生物医学工程基础复习题(简答题).pdf

生物医学工程基础复习题 简答题 二 简答题 每题 10 分 5 10 共 50 分 举例说明生物医学工程学的主要研究领域 简述生物医学工程的定义 美国国立卫生研究院 NIH 对生物医学工程的定义 生物医学工程学是结合物理学 化学 数学和计算机科学与工程学原理 从事生物学 医学 行为学和卫生学的研究 提出基本概念 产生从分子水平到器官水平的知识 开发创新的生物学制品 材料 加工方法 植入物 器械和信息 学方法 用于疾病预防 诊断和治疗 病人康复 改善卫生状况等目的 人们习惯理解为 生物医学工程学是综合运用工程技术的相应理论和方法 深入研究人体结构和功能 解决医学中出 现有关问题的一门新兴边缘学科 简述生物医学工程的层次结构 生物医学工程的研究对象是生物体 尤其是人体 人体是一个多层次的复杂的巨系统 因此 生物医学工程学必定具 有层次结构 从目前情况来看 大体上可以分为三个层次 即整体层次 器官和组织层次以及微观层次 整体层次 把人看作一个整体 或者把人和环境 自然的和人为的 看作一个整体 考虑人的生命运动规律和影响因素 进而进 行能动的协调和控制 如 人 机环境系统工程研究人和工作环境之间的相互关系 系统 器官 组织层次 发展人体器官 组织的某些功能的补偿技术或代用装置及人工生物医学材料 发展医用传感器和人体参数测量技术 特别是无创诊断技术和装置 如生物传感技术和各种成像技术 发展新型的医疗技术制备的系统监测装置 系统 器官 组织层次的研究涉及现代科学技术 同时又需要生理学 材料科学 生物力学和信息科学的相应进展 微观层次 主要是指细胞和生物大分子层次上的生物医学工程问题 涉及生物技术 生化 生物化学 分子生物学等 简述 PCR 的步骤 PCR 是如何使得特异性 DNA 片段以几何级数倍增的 PCR 分三步 双链模板 DNA 变性 双链解开成单链 退火 即引物与单链 DNA 两端互补序列配对 形成 DNA 聚合反应中的模板与引物的关系 没有引物的帮助 所有 的 DNA 聚合酶都无能力从头合成一条新链 链的延伸 DNA 聚合酶从引物 3 OH 端开始进行聚合酶反应 直至完全产生两条互补的新链 三个反应阶段结束后 又可以开始下一次的循环 引物链的延伸产物与原来的模板 DNA 经加热变性后 也作为模板 DNA 和另一个引物互补 在 DNA 聚合酶作用下又发生引物链的延伸反应 这样反复循环数十次 可使特异性 DNA 片 段以几何级数倍增 简述基因工程载体的基本要求和特点 载体 DNA 是单个复制单元 在宿主细胞内应具有 DNA 独立复制能力 分子量尽可能的小 以便容易从细胞中分离纯化 便于离体条件下操作 含有多种限制性内切酶单一切点 在切点内可以与外源 DNA 进行连接 重组 载体内有不影响其复制 生长的非必要区域 在此区域内可以插入 接受外源 DNA 外源 DNA 与载体分子一起复 制 扩增 具有多种选择性标志 如营养缺陷型 抗药性 形成噬菌斑的能力 外源性蛋白的产生等 作为区分重组的转化子 与非转化子的指标 简述 X 射线的产生过程及其性质 X 射线由旋转阳极 X 射线管产生 X 射线管由阴极 阳极和真空玻璃管等部分组成 阳极由一个带倾斜角的圆盘构成 四周嵌有环状钨面 圆盘后壁与转子轴相连 可以旋转 给阴极的灯丝加一个低电压 灯丝加热后就能发射电子 再 给 X 射线管的阳极与阴极间加上高压 自由电子群就会在电场的作用下高速向阳极端靶面撞击 当高速运动的电子突 然受阻时 其中的一部分能量转换成了 X 射线 X 射线具有下列性质 穿透作用 X 射线波长短 能量大 能穿透一般光线不能穿透的物质 荧光作用 当 X 射线照射某些物质 如磷 钨酸钙等 时能产生荧光 电离作用 具有足够能量的 X 射线光子能击脱物质原子轨道上的电子而使之产生电离 生物效应 生物细胞在受到 X 射线的电离辐射后有可能会造成损伤甚至坏死 简述透视 X 射线成像系统的工作原理 整个系统在计算机的控制下协调工作 由 X 射线管产生的 X 射线先通过影像增强管得以增强 其输出的图像由摄像管 采集后送入对数放大器 之后 经过模拟 数字转换器 将模拟信号转换为数字信号 并送入图像存储器 所采集的数 字图像经过各种处理后可以再经过数字 模拟转换器送到监视器上显示 也可以用各种存储媒体将它们保存起来 简述脉冲回波成像的基本原理 超声换能器将激励电信号转换成超声波向人体内发射 当超声波遇到人体组织中的声阻抗不连续点时 就会形成反射 波 这一回波声信号经过同一个超声换能器转换成电信号后进入信号接收与处理电路 回波电信号经过放大 增益补 偿 包络检测等一系列处理过程后送往监视器显示 对接收到的回波电信号做进一步的处理 就可以得到有关人体的 断面图像或血流消息 简述超声多普勒方法测量血流的基本原理 由探头对着血管发射频率为 f0的超声波 血管内运动的红血球产生的后向散射信号就会出现多普勒频偏 多普勒频偏 fD取决于入射超声的频率 超声波在人体中的传播速度 c 血流运动的速度 v 以及声束与流速之间的夹角 如果已知 f0 c 那么就可根据 fD得到 v 当血流运动的方向朝向探头时 定义为正向流 多普勒频偏为正 当血流运动的 方向背离探头时 定义为反向流 多普勒频偏为负 因此 利用超声多普勒方法可以测量血流的速度大小及方向 进 而可以获得血流的其它信息 简述生物软组织的黏弹性 应力松弛 当材料发生应变时 若保持应变一定 则相应的应力将随时间的增加而下降 蠕变 若令应力保持一定 物体的应变随时间的增加而增大 滞后 对物体做周期性的加载和卸载 则加载时的应力应变曲线同卸载时的应力应变曲线不重合 简述心脏搏动的力学过程 心室的舒张和收缩类似于活塞式的发动机 在一个心搏周期内 心动过程经历了 4 个时期 心室充盈期 心脏舒张 心肌松弛 心室内压力变化不大 心室容积变大 等容收缩期 心肌收缩 心室内压力迅速提高 等容收缩期末端打开主动脉瓣 射血期 受到高压的血液经主动脉瓣流入主动脉 心室容积逐渐变小 射血期末端关闭主动脉瓣 等容舒张期 心肌松弛 心室内压力下降 等容舒张期末端打开二尖瓣 简述现代医学仪器系统的组成及其工作原理 现代医学仪器系统总以计算机为核心 生理信号首先从人体的特定部位通过电极或传感器提取出来 如果得到的是模 拟电信号 通常需要经过放大 滤波等模拟电子技术处理 经过模数转换器转换为数字信号 传到单片机或通用计算 机 如果得到的是数字信号 则可直接传送至单片机或通用计算机中 在单片机或通用计算机中 利用计算机技术和 数字信号处理技术执行放大 滤波 抑制干扰和计算分析处理 然后 信息流至显示器 记录器和分配器 分配器可 以通过 Internet 分配到其他更远的地方 显示器可以具体地显示出诊断的结果 最后 经处理后的数据流人控制器去控 制病人的治疗或刺激病人 达到治疗的目的 简述心电图机的基本结构及其工作原理 通常心电图机包括输入电路 心电放大 心电测量 心电记录和电源供给五部分 心电输入电路包括过压保护 高频滤波 缓冲放大器 威尔逊网络 导联选择电路 过压保护和高频滤波电路确保病 人安全和心电图机免遭高压冲击 同时阻止外界高频干扰信号进入心电图机的前置级 心电放大电路基本上是由前置放大电路 中间级放大电路和功率放大电路组成 前置放大极的作用是将微弱的心电信 号加以放大 需要具有良好的抗干扰能力 中间级放大将心电信号进一步放大 增益调节 阻尼调节 增益选择 50Hz 电源滤波 35Hz 肌电滤波 位移等功能可在这极实现 功率放大电路把经过前置放大和中间级放大后的心电信号再放大到使记录笔能恰当偏转的电平 驱动记录器进行心电 描记 心电机记录电路由走纸马达 交流电机 调速 稳速电路 记录笔调温电路 记录器组成 按声速和阻抗的不同 人体组织可分成哪几类 简述 B 超图像诊断的物理基础 按声速和阻抗的不同 人体组织可分成三类 气体和充气的肺 液体和软组织 骨骼和矿物化后的组织 不同种类的人体组织存在着较大的阻抗差别 超声很难从某一类材料传到另一类材料区域中去 因此使得超声成像 只能用于那些有液体和软组织的 且声波传播通路上没有气体或骨骼阻挡的那些区域 在液体和软组织中 声速和阻 抗变化不大 使得声反射量适中 既保证了界面回波的显像观察 亦保证了声波可穿透足够的深度 而且接收回波的 时延与目标深度成近似的正比关系 这是 B 超诊断图像成功应用必要的物理基础 举例说明生理功能的神经调节 神经调节是指由神经系统的活动调