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臨床工学技士国家試験
解説
パルスオキシメータは、指先などを透過する赤色光(約660 nm)と赤外光(約940 nm)の吸光度の比から動脈血酸素飽和度(SpO₂)を推定する装置で、拍動に伴う吸光度の変動成分(AC)を用いて動脈成分のみを抽出する。660 nm ではデオキシヘモグロビン(Hb)の吸収がオキシヘモグロビン(O₂Hb)より大きく、940 nm では逆にO₂Hbの吸収が大きいという特性差を利用する。2波長は交互発光(時間多重)させてそれぞれの透過光を区別し、環境光の影響も補正する。SpO₂はヘモグロビンの酸素解離曲線に基づく推定であり、PaO₂(酸素分圧)とは一対一対応しない。COHbはO₂Hbと吸光特性が類似するため二波長法ではO₂Hbとして扱われ、CO中毒ではSpO₂が実際より高く表示されうる。また、人工心肺中の非拍動流(特に遠心ポンプ)では脈動が乏しくAC成分が得られないため測定が困難となる。以上より、選択肢1が正しい。
選択肢別解説
正しい。赤色光(約660 nm)ではデオキシヘモグロビンの吸収係数がオキシヘモグロビンより大きい。一方、赤外光(約940 nm)では逆転しO₂Hbの吸収が大きい。この波長依存の吸収差がSpO₂推定の基礎である。
誤り。赤色光と赤外光は同時ではなく交互に発光し、受光側は時間多重でどちらの波長かを識別する。これによりクロストークを避け、環境光も補正して各波長の吸光度を正確に求める。
誤り。酸素飽和度(SpO₂またはSaO₂)とPaO₂は酸素解離曲線に従う非線形関係で、飽和度100%に対応するPaO₂は単一の値ではない。吸入酸素濃度やpH、体温、2,3-DPGなどで解離曲線が変化し、PaO₂は広い範囲を取りうる。
誤り。一酸化炭素ヘモグロビン(COHb)はO₂Hbに近い吸光特性を持つため、二波長のパルスオキシメータはCOHbをO₂Hbとして誤認し、SpO₂を実際より高く表示しうる。正確な評価には多波長のコオキシメータが必要である。
誤り。パルスオキシメータは動脈の拍動による吸光度の変動成分(AC)を利用する。遠心ポンプを用いた人工心肺では流れがほぼ非拍動となり、末梢脈波が乏しくなるため測定は困難または不可能となる。よって「計測できる」との断定は不適切。
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解説
観血的血圧計測(直接法)は、動脈内(あるいは心腔内)に動脈針・カテーテルを挿入し、圧トランスデューサを介して血圧を直接連続測定する方法である。選択肢の中ではカテーテル法のみがこれに該当する。聴診法(コロトコフ音)、トノメトリー法(橈骨動脈のアプラネーション)、容積補償法(Penáz法、指マンシェットで容積一定化)、オシロメトリック法(振動法)はいずれも皮膚上からの非観血的計測である。
選択肢別解説
正しい。カテーテル法は動脈内にカテーテルや動脈針を留置し、フラッシュ液を満たした圧伝達ラインと圧トランスデューサで血圧を直接・連続測定する観血的(直接)法である。手術室・ICUでの動脈ライン(A-line)が典型例。
誤り。聴診法は上腕にマンシェットを巻き、減圧時に聴取するコロトコフ音の出現・消失から収縮期・拡張期血圧を推定する非観血的(間接)法である。
誤り。トノメトリー法は橈骨動脈上に感圧センサを当て、動脈を平坦化(アプラネーション)させて外圧と内圧が釣り合う条件から連続的に血圧波形を推定する非観血的法である。
誤り。容積補償法(Penáz法、指容積クランプ)は指マンシェットと光学センサで動脈容積が一定になるよう外圧をフィードバック制御し、その制御圧から連続血圧を推定する非観血的法である。
誤り。オシロメトリック法(振動法)はマンシェット圧の減圧中に重畳する動脈拍動の振動(オシレーション)を解析して血圧を求める非観血的法である。
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解説
耳用赤外線体温計は、鼓膜や外耳道から自発的に放射される赤外線(熱放射)を受動的に検出して温度に換算する装置である。一般に検出器には熱型のサーモパイルが用いられ、短時間(約1~2秒)で測定可能である。挿入角度・深さ、外耳道の形状や耳垢の有無で鼓膜の見通しが変わり測定値がばらつくことがある。鼓膜温は中枢温に近く、末梢である腋窩温より高めに出る傾向がある。よって「鼓膜に赤外線を照射する」は誤りで、正しくは“鼓膜からの赤外線を検出する”。
選択肢別解説
誤り。耳用赤外線体温計は鼓膜から放射される赤外線を受動的に検出して温度を求める。装置が鼓膜へ赤外線を照射して測るわけではない。
正しい。赤外線検出器には熱型検出器であるサーモパイル(多数の熱電対を直列接続)が広く用いられ、入射赤外線により生じる温度差を起電力として検出する。
正しい。耳用赤外線体温計は1~2秒程度の短時間で測定できる設計であり、迅速測定が特徴である。
正しい。プローブの挿入角度・深さや外耳道の形状、耳垢の存在によって鼓膜からの放射を十分に捉えられない場合があり、測定値がばらつく。
正しい。鼓膜温は中枢温に近く、末梢の腋窩温より高めに出る傾向がある。臨床解釈時には測定部位による系統的差を考慮する。
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解説
血液透析回路の基本は、ダイアライザ内で血液と透析液を向流(counter current)で流して濃度勾配を全長で維持し、溶質除去効率を最大化することである。並流(co-current)にすると入口付近で急速に濃度差が縮小し、全体の拡散駆動力(対数平均濃度差)が小さくなり除去効率が低下するため不適切。補助回路については、抗凝固薬は血液ポンプ下流の陽圧部(ダイアライザ上流側)に注入して陰圧部からの空気誤入や逆流を避けるのが標準的であり、生理食塩液は血液ポンプ上流の陰圧部に設置してポンプで確実に吸引・送液できるようにする。返血側(静脈側)では、静脈圧は返血側ドリップチャンバ上部(エアトラップの空気層)からモニタし、気泡検知器は返血側ドリップチャンバの下流(患者直前)に設置して空気塞栓を防止する。以上より、並流とする選択肢1が不適切となる。
選択肢別解説
不適切。中空糸型ダイアライザでは血液と透析液は向流とするのが原則。向流はダイアライザ長手方向で濃度勾配を大きく保てるため、拡散除去効率(対数平均濃度差)が高い。並流では入口付近で平衡化が進み、全体の除去効率が低下する。
適切。抗凝固薬注入ラインは血液ポンプの下流(陽圧側、ダイアライザ上流)に設けるのが標準的配置。陰圧であるポンプ上流側に置くと、系の陰圧解除や配管状態によって空気の誤吸引や逆流が起こりやすく、安全性・定量性に不利である。
適切。生理食塩液(補液)ラインは血液ポンプの上流(陰圧側)に設置すると、ポンプで確実に吸引して送液できるため、プライミング・回路洗浄・補液操作が安定する。
適切。静脈圧は返血側ドリップチャンバ(静脈側エアトラップ)の上部(空気層)から圧ラインを接続して測定する。血液が直接圧トランスデューサに入らず、安定した静脈圧モニタが可能になる。
適切。気泡検知器は返血側ドリップチャンバの下流(患者直前)に設置し、残存気泡を確実に検出してポンプ停止・クランプ作動により空気塞栓を防止する。
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解説
自動血球計数装置は,主としてインピーダンス法(コールター原理)や光学法で血球数と体積を測定する。コールター原理では血球が微小孔を通過すると電気抵抗が一過性に増加し,そのパルス数から細胞数,パルス振幅から細胞体積が得られる(オームの法則に基づく)。ヘモグロビンは溶血した検体を比色法(シアンメトヘモグロビン法やSLS-Hb法など)で測定し,Hb値が得られる。ヘマトクリット(Ht)は赤血球数と平均赤血球容積(MCV)から装置内で計算される。測定では誤差を避けるため,検体は装置内で適正に希釈・均一懸濁して用い,濃縮検体は同時通過(コインシデンス)や閉塞を招き不適切である。以上より「濃縮した血液検体が用いられる」は誤り。
選択肢別解説
正しい。赤血球数の測定にはインピーダンス法(コールター原理)が広く用いられ,血球通過時の電気抵抗変化をパルスとして数える。抵抗変化の検出はオームの法則に基づく。
正しい。平均赤血球容積(MCV)は装置が血球体積分布を測定して算出し,指標として出力される(体積ヒストグラムやインピーダンス/光学測定から得る)。
正しい。ヘモグロビンは溶血した検体を用いた比色法(例:シアンメトヘモグロビン法,SLS法)で測定され,Hb値として得られる。これを基にMCHやMCHCなども算出可能である。
正しい。ヘマトクリット(Ht)は自動血球計数装置では赤血球数とMCVから計算で求められ,装置が項目として出力する。
誤り。装置は検体を適正比で希釈し,均一に懸濁した状態で測定する。濃縮検体を用いると複数血球の同時通過(コインシデンス)や詰まりが起こり,数え落としや体積測定誤差を生むため不適切である。
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解説
輸液機器は、重力(自然滴下)に流量制御機構を付加した方式、チューブを圧迫して送液するペリスタルティック系(ローラ/フィンガ)、シリンジのプランジャを駆動するピストンシリンダ系(シリンジポンプ)、薬液容器自体に圧力を蓄えて押し出す予圧注入方式などに大別される。予圧注入方式は小型・軽量で電源不要の携帯型ディスポーザブルポンプ(エラストメリックやスプリング式など)として広く用いられるため正しい。ローラポンプはローラがチューブをしごくペリスタルティック動作で一方向送液が実現され、方向はローラ回転とチューブ配管で決まり、弁で方向制御はしないので設問は誤り。自然滴下方式でも滴下数を光学的に検出する滴下センサとオクルーダで流量制御する輸液コントローラが用いられるため「用いない」は誤り。フィンガポンプは複数の指状押さえで断続的に圧迫する方式で、一般に高流量向きではなく、広流量域・高流量に適するのはローラポンプであるため誤り。シリンジポンプは機械的剛性の高いピストンシリンダで容積を正確に送り出せるため、微量・低流量域でも精度が高く正しい。
選択肢別解説
正しい。予圧注入方式は薬液容器(エラストメリックバルーンやスプリング等)にあらかじめ圧力を蓄え、流路の開放により一定圧で薬液を送る。小型・軽量で電源不要の携帯型ディスポーザブルポンプとして術後鎮痛や在宅医療で用いられる。
誤り。ローラポンプはペリスタルティック方式で、ローラがチューブを連続的に圧迫・開放することでチューブ内に進行波を作り、一方向に送液する。流れの方向はローラの回転方向とチューブ配管で決まり、弁機構で方向を制御するわけではない。
誤り。自然滴下方式でも、滴下数を光学的に検出する滴下センサとオクルーダ(クランプ)でチューブ圧閉度を調整して設定滴下数を保つ輸液コントローラが用いられる。したがって『滴下センサは用いない』は不適切。
誤り。フィンガポンプ(リニアペリスタルティック)は複数のフィンガでチューブを順次圧迫して送液するが、高流量域はローラポンプが適することが多い。フィンガポンプは一般に中等流量域で用いられ、高流量投与向きとは言い難い。
正しい。シリンジポンプはピストンシリンダ(シリンジ)をステッピングモータ等で高精度に駆動し、容積が機械的に規定されるため微量・低流量でも脈動が小さく高い定常性と精度を得やすい。微量薬剤投与に適する。
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解説
輸液ポンプでは異常の種類ごとに最適な検知方式が採用される。超音波センサはチューブ外側から送受波器で液体中を伝わる超音波の透過・減衰を測定し、液体中に気泡(空気)が混入すると液体と空気の音響インピーダンス差により反射・散乱が増え受信信号が低下する特性を利用して気泡混入を検出する。一方、回路閉塞はライン圧上昇をとらえる圧力センサ(あるいはモータ負荷)で、滴下異常は点滴筒を通過する滴下を赤外線の遮断で検知する光学式で、ドア開放はマイクロスイッチやリードスイッチ等で、フリーフローは機械的なアンチフリーフロー機構などで予防・検出される。したがって超音波を利用するのは「気泡混入」である。
選択肢別解説
誤り。回路閉塞(オクルージョン)の検出は、輸液ラインの圧力上昇をとらえる圧力センサ(ストレインゲージ等)やモータ電流・トルクの変化で行うのが一般的であり、超音波は用いない。
誤り。滴下異常の検出は、点滴筒を通過する滴を赤外線LEDとフォトセンサによる光学式でカウントする方式が用いられる。超音波は用いない。
正しい。気泡混入はチューブ外装の超音波送受信子で液体中の超音波透過を監視し、空気混入により音響インピーダンス不整合が生じて反射・減衰が大きくなることを閾値判定して検出する。
誤り。ドア開放はドア部のマイクロスイッチやリードスイッチ(磁気センサ)などで機械的に検出する。超音波は用いない。
誤り。フリーフロー発生は超音波で検出するものではなく、機械的なアンチフリーフロー(自動クランプ)機構などで予防・制御される設計が用いられる。
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解説
パルスオキシメトリは、指先や耳朶などに装着したセンサで赤色光と赤外光の吸光度変化(拍動に伴う動脈血の交流成分)を検出し、動脈血酸素飽和度を推定してSpO2として表示する非侵襲的モニタである。動脈の拍動が十分に検出できることが前提であり、末梢循環不全や低体温、血圧低下などで拍動が微弱な場合は測定精度が低下し、モニタとして適さない。出力は飽和度(SpO2)であり、動脈血酸素分圧(PaO2)は血液ガス分析で測定される別概念である。センサ装着部位は拍動が得られる末梢(指、耳朶、足趾、額など)が適切で、胸部皮膚は一般に不適である。
選択肢別解説
誤り。パルスオキシメトリは非侵襲的測定であり、患者の血液採取は不要である。指や耳朶などにセンサを装着して光学的に推定する。
正しい。パルスオキシメータは拍動成分から動脈血ヘモグロビンの酸素飽和度を推定し、SpO2として表示する(SaO2の推定値)。
誤り。本法は動脈の拍動(交流成分)を利用するため、末梢拍動が微弱なときは信号が得にくく精度が低下し、モニタとして適さない。ショック・低体温・血管収縮時などで典型的に不安定となる。
誤り。パルスオキシメータの測定値はSpO2(経皮的動脈血酸素飽和度)で表す。PaO2は動脈血酸素分圧であり、血液ガス分析で測定される別の指標である。
誤り。センサ装着は拍動が得られる部位(指、耳朶、足趾、額など)が適切であり、胸部皮膚は一般に拍動が乏しく適さない。
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解説
遠心ポンプは羽根車の遠心力で血液にエネルギーを与える非閉塞型ポンプで、流量は回転数だけでなく前負荷(流入量)や後負荷(回路抵抗・動脈圧)に強く依存する。したがって回転数を一定にしても流量は一定にならず、流量計で監視しながら回転数を調整する必要がある(「回転数が一定なら流量一定」は誤り)。また遠心ポンプはローラーポンプと異なりチューブを完全閉塞しない構造のため、使用前のオクルージョンテストは不要である(「オクルージョンテストを必要とする」は誤り)。一方、低流量域では前後負荷変動の影響が相対的に大きく微調整が難しい、回転停止・低回転時は動脈圧による逆流が起こり得る、血液粘性(ヘマトクリットや温度)によりポンプ特性・回路圧損が変動する、などは正しい特性である。
選択肢別解説
正しい。遠心ポンプは流量が前後負荷に依存するため、低流量域ではわずかな回路抵抗や静脈還流の変化で流量が大きく変動しやすく、安定した微調整が難しい。実運用では流量計で監視しながら回転数を細かく調整する必要がある。
正しい。遠心ポンプは非閉塞型であり、回転停止または低回転時には動脈側圧に押し戻されて回路内で逆流が生じ得る。停止前の送血ラインのクランプなど逆流防止操作が必須である。
正しい。血液粘性はヘマトクリットや温度に依存し、回路圧損やポンプのQ–H特性に影響する。粘性が高いほど同一回転数でも得られる流量は低下しやすい。
誤り。遠心ポンプの流量は回転数だけでなく後負荷(動脈圧・回路抵抗)や前負荷(静脈還流)に左右されるため、回転数一定でも流量は一定にならない。一定流量を維持するには流量計で監視し回転数を適宜調整する必要がある。
誤り。オクルージョンテストはローラーポンプでチューブの圧閉塞度を調整・確認する手技であり、非閉塞型の遠心ポンプでは実施不要である。
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