}}$)。実際には生物学的洗い出しや装置感度・必要カウントも関与するが、半減期が主要因である。
正しい。腫瘍は一般に糖代謝が亢進しており、$^{18}$F-FDGなどを用いたPETで腫瘍の描出・評価が可能である。
正しい。SPECTでは99mTc-HMPAOや99mTc-ECDなどを用いて脳血流分布(脳血流量の相対評価)を画像化できる。
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解説
X線CTは患者を回転周回しながら多方向の投影データを取得し、逆投影を基礎とする再構成(現在はフィルタ補正逆投影法が標準、逐次近似法も普及)で断層像を得る。得られた多枚のスライスからボリュームデータを作成すれば3次元表示が可能である。また造影剤を用いるCTアンギオグラフィにより血管撮像が行える。一方、CTは一般にX線管から一方向に照射しつつ装置を回転させて多方向情報を集める方式であり、「双方向に照射する」という表現は不適切。空間分解能はサブミリ(おおむね0.3~0.5 mm程度)で、1 cm程度というのは粗すぎて誤りである。以上より1・2・3が正しい。
選択肢別解説
正しい。連続スライスや薄スライスのボリュームデータからMPRや3D(VR、MIP等)を作成でき、臓器の3次元構造を評価できる。
正しい。CTの基本再構成は逆投影であり、実用上はフィルタ補正逆投影(FBP)が広く用いられてきた。逐次近似再構成も併用されるが、「逆投影法がある」という記述は事実に合致する。
正しい。ヨード造影剤を用いるCTアンギオグラフィ(CTA)により動静脈の走行や狭窄・閉塞評価が可能で、血管撮像は広く実施されている。
誤り。一般的なCTはX線管から一方向に照射しつつガントリを回転させて多方向の投影データを得る。『双方向に照射』という同時二方向照射を意味する表現はCTの原理を適切に表していない。
誤り。X線CTの空間分解能はサブミリ(約0.3~0.5 mm)であり、1 cm程度というのは粗すぎる。なお本選択肢は単位の記載が欠けており表現としても不適切である。
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解説
$正しいのは4。CT値は水を基準(0 HU)として定義され、空気は約-1000 HU、骨は数百HU以上となる。定義式は HU = 1000 \times \frac{\mu - \mu_{water}}{\mu_{water}}(\mu は線減弱係数)であり、骨を基準にはしない。臨床用X線CTのスライス厚は一般に0.5〜10 mm程度で、50 µmのような極薄スライスは臨床CTでは用いない(それは主にマイクロCTの領域)。空間分解能も臨床装置でおおむね0.3〜0.5 mm程度であり、5 mmは粗すぎて不適切。時間差分法はデジタルサブトラクションアンギオグラフィ(DSA)の時間サブトラクションで、造影前(マスク像)を造影後(ライブ像)から差し引き血管のみを強調する。ヨード系造影剤は原子番号が高くK吸収端(約33 keV)付近でのフォトン吸収が大きく、X線減弱が大きいのでコントラスト増強に用いられる。$
選択肢別解説
$誤り。CT値(HU)は水の線減弱係数を基準(0 HU)として定義される。定義式は HU = 1000 \times \frac{\mu - \mu_{water}}{\mu_{water}}。骨は基準ではなく、結果として数百HU以上の高い値を示す。$
誤り。臨床用X線CTのスライス厚は通常0.5〜10 mm程度で設定される。50 µm(0.05 mm)は臨床CTとしては極端に薄く、主にマイクロCTの領域である。
誤り。X線CTの空間分解能は臨床装置でおおむね0.3〜0.5 mm程度(高分解能で約0.3 mm)であり、5 mmという値は粗すぎる。
正しい。時間差分法(DSAの時間サブトラクション)は、造影剤投与前のマスク像を、投与後のライブ像から減算して血管像を強調する手法である。
誤り。ヨード系造影剤は高い原子番号によりX線のフォトエレクトリック効果が増大し、X線減弱(吸収)が大きい。したがってコントラスト増強に用いられる。
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解説
電磁障害(EMI)対策と医用機器の安全運用に関する基礎問題。静電シールドは電界(静電誘導)を遮断するもので、遮へい導体を接地して基準電位に保持し、流入した変位電流を大地へ逃がすことで効果が最大化される。心電計リード線のシールドは商用周波数50/60 Hzの低周波電界ノイズに対しても有効であり、「高周波に限る」は誤り。心電図モニタ中に電気毛布を使う場合は医療用ノイズレス毛布(3極プラグ、シールドヒータ等)やフィルタ・テレメータ等で対策し、患者直下に導電性シーツを敷くのは漏れ電流経路や熱傷リスクを高め不適切。ペースメーカ装着患者のMRIは(MRI条件付き機器を除き)誤作動やリード加熱等の危険から原則禁忌。電気メス併用中はECGが高周波ノイズで汚染されやすいため、IABPのトリガは動脈圧波形を用いるのが安全で確実。
選択肢別解説
正しい。静電シールドは電界遮へいが目的であり、遮へい導体を接地して外郭を基準電位に保つことで、内部の電磁障害源からの静電誘導を効果的に抑える。接地しない浮遊シールドでは遮へい効果が低下する。
誤り。心電計の主要な外来ノイズは商用交流50/60 Hzなどの低周波電界であり、シールド線は低周波電界に対しても有効である。「高周波に限りシールド効果がある」という断定は不適切。磁界成分については別途ツイストや配置・材質対策が必要だが、電界ノイズはシールドで低減できる。
誤り。患者の下に導電性シーツを敷くと、漏れ電流の経路を形成し感電・熱傷リスクを高めるため不適切。適切な対策は、医療用ノイズレス電気毛布(シールドヒータ線・3極プラグ)や機器の接地・アイソレーション、ハムフィルタやテレメータの利用などである。
誤り。ペースメーカ装着患者のMRIは静磁場・勾配磁場・RFにより誤作動やリード加熱を生じ得るため、(MRI条件付きデバイスを除き)原則禁忌である。よって「受けられる」とする一般的記載は不適切。
正しい。電気メス使用時はECGが高周波ノイズで飽和・誤検出しやすい。IABPのトリガにはノイズの影響を受けにくい動脈圧波形(圧波形の立ち上がり等)を用いるのが安全で確実である。
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