2024年大学试题(医学)-生物医学工程笔试历年真题荟萃含答案

2024年大学试题(医学)-生物医学工程笔试历年真题荟萃含答案（图片大小可自由调整）答案解析附后卷I一.参考题库(共25题)1.生命的基本特征有哪些？2.手术机器人的定义、构成及其不足之处？3.什么是激光光动力疗法？4.组织工程研究的主要内容？5.形状记忆合金的特性及其应用？6.简述激光扫描共聚焦显微镜的基本原理、特点及应用领域。7.简述生物材料的概念？8.生物医学传感器总体上可以分为哪几类？9.简述CT系统的工作原理？CT机的发展概况？10.人工肽类生物材料的优点有哪些？11.简述人工心脏的组成及其特性？12.简述超声成像的种类是什么？13.生物医学工程学的发展趋势？14.人工肾的概念、组成部分？透析疗法包括哪些？15.简述基因工程载体的基本要求和特点？16.简述人工耳蜗的概念、原理？17.请举例论述荧光蛋白标记技术在神经科学中应用的原理？18.简述组织工程的原理，并举例说明在组织工程中运用数字化制造技术的优势？19.为什么WHO将心血管病列为21世纪危害人类的头号疾病？20.简述临床数字制造技术的研究目标、内容？21.人体的动态性主要包括哪些内容？22.无机生物材料在临床上的几种应用？23.生物医学信号的特点有哪些？24.简述数字虚拟人的制作过程？25.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？卷II一.参考题库(共25题)1.静脉血流和动脉血流的区别是什么？2.人工心脏的概念、原理及分类？3.激光对组织的生物效应都有哪些？4.结合所熟悉的研究方向，谈谈你对于生物医学工程专业的认识与了解？5.数字减影血管造影6.简述心脏搏动的力学过程？7.简述电化学疗法治疗肿瘤的两种方式。8.简述生物体构成的基本成分（类生命物质）。9.简述人工心肺机的基本结构？10.贵金属（noblemetal）的特性及其应用？11.医学图像的未来发展趋势是什么？12.举例说明生物医学传感器在医学中的主要用途。13.试简答神经成像的主要仪器及其原理？14.生物体的磁场主要来自哪三个方面？15.生物医学工程学涵盖的主要学科？16.胶原的概述、特点及应用？理想的皮肤修复材料应具备哪些特点？17.什么是基因组？18.钛（Ti）基合金的特性及其应用？19.医疗诊断中的超声诊断技术包含哪些？20.X-CT图像重建问题的本质是什么？21.生物传感器的概念、工作原理？22.简述机器人进化是什么？23.人体外部功能障碍的种类及康复途径？24.简述PACS概念的提出？25.简述超声多普勒方法测量血流的基本原理？卷III一.参考题库(共25题)1.神经——肌肉系统康复设备与功能训练器械？2.简述生物医学工程的定义？3.人体系统工程的概念和研究目标？4.天然可降解高分子材料的分类及其应用？5.简述生物医学工程学的概念。6.康复工程的概念、任务和目标？7.简述生物医用复合材料按基分类？8.简述心脏起搏器的工作原理、分类？9.简述不锈钢的特性及其应用？10.药用高分子材料的分类及其应该具备的基本性能？11.生物医学工程的概念、内涵和特点？12.影响人体组成的主要因素有哪些？13.简述生物陶瓷的应用、特性？14.简述透视X射线成像系统的工作原理？15.简述生物医学工程的层次结构？16.什么是超声波？17.简述X线成像的原理？18.简述手术导航的基本原理？19.请论述纳米光学探针在活体动物成像中的应用？20.试述组织光透明技术在生物医学成像的作用及应用前景？21.蛋白质组生物技术包括哪些？22.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？23.传统的投影X射线成像方法有哪两种？24.磁共振信号的采集方式是什么？25.真核细胞核和原核细胞的区别是什么？卷I参考答案一.参考题库1.参考答案:新陈代谢，繁殖，遗传、变异与进化，应激性与活动性。2.参考答案: （1）定义：手术机器人，是一种自动的、位置可控的、具有可编程能力的多功能机械手。在人的控制下，机械手借助计算机，施行外科手术、靶点定位、药物注入、损毁病灶等任务。 （2）构成： ①控制台：3D成像系统，影像控制脚踏，机械手操作杆； ②机械臂平台：控制机械臂； ③成像系统：将摄像头信号转化为图像信号； ⑥显示器； （3）缺点： ①系统庞大，需要占用较大的面积。除了机器手器械及其固定系统占用较大空间外，手术医师还需要在专用的控制台通过手柄和脚踏板操作，控制台含有若干台电脑、显示器和传输设备。 ②在人体内操作空间小，机器手器械之间容易发生碰撞。 ③由于是通过操纵手柄和脚踏板进行间接操作，所以触觉感知差。 ④系统支持最多3个机器手器械通道，除了视觉感像系统外只有2个操作通道，在出现炎症出血等情况时处理困难。 ⑤手术操作前建立系统的时间长，经常超过手术时间。 ⑥设备昂贵，目前平均每套设备超过100万美元，每年的维护费用达到10万美元，国内仅北京、上海、济南和深圳等地的极少数大型医院拥有这类手术系统。3.参考答案:激光光敏治疗又称为激光的光动力疗法（PhotodynamicTherapy，PDT）。在通常的情况下，除视细胞以外绝大多数生物细胞不容易被可见光直接引起化学效应。但是，在当人体组织摄入某些光敏剂时，光敏剂分子吸收激光能量后，就会发生一系列的化学反应，这种反应叫做光敏化反应。4.参考答案: （1）细胞体系的研究： ①种子细胞（SeedCell）干细胞（StemCells）定向分化（Directeddifferentiation）。 ②适于组织工程需要的种子细胞应解决的问题。 （2）生物材料： ①细胞外基质（extracelluarmatrix，ECM）：ECM是细胞附着的基本框架和代谢场所，其形态和功能直接影响所构成的组织形态和功能。 ②组织工程材料种类： A.天然ECM：胶原、脱细胞技术 B.人工的ECM：聚乳酸、聚羟基乙酸、两者的共聚物（PGA-PLA）、聚β-羟基丁酯（PHB）；聚乳酸-已内酯的共聚物（PLC）、聚原酸酯、聚磷本酯、聚酸酐等。 C.天然高分子同合成高分子的复合物 胶原-PCA的复合物等 D.有机材料同无机材料的复合物：羟基磷灰石-甲壳素的复合物，羟基磷灰石PLA的复合物等。 （3）组织器官的构建：形成具有生命力的活体组织用最少量的组织细胞修复大块组织缺损任意塑形。5.参考答案: （1）特性： 记忆合金是一种原子排列很有规则的马氏体相变合金。这种合金在外力作用下会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状。由于它具有百万次以上的恢复功能，因此叫做记忆合金"。当然它不可能像人类大脑思维记忆，更准确地说应该称之为"形状记忆合金"。此外，记忆合金还具有无磁性、耐磨耐蚀、无毒性的优点，因此应用十分广泛。自1951年美国首次报道Au-Cd（金-镉）合金具有形状记忆效应以来，目前已发现有20多种记忆合金，比如钛－镍合金，金－镉合金，铜－锌合金等，其中以镍钛合金在临床上应用最大。 （2）特点： 奇特的形状记忆功能、质轻、磁性微弱、强度较高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等。 （3）应用： ①管腔狭窄的治疗：（喉气管狭窄、食管狭窄、胆道狭窄、尿道狭窄及闭锁等），如用作食管支架、血管支架等； ②口腔科：用这种材料做成的种植牙具有齿槽骨切口小，固定牢靠等优点； ③骨科：人工关节，断骨连接、弯曲脊柱矫正； ④血管外科：治疗主动脉瘤、冠状动脉和椎动脉狭窄等；6.参考答案:基本原理： 激发光经过照明针孔形成光源，通过激发滤光片被分束器反射，由显微物镜聚焦到三维样品内，并在垂直于光轴的焦点平面上扫描。焦平面和焦平面上下被照射的区域所发出的荧光又被物镜收集，通过分束器和发射滤光片。在探测器前方有一共焦针孔，照明针孔和共焦针孔相对于物镜焦平面是共轭的，因此只有焦平面发出的荧光能聚焦于共焦针孔并通过针孔到达探测器PMT或CCD。焦平面以上或以下的点不能在探测针孔处成像，所以焦平面以为发出的光被针孔挡住，对共焦图像的贡献很小。这样得到的共聚焦图像基本上仅来自于焦平面上的光信息，即被焦平面切割的断层。如果逐步调节样品纵轴的位置，可产生样品的多幅断层图像，细胞或组织各个横截面的图像都能清楚的显示。这种成像方法称为共焦扫描显微镜层析成像方法。通过图像的三维重建技术，则能得到样品的三维立体图像。 特点： 1.散射背景小，图像对比度好，探测灵敏度高，成像质量好； 2.可进行三维扫描成像； 3.采用激光光源； 4.配备了功能强大的图像处理软件。 应用领域： 由于激光扫描共聚焦显微镜结合先见的数据采集、记录与处理技术，使使其在生命科学的研究中成为最先进的分子细胞生物学的分析仪器，用于观察或细胞结构及特定分子、离子的生物学变化，定量分析，以及实时定量测定等，并衍生出黏附细胞的分选、激光细胞显微外科技术、荧光漂白后恢复技术、细胞通讯技术、细胞黏膜流动性测定以及光活化技术等多个新技术和新方法。现在激光扫描共聚焦显微镜已经被广泛的用于生物学、生物化学、生理学、药理学、病理学、遗传学和组胚学以及免疫学、环境学和营养学等领域。7.参考答案:用于与生命系统接触和发生相互作用的，并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的特殊功能材料，又称生物医用材料（BiomedicalMaterials）。8.参考答案:根据所用敏感物质的不同，分为酶传感器、免疫传感器、微生物传感器、组织传感器和细胞传感器等；根据所用的信号转换器的不同，又可将生物传感器分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器和测声型生物传感器。为了更明确反映传感器的敏感特性和转换特性，实用中常综合使用上述两种分类法，如酶传感器中常分酶电极、酶热敏电阻、酶光极等。9.参考答案: （1）基本原理：CT成像的物理学基础是物体对X线的吸收存在差异。高度准直的X线束对人体某个部位按一定厚度进行扫描→穿过人体的X线由探测器接收→经放大变为电子流→A/D转换→输入计算机处理→计算机通过运算得出该断面上各体素的X线吸收值，并排列成数字数字矩阵→经D/A转换后用不同的灰度等级在显示器上显示即获得该部位的横断面或冠状面的CT图像。 （2）发展目标：提高扫描速度、提高图像质量、提高检查效率及完善特殊扫描功能等。10.参考答案:1.良好的生物相容性 2.可调控的生物降解速度 3.易于修饰 4.设计的可塑性 5.结构的可控性11.参考答案: （1）血泵：原理结构上大体可分膜式血泵、囊型血泵、管型血泵及螺形血泵等四种。目前制造血泵常用以下几种材料：硅橡胶、甲基硅橡胶、嵌段硅橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯和复合材料等。 （2）驱动装置：它是供给人工心脏血泵工作的动能。形式多样，大致可分为，机械、电动、磁力、气压、液压五种形式。 （3）监控系统：监控人工心脏工作状态，使之适应实验动物循环生理的需要，是保障人工心脏置入实验动物长期存活的重要条件。监控系统基本上从血泵机能，驱动装置各项指标及血液循环生理参数变化三个方面进行监控。 （4）能源：高能电池（核能电池）、高效储电瓶（代表产品为锂电）、经皮充电（研究最热、最有希望 的技术之一）。12.参考答案: （1）A型（Amplitudemode）超声诊断法，简称A超：是将回声以波的形式显示出来，根据回声波幅的高低、多少、形状及有无进行诊断。因其一维波形显示的局限性，目前仅用于眼科检查。 （2）B型（Brightnessmode）超声诊断法，简称B超：是将回声信号以光点的形式显示成二维图像（2-dimentionalultrasonograph）目前广泛应用于临床的是实时显像（Real-timeimaging）。 （3）M型（Motiontype）超声诊断法：是B型超声的一种特殊显示方式，能够显示体内属层组织对体表的距离随时间变化的曲线、与A超相同，均反映一维空间结构，常用于心肌检查，即M型超声心动图。 （4）D型（Doppler）超声诊断法：通称为Doppler超声，是利用多普勒效应的原理，对运动的器官和血流进行检查。广泛应用于临床的是彩色多普勒超声及经颅多普勒超声诊断。13.参考答案: ①从宏观向微观深入，宏观与微观相结合。 ②在生物医学工程科学研究的方法上，分析与综合相结合来解决实际问题。 ③东方传统医学（非常规医学或替代医学等等） ④生物医学工程和生物化学工程正在交汇、融合。 ⑤几乎各个学科领域的新发现、新技术都有可能被引入生物医学工程领域，而应用于医学。14.参考答案: （1）概念：又称人工透析机，是用人工方法模仿人体肾小球的过滤作用，在体外循环的情况下，去除人体血液内过剩的含氮化合物、新陈代谢产物或逾量药物等，调节水和电解质平衡，以使血液净化的一种高技术医疗仪器 （2）组成部分：主要包括血液透析机、透析器、透析液、水处理装置。 ①血液透析机：血透机的主要功能是维持体外循环、超滤脱水、制备透析液并提供给透析器、生理监测等。 ②透析器：经过透析器滤膜进行物质交换，血液中的代谢产物通过扩散和对流的原理经过透析器滤膜进入透析液，机体所需要的物质经过透析器滤膜进入血液。 ③透析液：纠正透析患者电解质和酸碱平衡紊乱，冲走从血液中滤过出来的代谢物。 ④水处理装置（连续性血液透析系统一般没有水处理装置）：制备高纯度水供给血透机配制透析液。 （3）透析疗法：包括血液透析、血液滤过、血液灌流和腹膜透析。15.参考答案: ①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。 ②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。 ③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。 ④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。 ⑤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。16.参考答案: （1）概念：人工耳蜗，又称电子耳蜗，或耳蜗埋植，人工电子耳。是植入式电子装置，能将声能转换成电能，通过植人鼓阶、圆窗或耳囊内的电极，直接刺激耳蜗内残余的听神经纤维，使聋人产生听觉。 （2）原理：人工耳蜗是模拟耳蜗的生理功能的电子装置，由体内和体外两部分组成。 ①体外部分：像助听器一样戴在外部。 A.微型话筒：接收外界声能并转换成电信号； B.言语处理器：根据特殊信号处理方案调制信号，处理过的信号被放大到一定幅度，送到发射线圈上； C.信号发送装置：经电磁感应方式或经射频发射方式，将信号传送到植入部分的接收线圈上。 ②体内部分 A.接收器／刺激器：将信号放大，再传送到电极上，放于颞骨上磨出之凹槽内。 B.电极：电极植入耳蜗之鼓室阶内，直接刺激残余的耳蜗神经成分。17.参考答案:荧光蛋白的出现使得进行非侵入性的活体细胞成像成为了可能。使用这种荧光蛋白标志物，我们可以研究目的基因的表达情况，蛋白质运输情况以及各种细胞内动态的生物化学信号通路。使用经过遗传修饰的小分子有机荧光标志物构建的混合系统，我们还可以对蛋白质的寿命进行研究，如果再结合电镜技术和快速光淬灭技术（rapid photoinactivation）还可以对蛋白质的定位情况进行研究。18.参考答案: 组织工程基本原理和方法： 是将体外培养扩增的正常组织细胞吸附于一种具有优良细胞相容性并可被机体降解吸收的生物材料上形成复合物，然后将细胞——生物材料复合物植入人体组织、器官的病损部位，在作为细胞生长支架的生物材料逐渐被机体降解吸收的同时，细胞不断增殖、分化，形成新的并且其形态、功能方面与相应组织、器官一致的组织，从而达到修复创伤和重建功能的目的。 组织工程主要包括两方面内容： （1）构建具有良好组织相容性的生物学支架，以提供移植细胞定向生长和器官修复的微环境。 （2）将细胞在体外扩增并使其在新生组织中进行定向分化与生长。 例如快速原型（RP）技术：与传统工艺相比，快速原型技术可以在较短的时间内完成，过程中无需人工参与，患者也可以在几个小时后看到相应的修复体的形态，节省了时间，提高了效率。另外，工程师利用CAD软件可以很快设计一个产品，而RP设备的快速性允许设计师在很短时间内多次验证并修改其设计，这样就在设计过程中节约了时间和金钱从而实现高通量的“面向市场设计”。再者，运用RP技术，设计师可以根据特定病人的CT或MRI数据而非标准的解剖学几何数据来设计并制作种植体，减少出错空间的同时，为患者提供了适合他本身解剖结构的更好的手术，也为外科医生缩短手术时间给予了有力的保证。 总的来说RP技术提高了诊断和手术水平，提高了效率，节省了金钱和时间。 组织工程中运用数字化技术的优势包括：快速、高效、高通量、更精密、低成本、可以为不同患者定制专属治疗等。19.参考答案:心脏和血管组成了机体的循环系统，血液沿血管不停的流动——从心脏经动脉至毛细血管，再由毛细血管经静脉返回心脏——有赖于心脏相互更迭的有节律的收缩与舒张。心血管系统一旦不正常，必然对生命产生重大的影响。随着人们生活水平的日益提高，心血管疾病已成为当今发达国家死亡率最高的疾病。世界卫生组织（WHO）已将心血管病列为21世纪危害人类健康的头号疾病。根据美国心脏学会的估计，美国有超过4000万人口患有各种各样的心脏和血管疾病。心血管疾病在我国也是死亡率最高的一类疾病，估计有25％的人口患有从高血压到各种各样的心血管疾病，各年龄阶段的人群都普遍分布。20.参考答案: （1）目标：将医学图像处理与三维重建、逆向工程、快速成型、CAD/CAM/CAE现代制造技术集成，针对临床需要构建专业的数字制造系统，快速制造临床手术需求的个性化内植物或手术器械，满足现代医学向个性化发展的需求。 （2）目标： ①面向临床的CAD/CAM/CAE单元技术； ②医学快速成型技术； ③逆向工程技术； ④基于网络的交互式手术方案与内植物设计、远程制造等；21.参考答案:人体属于生命运动，不同于物理运动和社会运动，其组织、结构和功能是自然的建立产生，有序的生长演化，而且具有高度的自组织、自调节和自控制机能，所以人体系统工程既关心状态，更关心过程。22.参考答案: 临床上，无机生物材料主要用于肌肉-骨骼系统的修复和替换，也可用于心血管系统的修复、制作药物释放和传递的载体。复合型生物陶瓷还可用于制造人工健、韧带。 （1）能承受负载的矫形材料，用在骨科、牙科及领面上：AI2O3陶瓷、稳定ZrO2陶瓷、生物活性玻璃、生物微晶玻璃等； （2）种植齿、牙齿增高：AI2O3陶瓷、氟聚合物/金属基复合材料、生物活性玻璃、自固化磷酸盐水泥和玻璃水泥、活性涂层材料等； （3）耳鼻喉代用材料：AI2O3陶瓷、生物活性玻璃、生物活性微晶玻璃、磷酸盐陶瓷； （4）人工肌键和韧带：PLA-碳纤维复合材料； （5）人工心脏瓣膜：热解碳涂层，玻璃碳； （6）可供组织长入的涂层（心血管、矫形、牙、额面修复）：多用AI2O3陶瓷； （7）骨充填料：磷酸钙及磷酸钙盐粉末或颗粒； （8）脊椎外科：生物活性玻璃或生物活性玻璃陶瓷； （9）眼：生物玻璃、羟基磷灰石；23.参考答案:1.随机性 2.强噪声 3.非线性24.参考答案: （1）制作过程：选择尸体标本→标本预处理→数字化采集切片后处理→分割区域→构建三维模型→优化三维模型→可视人平台 ①选择尸体标本：标本要求：健康、完整的；具有该国人的代表性。 ②标本预处理：蓝色明胶包埋、－70℃冷冻、药物固定组织；明胶＋朱砂＋淀粉进行动脉的显色和填充。 ③数字化采集：CT、MRI采集数据 ④切片数据后处理：校准（配准）；去背景； ⑤器官区域分割：手工分割，工作量大，重复性差；自动分割，误分割严重、轮廓不连续。 基本思想： a、将图像用图的方式表示，顶点表示像素，边表示像素之间的关系。图像分割对应图的割集。 B、确定图中边的权值，使图像分割目标（能量最小化）对应图的最小割。 c、用最大流算法求解最小割问题。 ⑥构建三维模型：三维模型一般由很多个多边形（一般为三角形）拼接而成。 ⑦三维模型优化： a、MC算法缺点：视觉效果不好，有阶梯现象；三角形数量巨。 b、优化操作：平滑：增强视觉效果，简化：减少数据量。 ⑧可视人平台的建立；25.参考答案: PCR分三步： ①双链模板DNA变性。双链解开成单链。 ②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。 ③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。卷II参考答案一.参考题库1.参考答案:1.血液在静脉内的压力低于同一高度动脉内的压力，甚至低于大气压力； 2.管壁较薄，管截面的面积变化与动脉相比较大 3.静脉血流方向都是从外周流向心脏的； 4.除腔静脉外，静脉内有瓣膜，以防止血液倒流。2.参考答案: （1）概念：在人体心脏因病损而部分或完全丧失功能，不能维持全身正常循环时，可移植一种用人工材料制造的机械装置以暂时或永久地部分或完全代替心脏功能、推动血液循环，这种装置即人工心脏。 （2）原理：利用机械的方法把血液输送到全身各器官以代替心脏的功能的装置。 （3）分类： ①按用途分类： A.全人工心脏 B.长时间心室辅助循环：左心室辅助循环；右心室辅助循环；双心室辅助循环 ②按时限分类： A.暂时性：即部分取代心脏的辅助性人工心脏 B.长期性：即取代整个心脏的安全人工心脏3.参考答案:研究表明激光对组织的生物效应主要包含热效应、光化学效应、压强作用、电磁场效应和生物刺激效应，其中压强作用和电磁场效应主要由中等功率以上的激光所产生、光化学效应在低功率激光照射时特别重要，热效应存在于所有的激光照射，而生物刺激作用则只发生在弱激光照射时。4.参考答案:生物材料与组织工程是学校重点建设的新型交叉学科，以提高人类生活质量为目标。学科组与基础医学、临床医学等学科的研究人员和专家医生紧密合作，发挥理、工、生、医相结合的优势，开展高分子生物材料、先进药物释放系统、纳米材料、组织工程与再生医学、生物分子工程领域的基础和应用研究，培养跨学科高水平研究和开发人才。学科组特别重视在物理、化学、材料、生物、医学、工程交叉领域的原始创新性基础和应用研究，重视有产业化前景和社会价值的高技术开发。包括生物可吸收内固定材料、防术后组织粘连材料、聚电解质复合物、生物活性组织工程支架、高分子水凝胶、生物纤维，以及具有特殊功能的不可吸收高分子生物材料，包括整形弥补材料、高透氧隐型眼镜材料。5.参考答案:利用计算机处理数字化的影像信息，通过减影处理，消除骨骼和软组织影像，从而得到清楚血管影像的一种成像技术。6.参考答案: 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： ①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。 ②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。 ③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。 ④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。7.参考答案:1.利用脉冲电场使药物分子进入细胞内，使肿瘤组织摄取的药物量增加数倍。 2.利用直流电流引起的化学变化杀死肿瘤细胞。8.参考答案:生物体得主要构成成分是有机化合物，主要是糖类、脂类、蛋白质和核酸即四大类生命物质，另外也包括许多种简单的有机物。9.参考答案: 人工心肺机主要包括：血泵（又称人工心）；氧合器（又称人工肺）；变温器；滤血器；储血器；管路以及监测系统等。 （1）血泵（人工心）：通过机械方法驱动血液流动以临时代替心室的搏出功能以及术中失血的回收，以维持机体的血液循环。还用于心脏停搏液的灌注。可分为指压式、囊式、滚柱式和离心式。 （2）氧合器（人工肺）：在体外循环中完成血液和外部氧和二氧化碳的交换。一般可分为转碟式、鼓泡式和膜式。 ①鼓泡式：血液被氧气（或氧与二氧合碳混合气）吹散过程中进行气体交换，血液中形成的气泡用硅类除泡剂消除，根据形态有筒式和袋式，是目前应用最广的。 ②膜式：用高分子渗透膜制成，血液和气体通过半透膜进行气体交换，血、气互相不直接接触，血液有形成分破坏少，其外形有平膜式和中空纤维式。 （3）滤血器； （4）变温水箱：用于在手术开始时降低病人基础体温，以减少组织代谢，而在手术结束时恢复体温。10.参考答案: （1）特性：是一种金属或合金，如金子具有极高的抗氧化性和抗腐蚀性。贵金属具有独特稳定的物理和化学性能、优异的加工特性、对人体组织无毒副作用、刺激小等优良的生物学性能。 （2）应用：主要用于口腔科的齿科修复，也可用于小型植入式电子医疗器械。11.参考答案:1.多维图像 2.功能成像 3.多模式图像的融合 4.图像归档与通信系统 5.分子影响学12.参考答案:1.提供诊断信息：如心音、血压、脉搏、血流、体温、呼吸等信息，以提供临床诊断和研究。 2.监护仪器：手术后，病人需要被监视体温、心电等生理参数，以便了解病人的恢复情况。 3.临床检验：利用化学传感器和生物传感器从人体的各种体液获取生化信息，是诊断疾病的重要依据。13.参考答案: 神经成像（Neuroimaging）泛指能够直接或间接对神经系统（主要是脑）的功能，结构，和药理学特性进行成像的技术。根据成像的模式，神经成像可以分为结构成像，用来展现脑的结构，从而辅助对一些脑疾病（例如脑肿瘤或脑外伤）的诊断。功能成像，用来展现脑在进行某种任务（包括感觉，运动，认知等功能）时的代谢活动。功能成像主要用于神经科学和心理学研究，不过近来正逐步成为医学神经科诊断的新途径。 计算机断面成像：计算机断面成像（CT）的基本原理是利用不同方向上的X射线。计算机用来对这些来自不同方向的数据进行整合，来重建断面内的图像。这类图像内的数值反应的是物质对X射线的通透率。CT技术主要用来对脑进行快速成像，来观察外伤引起的组织水肿和脑室扩张。 扩散光学成像：扩散光学成像（Diffusion Optical Imaging， DOI）是一种利用近红外光的神经成像方法。这种方法主要基于血红蛋白对近红外光的吸收。该方法可通过测量吸收光谱来计算血液中的氧含量。该技术可以用来测量脑组织对外部刺激或在执行某种功能时的代谢变化，称为事件相关光学信号（Event-related Optical Signal，EROS）。EROS的长处在于它较高的空间（毫米量级）和时间（毫秒量级）分辨率，缺点在于它无法观测深部脑组织的活动。 核磁共振成像：核磁共振成像（MRI）的基本原理是对原子核自旋的射频激发以及对随后弛豫过程中的射频信号的采集和处理。MRI设备有一个大磁体产生的较大静磁场，使得样本原子核（主要是[[氢]原子核）磁矩排列一致。设备的射频线圈在Larmor频率激发这些原子核，使它们偏离这个方向，并随后发生弛豫现象。接受线圈可以拾取弛豫过程中产生的电磁信号。设备的梯度磁场用来产生随空间变化的磁场强度，从而实现空间编码。通过二维傅立叶变换等方法，计算机可重建样本的图像。MRI图像中的数值的含义（即对比度）由于MRI激发和采集模式的不同而不同。常用的对比度有T1对比度，T2对比度，T2*对比度等。不同对比度的图像有不同的生理学或解剖学含义。 M.RI可以产生脑的高清晰度结构或功能图像。MRI结构图像可用于神经科对于脑肿瘤，脑血管疾病（例如中风）等的诊断。功能核磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）的基本原理是氧化血红蛋白和去氧血红蛋白在磁性质上的差别以及伴随脑神经活动的脑血流变化。fMRI可以用来展现各种感觉，运动，和认知活动过程中的激活脑区。目前fMRI的空间分辨率多在2-3毫米左右。 脑磁图：脑磁图（Magnetoencephalography，MEG）的基本原理是脑的神经活动时产生的电信号所产生的磁信号。超导量子干涉设备（SQUID）可以用来测量这种微弱的磁信号。与fMRI不同，MEG直接测量神经活动。fMRI测量的是伴随神经活动的代谢变化。而且磁信号基本不受周边组织的影响。 正电子发射成像：正电子发射成像（Position Emission Tomography，PET）使用人工引入的放射性代谢物质。这种放射性代谢物质被注射入血管。PET设备检测改物质在脑内衰变时产生的正电子，来产生脑功能图像。常用的放射性标注物质包括含氧-15的水和含氟-18的氯代脱氧葡萄糖。 单光子发射计算机断面成像：单光子发射计算机断面成像（Single photon emission computer tomography， SPECT）的基本原理与PET相似，但是改技术检测的是放射性物质衰变时产生的伽玛射线。与MRI相比，PET和SPECT的共同缺点是较低的空间分辨率，以及对放射性物质的使用。他们的主要优点在于使用不同放射性标注物质的灵活性。14.参考答案:1.生物电流是引起生物磁场的源泉。 2.由生物磁性材料产生的感应场。 3.生物体本身含有的磁性物质产生的磁场。15.参考答案:人体系统工程；生物医学传感器；医学图像技术与仪器；生物材料；人工器官；组织工程学；康复工程；家庭医疗保健工程；远程医疗系统；仿生学；医用机器人。16.参考答案: （1）概述：胶原是人体组织中最基本的蛋白质类物质，至今已经鉴别出13种胶原，其中I～III、V和XI型胶原为成纤维胶原。I型胶原在动物体内含量最多，已被广泛应用于生物医用材料和生化试剂。 （2）特点： ①优点：胶原材料具有生物力学性能好，免疫原性低等优点，被制造成为各种生物医学材料，在医疗器械产品制造领域有着不可替代的优势和相当广泛的应用。 ②缺点：要通过对实际生产过程的严格控制才能达到动物源性胶原的人用标准。 （3）应用：用于制造心脏瓣膜、支架、血管修复材料、止血海绵、创伤辅料、明胶、化妆品、人工皮肤、手术缝合线、组织工程基质等。 （4）理想的皮肤修复材料应该具备的特点： ①无毒、无刺激、不会引起免疫反应； ②具有相容性以及类似天然皮肤的透湿性、柔软性和润湿性； ③能与创面组织紧贴，起到防止创面的水分、体液损失和吸收创面渗出液的作用； ④易于在皮肤愈合后自动脱落、易于消毒的材料。17.参考答案:基因组（genome）指生物体遗传物质的全部序列，它包括每一条染色体和任何亚细胞器的DNA的序列。18.参考答案: （1）特性：临床应用广泛，其质量轻、强度高、力学性质接近人骨、强度远低于纯钛，耐疲劳、耐蚀性均优于不锈钢和钴基合金，但生物相容性和表面活性好，是较为理想的一种植入材料。抗断裂强度较低，耐磨性能不尽人意，加工困难。冶炼及成型工艺复杂，要求条件较高。 （2）应用：主要用于：修补颅骨，制成钛网或钛箔用于修复脑膜和腹膜、人工骨、关节、牙和矫形物、人工心脏瓣膜支架、人工心脏部件和脑止血夹、口腔颌面矫形颌修补、手术器械、医疗仪器颌人工假肢等。如头颅微型钢板、钛板。19.参考答案:1.B型结构成像 2.谱图多普勒血流测量 3.超声彩色血流图 4.三维超声成像20.参考答案:X-CT图像重建问题实际上就是如何从投影数据中解算出成像平面上各像素点的衰减系数。21.参考答案: （1）概念：使用固定化的生物分子（immobilizedbiomolecules）结合换能器，用来侦测生物体内或生物体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的一种装置。 （2）工作原理：通过感受器的分子识别作用，生物传感器中的生物敏感材料和样品中的待测物质，发生生物化学反应，产生离子、质子、气体、光、热、质量变化等信号。在一定条件下，信号的大小与样品中被测物质的量存在定量关系。这些信号通过换能器转换成电信号或光信号，再经信号处理放大系统处理后，在仪器上显示或记录下来。22.参考答案:工业机器人（主要理论是力学和经典控制论）→遥控机器人（主要用于危险性大、环境恶劣的场合）→智能机器人（将人工智能等成果融入机器人系统中）→进化机器人（设计原理侧重于生物运动学、遗传学与进化论等）23.参考答案: （1）种类： ①运动功能障碍：主要指由于截肢、脑瘫、截瘫、偏瘫、儿麻病引起的肢体活动功能障碍。以及外科手术后引起的运动功能障碍。 ②脑功能障碍：主要指先天性、脑损伤以及老年性脑疾引起的包括学习能力、记忆能力、平衡能力等方面的缺陷。 ③感观功能障碍：主要指视觉、听觉障碍。 ④交流功能障碍：主要指由于先天或后天疾病引起语言能力障碍。 （2）康复途径： ①通过一些装置使功能得到部分或全部恢复：例如最常见的视力缺陷（近视、远视、老花）可通过适当选配眼镜得以恢复。 ②通过科学的训练，使功能得到逐步恢复：如骨科术后关节活动能力的恢复，中风后的体疗、理疗使肌肉活动能力得到恢复等。 ③采用专门装置代偿失去的功能：如导盲装置可代偿眼睛辨别障碍物的功能。轮椅代偿截瘫者步行功能，截肢者可以通过安装假肢实现行走或取物功能等。 ④环境改造与控制例：如对老年行动不便者的居室安装助行的围栏，利用患者尚具有的功能，设计一些人机交互装置用于操纵电灯、电话及其他家用电器等。 ⑤护理设施：利用搬运装置进行重残者的搬移、洗浴、采用装置跟踪健忘者防止失踪等护理设施。 ⑥精神康复：采用一些设施排除不能外出参与社会活动者的孤寂、忧郁等。24.参考答案: 1981年夏，由迈阿密大学医学院A.JDuerinckx提出医学图像存档与传输系统（picturearchivingand Communicationsystem，PACS）。 PACS是指包括医学图像采集、存储、传输和显示等过程的全数字系统。主要是指将医院内的各类X射线、CT、MRI以及超声等医学图像数字化以后，输入到计算机中进行分类归档存储和处理，并通过计算机网络进行传输，使医院内各个科室和部门能够进行医学图像信息共享，或通过远程网络传输进行远程医疗服务，使医学图像信息得到最大限度的利用。25.参考答案: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θ。如果已知f0、c、θ，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。卷III参考答案一.参考题库1.参考答案: 神经－肌肉系统康复是脑血管意外（CVA）患者和脊髓损伤（SCI）患者康复的重要问题。据广州，上海等六大城市调查结果，脑血管意外的致残率高达71.3％，且老龄人口居多。脊髓损伤则主要由于事故或自然灾害造成的伤害。随着老龄人口的增加，神经－肌肉系统康复问题将越来越突出。 神经－肌肉系统的康复设备的目的是为患者提供康复运动的装置，利用和调动神经损伤的自身的修复潜力。2.参考答案: 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。3.参考答案: （1）、概念：用系统分析、计算数学、最优化方法构筑模型，研究人体系统的结构与功能状态，使各组成部分维持平衡、协调、有序，从而达到整体最佳功能状态的应用技术。 （2）、研究目标：保证人的身心健康，提高人体素质，使人们高水平工作和生活。4.参考答案: （1）分类：胶原蛋白、纤维蛋白；甲壳素、壳聚糖、淀粉、纤维素海藻酸钠衍生物； （2）应用：可吸收缝线；药物控释载体；人工皮肤；5.参考答案:生物医学工程学是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学的角度，在多层次上研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象，研究用于防病、治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统的工程原理的学科。6.参考答案: （1）概念：康复工程是工程学在康复医学领域中的应用。利用工程学的原理和手段，通过对所丧失的功能进行代偿和补偿，来弥补功能缺陷，使患者能最大限度的实现生活自理和回归社会。 （2）任务：利用一切现代科学技术、提取残疾人体存在的残留控制信息，为他们提供工具，使他们能从事健全人所能做的一切事情。 （3）目标：充分利用现代科学技术手段克服人类由于意外事故、先天缺陷、疾病、战争和机体老化等因素产的功能障碍或残疾，使其尽可能最大程度地恢复或代替原有功能，实现最大限度的生活自理、乃至回归社会，以提高人们特别是伤残人士和老年人的生活水平。7.参考答案: （1）无机基生物医用复合材料：无机基复合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基体，通过不同方式引入颗粒、晶片、晶须或纤维等形状的增强体材料而获得的一类复合材料。 （2）高分子基生物医用复合材料： ①碳纤维增强生物医用高分子复合材料主要用作骨水泥、人工关节和接骨板等。 ②碳纤维增强HDPE复合材料用作承受复杂应力和摩擦作用的髋关节和膝关节。 ③碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）复合材料用作颅骨缺损修复。 ④四氟乙烯纤维与碳纤维复合制备成多孔复合材料用于牙槽骨、下颌骨、关节软骨的修复。 （3）金属基生物医用复合材料：具有较好的综合力学性能和优良的加工性能，但与机体的亲和性、生物相容性较差，在体液中存在材料腐蚀等问题。8.参考答案: （1）原理：起搏器在需要的时候通过起搏电极导线向心脏发出微小的电脉冲，刺激心脏跳动，帮助改善心动过缓的症状，以满足身体对氧的需求。 （2）分类： ①根据应用时间分类： A.临时性起搏：一般起搏时间为4周，应用于临时体外起搏； B.永久性体内起搏：将起搏器埋植于体内，可连续工作8至12年。 ②按放置的位置分类： A.体内起搏器：起搏器置入人体皮下。它体积小，携带方便，安全，用于永久性起搏，但在电池耗尽时需手术切开囊袋更换整个起搏器。 B.体外起搏器：起搏器置于体外。它体积较大，但能随时更换电池及调整起搏频率，另外若出现快速心律失常，尚可进行超速抑制，但携带不方便，再者导线入口处易感染，现多用于临时起搏。9.参考答案: （1）特性：铁基耐蚀合金（一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成），易加工、价格低廉。不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷加工而提高，避免疲劳断裂。 （2）应用：一般不锈钢制成多种形体，如针、钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和人工假体而用于临床，不锈钢还用于制作各种医疗仪器和手术器械。如不锈钢骨钉。10.参考答案: （1）分类：药用高分子按其应用目的不同分为药用辅助材料和高分子药物两类。 （2）药用高分子应具备的基本性能： ①高分子药物本身以及它们的分解产物都应是无毒的，不会引起炎症和组织变异反应，无致癌性； ②进入血液系统的药物，不会引起血栓； ③具有水溶性或亲水性，能在生物体内水解下有药理活性的基团。 ④能有效地到达病灶处，并在病灶处积累，保持一定浓度。 ⑤对于口服的药剂，聚合物主链应不会水解，以便高分子残骸能通过排泄系统被排出体外。如果是导入循环系统的药物，为避免其在体内积累，聚合物主链必须是易分解的，才能排出人体或被人体所吸收。11.参考答案: （1）概念：是包含多种技术并相互交叉融合的一门科学。它综合了生物学、医学与工程学的理论和方法，研究生命体的构造、功能、状态和变化，研究新材料、新技术、新仪器设备，用于防病、治病、保护人民健康和提高医学水平。 （2）内涵：是工程科学原理和方法与生命科学的原理和方法相结合，认识并解决人类心身健康的问题，并使有限的卫生资源为全社会共享。 ①、是大跨度、多学科和多种技术的深度交叉、结合。不仅要发现规律，解释现象，还解决实际问题。 而且后者更为重要。 ②、是科学研究、技术发展、产品开发和产业发展，密切结合。这里，不仅有经济效益的追求（市场导向），更重要的是，它必须服从全社会医疗保健系统整体目标的需要。 （3）特点：是工程科学的原理和方法与生命科学的原理和方法相结合，从不同的层次（整体、系统、器官、组织、细胞、亚细胞结构和生物大分子等）研究人的生命运动的规律（定量）并发展相应的技术和装置，应用于医学和保健，维持和促进人类的健康。12.参考答案:社会环境因素；天体和地理因素；物理因素；化学因素；生物因素；行为因素。13.参考答案: （1）几种主要的应用： （2）特性：生物陶瓷材料在生物体内极为稳定，与生物组织有良好的亲和性，特别适于作人体硬组织如骨和齿的替换修补材料，能与人体骨生长在一起，形成化学结合。目前临床上应用最多的为氧化铝、羟基磷灰石两种。14.参考答案: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。15.参考答案: 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。 ①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。 ②系统、器官、组织层次 1.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。 2.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