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、おおむね数十kHz(典型的に20~40kHz台)の超音波振動をプローブ先端に与え、機械的振動とキャビテーション作用で軟らかい実質臓器などの組織を乳化・細分化しながら同時に吸引する装置である。体内に高周波電流を流すわけではないため対極板は不要で、止血能は電気メスに比べ限定的である。使用時は生理食塩液を灌流し、先端の冷却・破砕片の搬送・乳化の促進を図る。適応としては肝・脳の実質臓器手術に加え、眼科の白内障手術(超音波乳化吸引術:Phaco)でも広く用いられる。
選択肢別解説
誤り。超音波吸引手術器の振動周波数は一般に数十kHz(例:20~40kHz台)であり、5MHzのような高い周波数は超音波診断装置の送受信用プローブなどで用いられる帯域である。
誤り。超音波吸引手術器はプローブ先端の機械的超音波振動で組織を乳化・吸引するため、電気メスのように高周波電流を体内に流さない。よって対極板は不要である。
誤り。超音波吸引手術器の止血能は限定的で、特に太い・壁の薄い血管では十分な凝固が得られにくい。止血には電気メス(バイポーラなど)やクリップ・結紮の併用がしばしば必要であり、止血機能は電気メスに劣る。
正しい。生理食塩液を灌流しながら使用することで、プローブ先端や組織の冷却、破砕組織の乳化・搬送、吸引効率の向上、先端の過熱防止・閉塞予防が得られる。
正しい。白内障手術(超音波乳化吸引術:Phacoemulsification)で水晶体核を超音波で乳化し吸引除去する際に用いられる。ほかに脳腫瘍摘出や肝臓など実質臓器の部分切除にも適用される。
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解説
超音波切開凝固装置(例:ハーモニックスカルペル)は、ブレードを約55kHz帯で縦方向に微小振幅(おおむね数十µm)で振動させ、機械的振動と摩擦熱により組織中のタンパク質を約70〜100℃で変性させて凝固しつつ切開する。電流を患者組織に流して加熱する電気メスと異なり、側方熱拡散や煙が少ない利点がある一方、凝固・止血のスピード自体は電気メスより一般に遅い。したがって「電気メスに比べて凝固操作が短時間で可能」は誤りであり、これが不適切な記述となる。
選択肢別解説
概ね正しい。超音波切開凝固装置のアクティブブレードは数十kHz(代表値は約55kHz)で振動し、長軸方向に微小振幅で往復運動する。この振動により機械的作用と摩擦熱が発生する。
正しい。超音波振動による摩擦熱で組織タンパク質を約70〜100℃で変性・凝固させる。電気メスより低めの温度帯で凝固でき、側方熱損傷が少ない点が利点である。
正しい。振動に伴う機械的切断と発生熱による凝固が同時進行するため、出血を抑えながら切開できる。小〜中等度の血管で有用である。
誤り(本問の不適切記述)。超音波切開凝固装置は電気メスに比べて止血・凝固の完了までに時間を要することが多く、凝固操作が短時間で可能とはいえない。電気メスは高周波電流によるジュール熱で迅速に凝固できるのに対し、超音波は機械的振動と摩擦熱に依存するため速度で劣る傾向がある。
正しい。側方熱損傷や煙が少なく、精緻な操作が求められる内視鏡下(腹腔鏡下など)手術で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
医用治療機器が主として利用する物理エネルギーの対応を問う問題。ESWLは体外から収束させた衝撃波(音波の一種)で結石を破砕するため「音波」で正しい。除細動器はコンデンサに蓄えた直流エネルギーを短時間のパルスとして心筋に印加する機器であり、「パルス状の直流(パルス波)」に該当して正しい。電気メスは数百kHz〜数MHzの高周波電流によるジュール熱を利用するため「高周波」で正しい。電気焼灼器は抵抗加熱体を通電(多くは直流や低周波)して先端を高温にし焼灼する機器であり、電磁波(極超短波=マイクロ波)を用いるわけではないため誤り。IABPはヘリウムガスでバルーンを拡張・収縮させて冠灌流の増加と後負荷軽減を図る機械的補助であり、超音波は用いないため誤り。
選択肢別解説
正しい。ESWL(体外衝撃波結石破砕術)は衝撃波を体内の結石に集束させ破砕する。衝撃波は媒体中を伝搬する音響波の一種であり、「音波」の分類に含まれる。
正しい。除細動器はコンデンサに蓄えた直流を短時間に放電して心筋にパルス状の電流を流す(単相性・二相性パルス、台形/指数減衰波形など)。したがって「パルス波」の表現は適切である。
正しい。電気メス(電気手術装置)は約0.3~5 MHzの高周波電流を生体に流し、組織のジュール熱で切開・凝固・止血を行うため、利用エネルギーは「高周波」である。
誤り。電気焼灼器は通電で先端金属を加熱する抵抗加熱を用いる機器であり、極超短波(マイクロ波)といった電磁波は用いない。極超短波を治療に用いるのはマイクロ波凝固装置やマイクロ波治療器である。
誤り。IABP(大動脈内バルーンパンピング)はヘリウムガスによるバルーンの拡張・収縮で機械的に循環補助を行う。超音波エネルギーは使用しない。
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解説
生体組織に入射した光は、波長依存の散乱と吸収で減衰する。皮膚は角層・表皮・真皮にわたって屈折率不整(細胞構造やコラーゲン線維など)が多く、可視光に対する散乱が大きい。血液では赤血球(約7–8 µm)がミー散乱体として働き散乱が大きい。紫外線のうちUVA(約320–400 nm)は表皮を越えて真皮まで到達しうる。一方、水は可視域の吸収は小さいが、赤外域では分子振動(OH伸縮など)の基本振動・倍音・結合音により強く吸収するため、「水の赤外光の吸収は小さい」は誤りである。眼球内の媒体(角膜・房水・水晶体・硝子体)は可視光に対して高い透過性を示し、吸収は小さい(UVは角膜・水晶体で主に吸収される)。
選択肢別解説
正しい。皮膚は細胞内外の屈折率差やコラーゲン線維など多数の散乱体を含み、可視光に対する散乱係数が大きい。これにより入射可視光は浅部で強く拡散し、深部まで届きにくい。
正しい。血液中の赤血球は可視域でサイズが波長と同程度のミー散乱体として働き、光散乱が大きい。加えてヘモグロビンの吸収も強いが、本肢は散乱についての記述であり妥当である。
正しい。UVA(約320–400 nm)はUVBより波長が長く散乱・吸収を受けにくいため、真皮まで到達しうる。光老化(真皮の弾性線維変性)との関連でも知られる。
誤り(設問の正解)。水は赤外域で強い吸収を示す。特に近赤外の約1,400 nm付近以上や中赤外域ではOH振動由来の吸収帯が顕著で、透過は小さい。よって「赤外光の吸収は小さい」は不適切。
正しい。眼球内媒体(角膜・房水・水晶体・硝子体)は可視光に対して高い透過性を持ち、吸収は小さい。一方でUVは主に角膜・水晶体で吸収される。網膜は可視光を受容するが、ここでの文脈は眼球媒体の光学特性を指す。
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解説
生体の主な発色団・吸収体(ヘモグロビン、メラニン、DNA、水)の波長依存性を押さえると判断できる。水は赤外域(特に1.4 μm、1.9 μm付近など)で強い吸収を示し、組織中の水分が多いほど赤外光は減衰しやすい。皮膚の透過・反射は血液量や血流の変化によりヘモグロビンの吸収・散乱が変わるため影響を受け、光電式脈波やレーザドプラなどに応用される。DNAは紫外域、とくに約260 nm付近で強く吸収し、UVC(100–280 nm)はピリミジン二量体形成などの損傷を引き起こす。メラニンは紫外線を中心に広帯域で吸収し、光防御に寄与する。ヘモグロビンは可視短波長(青〜緑)での吸収が大きく、赤色〜近赤外で吸収が小さいため、血液の光吸収は青色光の方が赤色光より大きい。よって「血液の光吸収は青色光よりも赤色光で大きい」は誤り。
選択肢別解説
正しい。水は赤外域で強い吸収を示し、1.4 μmや1.9 μmなどに強い吸収帯がある。組織は含水率が高いため、赤外光は組織中で減衰しやすい。
正しい。皮膚における光の透過・反射は、血液量・血流によるヘモグロビンの吸収や赤血球による散乱の変動に依存する。これを利用して、光電式容積脈波(PPG)やレーザドプラ血流計では血行動態の変化を評価できる。
誤り。ヘモグロビン(酸化・還元いずれも)は青〜緑(約450〜600 nm)で強く吸収し、赤色〜近赤外(約650〜900 nm)では吸収が相対的に小さい。赤色光が組織深部まで届きやすいのはこのためで、青色光より赤色光のほうが血液に強く吸収されるという記述は逆である。
正しい。DNAは約260 nm付近に吸収極大を持ち、UVC(100–280 nm)照射でピリミジン二量体形成などの分子損傷が生じるため、遺伝物質が損傷を受ける。
正しい。メラニンは紫外線を中心に可視域にも広く吸収帯を持ち、皮膚の光防御(紫外線遮蔽・散乱低減)に寄与する。
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解説
血管内視鏡は極細径・高屈曲追従性が必要なため、像伝送にイメージガイドファイバ束を用いるファイバスコープ型が一般的である。内視鏡光源は高輝度・広帯域で演色性の良いキセノンランプが長く標準的に用いられてきた(近年は高出力LEDも普及)。一方、電子内視鏡の撮像素子はシリコン系のCCD/CMOSであり、CdSe(セレン化カドミウム)は用いない。高フレームレートはCMOSの並列読み出し等のアーキテクチャで実現され、フォトトランジスタ単体を用いるわけではない。血管強調観察の狭帯域光(NBI)はヘモグロビンの吸収が大きい青・緑帯(約415 nm, 540 nm)を用いるため、赤色狭帯域光は一般的ではない。以上より、1と5が正しい。
選択肢別解説
正しい。血管内視鏡(冠動脈など)は細径・可撓性と先端の小型化が重要で、像伝送にイメージガイドファイバ束を用いるファイバスコープ型が広く用いられてきた。これにより狭小血管内でも観察が可能となる。
誤り。電子内視鏡の撮像素子はCCDまたはCMOSなどのシリコン半導体デバイスであり、CdSeは一般的に用いられない。CdSeは光導電セル等で用いられる材料だが、内視鏡のイメージセンサ材料としては主流ではない。
誤り。高速撮影(高フレームレート)は、画素毎に並列読み出し可能なCMOSセンサなどの撮像素子アーキテクチャで実現される。フォトトランジスタは受光素子として存在するが、内視鏡の高速撮影をそれ単体で担うわけではない。
誤り。血管コントラストを高める狭帯域光イメージング(NBI)は、ヘモグロビン吸収の大きい青(約415 nm)と緑(約540 nm)を用いる。赤色光は組織透過性は高いがヘモグロビン吸収が小さく、血管強調には不向きであるため、一般的に赤色狭帯域光は用いない。
正しい。キセノンランプは可視域で連続スペクトルに近く高輝度・高い演色性を有し、従来から内視鏡の標準的光源として広く使用されている(現在は高出力LEDも普及しているが、本記述自体は正しい)。
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解説
生体組織における光の深達度は、主に散乱と吸収の波長依存性で決まる。一般に短波長ほど散乱・吸収が大きく深達度は浅く、赤色~近赤外(いわゆる光学窓、約650~900 nm)ほど深く到達しやすい。紫外線では波長の短いUVCは表皮で強く吸収され、深部に到達しない一方、UVAは比較的深く(真皮まで)到達する。血液中のヘモグロビンは青~緑の短波長で強く吸収し、赤色域では相対的に吸収が小さいため血液は赤く見える。水は可視域での吸収が小さく、近赤外~赤外域で吸収が大きくなる(特に1,400 nm以降で顕著)。以上より、正しい記述は「血液は可視光域では赤色光の吸収が小さい」である。
選択肢別解説
誤り。短波長光ほど散乱係数が大きく、メラニンやヘモグロビンによる吸収も強いため深達度は浅い。長波長(赤色~近赤外)ほど散乱・吸収が相対的に小さく、より深部へ到達しやすい。
誤り。UVC(おおむね100~280 nm)は表皮で強く吸収され深部に到達しにくい。UVA(315~400 nm)はそれより波長が長く、真皮まで到達しやすい。したがって表皮での吸収はUVCの方が大きい。
誤り。可視光は皮膚表面での鏡面反射は一部(数%程度)にとどまり、多くは皮膚内に進入して散乱・吸収される。「ほとんど反射」は不適切。
正しい。ヘモグロビンの吸収は可視域の短波長(青~緑)で大きく、赤色域では相対的に小さい。これにより赤色光が透過・反射しやすく、血液は赤く見える(パルスオキシメータで660 nmの赤色光を用いる根拠にも関連)。
誤り。水は可視域での吸収が小さく、近赤外~赤外域で吸収が著しく増大する(例:970 nm、1,200 nm、1,450 nm、1,940 nm付近に強い吸収帯)。よって可視光を赤外光より良く吸収するわけではない。
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解説
消毒・滅菌法の要点として、軟性内視鏡のような熱に弱い医療機器は高圧蒸気滅菌(オートクレーブ)に不適で、酸化エチレン(エチレンオキシド)ガス、過酢酸、過酸化水素低温ガスプラズマ等の低温法を用いる。酸化エチレンガス滅菌は滅菌工程だけで数時間を要し、さらに残留ガス除去のためのエアレーションに長時間を要するため、約60分で完了することはない。紫外線(主に254 nmのUV-C)は水や空気・表面の殺菌に用いられ、手術用手洗い水の殺菌にも応用される。放射線滅菌は主にコバルト60からのガンマ線を用いてディスポーザブル医療材料の工業的滅菌に広く用いられる。消毒用エタノールは通性細菌の栄養型(増殖型)には有効だが、芽胞には無効である。以上より、正しいのは3と4である。
選択肢別解説
不正解。一般に軟性内視鏡は耐熱性が低く高圧蒸気滅菌は不適である。低温滅菌(酸化エチレンガス、過酸化水素ガスプラズマ、過酢酸など)や高水準消毒が推奨される。硬性内視鏡の一部には高圧蒸気対応もあるが、「内視鏡一般に適する」とは言えない。
不正解。酸化エチレンガス滅菌(EOG/EO)は通常、滅菌工程だけで2〜4時間程度を要し、さらに残留ガス除去のエアレーションに8時間以上を必要とすることが多い。よって約60分で完了するという記述は不適切。
正解。紫外線(UV-C, 約254 nm)はDNA損傷により殺菌効果を示し、透過性は低いが水や空気・表面の殺菌に用いられる。手術用手洗い水の循環系にUV殺菌灯を設置して微生物制御を行う運用は妥当である。
正解。放射線滅菌は主にコバルト60由来のガンマ線を用いてディスポーザブル医療材料等を工業的に滅菌する方法として広く利用されている(ほかに電子線もあるが、本記述は正しい)。
不正解。消毒用エタノールは栄養型細菌や多くのウイルスには有効だが、芽胞(細菌芽胞)には無効である。芽胞対策には高水準消毒薬や滅菌法が必要。
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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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