2025年生物医学工程科技应用考核试题及答案解析

2025年生物医学工程科技应用考核试题及答案解析一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种生物材料属于天然生物降解材料？A.聚乳酸（PLA）B.胶原C.聚己内酯（PCL）D.聚乙醇酸（PGA）2.医用超声诊断仪中，B型超声成像的主要原理是：A.利用超声波的反射回波强度成像B.利用超声波的多普勒频移成像C.利用超声波的透射衰减成像D.利用超声波的非线性效应成像3.下列关于组织工程支架材料的描述，错误的是：A.需具备适宜的孔隙率（通常60%90%）B.表面需具有生物活性基团以促进细胞黏附C.降解速率应慢于组织再生速率D.力学性能需与宿主组织匹配4.可穿戴式生理监测设备中，光电体积描记法（PPG）主要用于测量：A.血压B.血氧饱和度C.体温D.脑电信号5.医用X射线计算机断层扫描（CT）中，空间分辨率的常用单位是：A.亨氏单位（HU）B.线对每厘米（lp/cm）C.毫西弗（mSv）D.特斯拉（T）6.下列哪项不属于生物医学工程中“生物力学”的研究范畴？A.骨组织的应力应变关系B.心脏瓣膜的流体动力学C.人工血管的材料疲劳特性D.肿瘤细胞的基因表达调控7.纳米羟基磷灰石（nHA）作为骨修复材料的优势不包括：A.与天然骨无机成分的化学组成一致B.比表面积大，生物活性高C.降解速率可通过粒径调控D.具有铁磁性，可用于磁热治疗8.植入式心脏起搏器的核心部件是：A.电极导线B.脉冲发生器C.传感器D.外壳封装材料9.以下哪种医学影像技术可实现分子水平的功能成像？A.X射线摄影B.磁共振成像（MRI）C.正电子发射断层扫描（PET）D.超声成像10.生物医学传感器中，用于检测血糖的酶电极主要利用的生物识别元件是：A.抗体B.抗原C.葡萄糖氧化酶D.胶原蛋白二、多项选择题（每题3分，共15分，错选、漏选均不得分）1.组织工程的核心三要素包括：A.支架材料B.生长因子C.种子细胞D.生物反应器2.可穿戴医疗设备的关键技术包括：A.柔性电子技术B.低功耗芯片设计C.生物信号降噪算法D.无线能量传输3.医用钛合金（如Ti6Al4V）作为骨科植入材料的优点有：A.密度低，接近骨组织B.弹性模量与骨组织匹配（约110GPavs骨的1030GPa）C.表面易形成稳定氧化膜，耐腐蚀性强D.无磁性，可兼容MRI检查4.以下属于医学影像后处理技术的有：A.多平面重建（MPR）B.最大密度投影（MIP）C.图像去噪D.感兴趣区（ROI）分析5.生物医学工程中，用于评估材料血液相容性的指标包括：A.溶血率B.血小板黏附率C.凝血酶原时间（PT）D.细胞毒性分级三、填空题（每空1分，共15分）1.生物材料的“生物相容性”主要包括________相容性和________相容性。2.超声换能器的核心材料是________，其工作原理基于________效应。3.3D生物打印技术中，常用的生物墨水成分包括________、________和细胞悬液。4.心脏除颤器的工作原理是通过________电流使心肌细胞同步去极化，终止________。5.医用电子内窥镜的成像系统主要由________、导光纤维束和________组成。6.骨组织工程中，常用的力学刺激方式包括________和________（列举两种）。7.生物信息学中，基因组测序数据的常用存储格式是________（如FASTA/FASTQ）。8.人工耳蜗的工作流程是：声音信号→________→电信号→________→听神经刺激。四、简答题（共30分）1.（5分，封闭型）简述光声成像（PAI）的基本原理及其在肿瘤检测中的优势。2.（5分，封闭型）列举三种常用的生物医学信号（如心电、脑电），并说明其检测的主要干扰源及抑制方法。3.（7分，开放型）结合老龄化社会需求，分析可穿戴式跌倒检测设备的关键技术需求及当前技术瓶颈。4.（6分，封闭型）简述医用高分子材料表面改性的目的及常用方法（至少三种）。5.（7分，综合型）对比分析X射线CT与MRI在脑部疾病诊断中的适用场景（从成像原理、对比度机制、禁忌症等方面）。五、应用题（共20分）1.（8分，计算类）某超声诊断仪使用频率为5MHz的探头，探测深度为10cm。已知软组织中声速约为1540m/s，求：（1）超声波在软组织中的波长；（2）探头接收回波的时间延迟（假设声波垂直入射并直接反射）。2.（12分，分析类）某医院MRI检查中，患者图像出现环形伪影（如图示），请分析可能的成因及对应的解决措施（需结合MRI设备组成及成像原理）。答案及解析一、单项选择题1.答案：B解析：胶原是天然蛋白质，属于天然生物降解材料；PLA、PCL、PGA均为人工合成的可降解高分子材料。2.答案：A解析：B超（二维超声）通过接收不同组织界面的反射回波强度差异成像；多普勒超声用于血流检测（B错误），透射法主要用于A超（C错误），非线性效应用于谐波成像（D错误）。3.答案：C解析：支架降解速率需与组织再生速率匹配，若降解过快会导致结构塌陷，过慢则阻碍新生组织长入（C错误）。4.答案：B解析：PPG通过红光和红外光吸收差异计算血氧饱和度（SpO₂）；血压多通过示波法或柯氏音法测量（A错误），体温用热电堆或红外传感器（C错误），脑电需电极直接接触头皮（D错误）。5.答案：B解析：空间分辨率表示区分相邻细节的能力，单位为线对每厘米（lp/cm）；HU是CT值单位（A错误），mSv是辐射剂量单位（C错误），T是MRI磁场强度单位（D错误）。6.答案：D解析：生物力学研究力学因素与生物系统的相互作用，肿瘤基因表达属于分子生物学范畴（D错误）。7.答案：D解析：纳米羟基磷灰石无磁性，磁热治疗常用磁性纳米颗粒（如Fe₃O₄）（D错误）。8.答案：B解析：脉冲发生器是起搏器的核心，负责产生电脉冲；电极导线传递信号（A错误），传感器用于感知生理需求（C错误），外壳起保护作用（D错误）。9.答案：C解析：PET通过标记放射性示踪剂（如¹⁸FFDG）反映代谢活动，实现分子水平成像；X线和超声为解剖成像（A、D错误），MRI主要反映组织化学环境（B错误）。10.答案：C解析：葡萄糖氧化酶可催化葡萄糖与氧气反应生成过氧化氢，通过检测电流变化间接测量血糖（C正确）。二、多项选择题1.答案：ABC解析：组织工程三要素为支架（材料）、种子细胞、生长因子；生物反应器是培养环境（D错误）。2.答案：ABCD解析：柔性电子确保佩戴舒适性，低功耗延长续航，降噪算法提高信号质量，无线充电解决频繁更换电池问题（全选）。3.答案：ACD解析：钛合金弹性模量（约110GPa）远高于骨组织（1030GPa），可能引发应力屏蔽（B错误）；其余选项均为钛合金的优点。4.答案：ABCD解析：MPR、MIP为三维重建技术，去噪改善图像质量，ROI分析用于定量评估（全选）。5.答案：ABC解析：细胞毒性分级评估组织相容性（D错误）；溶血率、血小板黏附率、PT均反映血液相容性（A、B、C正确）。三、填空题1.组织；血液2.压电陶瓷（或压电晶体）；压电（逆压电和正压电）3.水凝胶（如藻酸盐、明胶）；生物活性因子（如生长因子）4.高能；心室颤动5.电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS）；图像处理系统6.流体剪切应力；机械拉伸（或压缩、振动）7.FASTQ（注：FASTA用于序列存储，FASTQ含质量值）8.麦克风（或声音传感器）；电极阵列四、简答题1.光声成像原理及肿瘤检测优势原理：组织内的光吸收分子（如血红蛋白、外源性造影剂）吸收短脉冲激光能量后产生热膨胀，激发超声波，通过超声探测器接收并重建光吸收分布图像。优势：①结合光学高对比度（分子特异性）与超声高穿透深度（可达几厘米）；②对肿瘤血管生成（血红蛋白）敏感，可早期检测；③无电离辐射，安全性高。2.生物医学信号及干扰抑制信号举例：心电（ECG）：干扰源为工频（50/60Hz）噪声、肌电伪影；抑制方法：陷波滤波、电极良好接触（减少运动干扰）。脑电（EEG）：干扰源为眼动伪影、电极接触阻抗不均；抑制方法：独立成分分析（ICA）去噪、使用导电膏降低阻抗。肌电（EMG）：干扰源为电极移动、环境电磁噪声；抑制方法：差分放大（消除共模干扰）、屏蔽电缆。3.可穿戴式跌倒检测设备的技术需求与瓶颈技术需求：①多传感器融合（加速度计、陀螺仪、气压计）以区分跌倒与日常动作（如坐下、跳跃）；②低功耗算法（延长续航）；③实时预警与定位（GPS/北斗+蜂窝网络）；④穿戴舒适性（柔性封装、轻量化）。技术瓶颈：①复杂场景下的误报率（如拎重物弯腰可能被误判）；②老年人特殊生理状态（如肌肉无力导致跌倒动作不典型）；③数据隐私与通信延迟（紧急情况下需快速传输至监护端）。4.医用高分子材料表面改性目的及方法目的：改善生物相容性（减少炎症反应）、调控细胞黏附/增殖、赋予抗菌/抗凝功能。方法：①等离子体处理（引入极性基团）；②表面接枝（如接枝肝素抗凝）；③纳米涂层（如羟基磷灰石促进骨结合）；④生物分子固定（如RGD肽增强细胞黏附）。5.X射线CT与MRI在脑部疾病诊断中的对比|维度|X射线CT|MRI||||||成像原理|X射线衰减差异重建断层图像|氢质子在静磁场中受射频激发后的弛豫信号||对比度机制|组织密度（骨、出血显影佳）|T1、T2、质子密度加权（软组织分辨优）||适用场景|急性脑出血、颅骨骨折、脑外伤|脑肿瘤（良恶性鉴别）、多发性硬化、早期脑梗死||禁忌症|孕妇（电离辐射）、对比剂过敏|体内金属植入物（如心脏起搏器）、幽闭恐惧症|五、应用题1.超声测距计算（1）波长λ=声速v/频率f=1540m/s/5×10⁶Hz=0.308mm（保留三位有效数字）。（2）时间延迟t=2×深度d/v=2×0.1m/1540m/s≈1.3×10⁻⁴s（或130μs）。2.MRI环形伪影分析可能成因及解决措施：梯度线圈故