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
生体に対する光の振る舞いは波長依存である。紫外域のうちUVC(約200〜280 nm)は生体高分子(核酸・蛋白)や角層で強く吸収され、表皮でほぼ減衰するため浸透は極めて浅い。一方、組織深部に比較的届きやすいのは赤〜近赤外(いわゆる光学的ウィンドウ)であり、短波長ほど散乱・吸収が大きく深達性は低い。メラニンは紫外〜可視で強く吸収し、長波長になるほど吸収は低下する。血液(ヘモグロビン)は青〜緑(約450〜550 nm)で吸収が大きく、赤色の吸収は相対的に小さいため赤く見える。眼底(網膜・網膜色素上皮など)は可視光を吸収して視覚を成立させており、吸収がないという記述は誤りである。したがって正しいのは1のみ。
選択肢別解説
正しい。UVC(約200〜280 nm)は短波長でエネルギーが高く、角層・表皮の生体高分子に強く吸収されるため、表皮での吸収が大きく深部へは浸透しない。
誤り。短波長ほど散乱・吸収が強く、組織深部には届きにくい。深達性が高いのは一般に赤〜近赤外の長波長側である。
誤り。メラニンの吸収は紫外〜可視で大きく、波長が長くなるほど(赤外側へ行くほど)吸収は低下する。赤外光をよりよく吸収するわけではない。
誤り。ヘモグロビンは可視光の青〜緑(約450〜550 nm)で強く吸収し、赤色光の吸収は相対的に小さいため血液は赤く見える。
誤り。眼底(網膜・網膜色素上皮・脈絡膜など)は可視光を吸収し、それにより視細胞が信号を発生する。吸収がなければ視覚は成立しない。
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解説
電気メス(高周波電気手術装置)は高周波電流によるジュール熱で組織を処理する。切開は組織を急速・連続的に加熱して細胞内水分を瞬時に蒸散させ切断するため、連続正弦波(切開波形)を用いる。一方、凝固は断続的(デューティ比の低い)波形でピーク電力を与えつつ平均加熱を抑え、蛋白変性・乾固により止血する。対極板は電流を広い面積で回収し電流密度を下げて熱傷を防ぐ装置であり、面積が大きいほど安全である。スプリット型対極板は2分割電極で接触状態(接触インピーダンス)を監視し、異常時に警報・出力停止で熱傷を予防する。出力回路は直流・低周波成分による神経筋刺激を避けるためコンデンサで患者回路を交流結合させるのが要点で、「抵抗を挿入する」という表現は誤りである。バイポーラ電極は2本の先端間だけに電流を流し、挟持部位を局所的に凝固する用途が主である。以上より、1・4・5が正しく、2・3は不正確である。
選択肢別解説
正しい。切開は連続正弦波(切開波形)により連続的な加熱で細胞内水分を蒸発させ、組織を滑らかに切断する。
誤り。対極板の役割は電流を低電流密度で回収して熱傷を防ぐこと。接触面積が増えるほど電流密度は低下し安全性は高まる。熱傷の原因はむしろ面積の減少や密着不良である。
誤り。患者回路には直流・低周波成分を遮断して神経・筋刺激を防ぐためコンデンサによる交流結合が用いられる。抵抗を直列挿入するのが本質的な安全機構という説明は不適切である(不要な電力損失や加熱を生む)。
正しい。スプリット型対極板は2分割電極に微小信号を用いて接触インピーダンス(バランス)を監視し、接触不良によるインピーダンス上昇時に警報・出力遮断で熱傷を予防する。
正しい。バイポーラ電極は2本の電極間だけに電流が流れるため、挟持した組織を局所的に凝固(止血)する用途に適している。
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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
超音波吸引手術器(CUSA など)は、変換器で得たおおむね20〜30kHzの超音波振動を先端チップに伝え、約100〜300μmの微小振幅で伸縮振動させる。機械的振動とキャビテーション作用により肝臓・膵臓・脂肪などの脆弱な実質組織を選択的に破砕・乳化し、同時に吸引除去する。血管・神経など弾性の高い組織は比較的損傷されにくい。使用時は冷却と洗浄・乳化促進のため滅菌生理食塩液による持続灌流が必要である。なお、電気メスや超音波凝固切開装置のような熱凝固による止血機能は基本的に備えないため、止血は別途行う。
選択肢別解説
誤り。超音波吸引手術器が利用する周波数は一般に数十kHz帯(約20〜30kHz)であり、5MHz(=5,000kHz)の高周波は本装置の作動周波数としては不適切である。
誤り。超音波吸引手術器は脆弱な実質組織の選択的破砕・乳化・吸引に用いられ、骨の切削を主目的として多用される装置ではない(骨切削には別種の器械が用いられる)。
正しい。先端チップはおおむね100〜300μm程度の微小振幅で伸縮振動し、その機械的作用で組織を破砕・乳化する。
正しい。使用時には滅菌生理食塩液を灌流させ、先端の冷却、洗浄、破砕片の乳化・吸引を助ける。したがって滅菌した生理食塩液が必要である。
誤り。本装置は振動エネルギーで組織を破砕・乳化・吸引するもので、熱凝固による止血機能は基本的に備えない。止血は別の手段(電気メスなど)を併用する。
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解説
2.4 GHz帯の電磁波は周波数がきわめて低く、光子エネルギー $E=hf$ も小さいため非電離放射線に分類される。携帯電話は数百MHz〜数GHz帯を用いており、500 kHz(長波帯)は用いない。小電力医用テレメータは電波法に基づき専用の周波数帯が割り当てられており、出力が低いだけでは任意周波数の使用は認められない。心電計における電磁障害は主に交流ハムや高周波ノイズの混入として現れ、患者測定(漏れ)電流の増加ではない。電気メス使用時は、デマンド型ペースメーカがノイズを心拍と誤認して抑制される恐れがあるため、固定レート(非同期)への設定が有効な対策の一つである。以上より、正しいのは1と5である。
選択肢別解説
正しい。2.4 GHzはマイクロ波帯で、光子エネルギーが電離に必要なレベル(一般に数eV以上、周波数でおよそ $10^{15}$ Hz 以上)に達しないため非電離放射線に分類される。人体への主な影響は熱作用であり、電離(イオン化)は生じない。
誤り。携帯電話の通信には一般に800 MHz帯〜数GHz帯(例:900 MHz、1.5〜2.6 GHz、5G ではさらに高い帯域)が用いられる。500 kHzは長波/中波帯であり、携帯電話の周波数としては不適切である。
誤り。小電力医用テレメータは電波法により周波数帯が指定されており、出力が10 mW以下でも任意の周波数は使用できない。運用できるのは医療用に割り当てられた特定の帯域に限られる。
誤り。心電計の電磁障害は主に交流ハム(50/60 Hz)や電気メスなどからの高周波ノイズ混入として測定波形の乱れや基線動揺、飽和などで現れる。患者測定(漏れ)電流は安全規格により上限が厳しく制限されており、電磁障害の本質は電流増加ではない。
正しい。電気メスの高周波ノイズをデマンド型ペースメーカが心拍として誤検出すると出力が抑制されるおそれがある。対策として固定レート(非同期:VOO/DOOなど)に設定し、ノイズによる抑制を回避する方法が用いられる(他にも双極モードの使用、分散電極の配置最適化、出力最小化等)。
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解説
$電気メスは生体に高周波電流(一般に数100 kHz〜数 MHz、代表値は約300〜500 kHz)を流し、ジュール熱で切開 \cdot 凝固を行う。切開は連続波、凝固は断続(バースト)波を用いるのが基本で、性能試験や校正では数百Ω程度の模擬負荷を用いる。対極板は十分な接触面積(成人でおおむね150 cm^2 以上)が確保されていれば電流密度が低くなり熱傷リスクが低い。出力回路は患者に直流成分が流れないようコンデンサを直列挿入して直流遮断とし、コイル(インダクタ)を直列に入れる構成ではないため、「出力回路にはコイルが挿入されている」は誤り。$
選択肢別解説
正しい。電気メスの搬送周波数は臨床的にはおよそ数100 kHz〜数 MHz(代表的には約300〜500 kHz)が用いられる。100 kHz以上の高周波とすることで神経・筋の電気刺激を回避し、熱作用を主とした効果を得る。
正しい。電気メスの性能試験やキャリブレーションでは数百Ωの模擬負荷が想定され、200〜1,000 Ωは実用範囲に含まれる。代表的には300〜500 Ω付近での規定出力や測定が多い。
正しい。凝固は断続的なバースト(パルス変調)波形で組織を徐々に加熱・乾固させる。一方、切開は連続成分の強い波形(連続波)で瞬時に蒸散・切開する。
$正しい。対極板の接触面積が十分(成人の目安として150 cm^2 程度以上)であれば、同一出力でも電流密度が低下し熱傷リスクは小さい。200 W程度の出力でも、適切な貼付と皮膚条件が満たされていれば安全域と判断される。ただし実際の安全性は貼付状態や皮膚抵抗、ジェルの乾燥などにも依存する。$
誤り。患者への直流成分流入を防ぐため、出力回路にはコンデンサを直列挿入して直流遮断(カップリング)するのが基本である。インダクタ(コイル)は高周波でのリアクタンスが $X_L=2\pi fL$ に比例して大きくなり、高周波電流の通過を妨げるため、患者側直列要素としては不適切。正しくはコンデンサ($X_C=\frac{1}{2\pi fC}$)を用いる。
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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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