2025年生物医学生物医学工程技术应试题及答案解析

2025年生物医学生物医学工程技术应试题及答案解析一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下关于生物力学中“应力”的定义，正确的是（）A.物体单位体积承受的力B.物体内部单位面积上的内力C.物体变形的相对变化量D.物体抵抗变形的能力2.医用钛合金（如Ti6Al4V）作为骨科植入材料的主要优势是（）A.高磁导率B.与骨组织弹性模量匹配（约110GPa）C.易加工成复杂形状D.表面易形成稳定氧化层（TiO₂）3.光学相干断层扫描（OCT）的成像原理基于（）A.超声波反射B.近红外光的低相干干涉C.X射线衰减D.核磁共振信号4.用于心脏起搏器的锂电池（LiI₂）中，碘的主要作用是（）A.提高电池容量B.与锂反应生成固态电解质（LiI）C.降低电池内阻D.防止过充5.生物传感器中，“信号转换器”的功能是（）A.识别目标analyte（分析物）B.将生物反应转化为电/光信号C.放大检测信号D.传输信号至显示终端6.骨组织工程支架材料需满足的关键性能不包括（）A.可降解性（降解速率与骨再生匹配）B.高孔隙率（>90%）与连通性C.与骨组织相同的抗压强度（>100MPa）D.表面生物活性（促进成骨细胞黏附）7.超声诊断仪中，“B型超声”的成像参数是（）A.回波时间差B.回波振幅C.多普勒频移D.组织衰减系数8.用于人工耳蜗的电极阵列设计中，关键技术要求是（）A.高磁导率以增强磁场耦合B.电极间距与听神经纤维空间分布匹配（约0.20.5mm）C.材料需完全不透X射线D.无需考虑生物相容性9.以下不属于“治疗性生物医学工程技术”的是（）A.心脏除颤器B.人工肝支持系统C.医学影像三维重建D.神经刺激器10.微流控芯片中，“电渗流”的驱动原理是（）A.压力差推动流体流动B.电场作用下带电流体的整体迁移C.表面张力梯度驱动D.离心力作用二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.生物材料的“血液相容性”需评估的指标包括（）A.血小板黏附与活化B.凝血因子激活（如凝血酶生成）C.溶血率（<5%）D.材料力学强度2.医学影像设备中，属于“功能成像”的技术有（）A.弥散加权MRI（DWI）B.X射线计算机断层扫描（CT）C.正电子发射断层扫描（PET）D.超声弹性成像3.人工关节置换术后常见的失效原因包括（）A.假体松动（骨溶解）B.材料磨损颗粒引发的免疫反应C.假体与骨组织弹性模量不匹配（应力屏蔽）D.手术中无菌操作不规范导致感染4.生物医学信号处理中，“噪声抑制”的常用方法有（）A.数字滤波（如FIR/IIR滤波器）B.共模抑制（如差分放大电路）C.小波变换去噪D.增加信号采集时间5.组织工程中“种子细胞”的选择原则包括（）A.易于体外扩增（如干细胞）B.无免疫原性（如自体细胞）C.分化潜能与目标组织匹配D.必须为原代细胞三、填空题（每空2分，共20分）1.生物力学中，描述黏弹性材料特性的经典模型是________（如弹簧与阻尼器的串联/并联组合）。2.医用高分子材料中，聚乳酸（PLA）的降解产物是________，最终通过呼吸排出体外。3.心电图（ECG）中，QRS波群反映的是________的除极过程。4.超声换能器的核心材料是________（如PZT压电陶瓷）。5.微流控芯片中，“液滴微流控”技术可实现单分散液滴的生成，其尺寸主要由________（两相流速比/芯片通道尺寸）决定。6.人工心脏瓣膜分为机械瓣和生物瓣，生物瓣的主要材料来源是________（如猪主动脉瓣或牛心包）。7.光动力疗法（PDT）的三要素是________、光敏剂和氧。8.生物医学工程中，“3D生物打印”的关键技术包括生物墨水设计、________（如挤出式/激光辅助）和细胞存活控制。9.血糖仪的检测原理多基于________反应（如葡萄糖氧化酶催化葡萄糖生成过氧化氢）。10.磁共振成像（MRI）中，T1加权像主要反映组织的________差异（纵向弛豫时间）。四、简答题（共30分）1.（封闭型，8分）简述压电效应的原理及其在医学超声中的应用。2.（封闭型，7分）对比分析CT与MRI在成像原理、优缺点及临床应用上的差异。3.（开放型，8分）设计一款用于糖尿病患者的连续血糖监测（CGM）系统，需考虑哪些关键技术？（从生物传感器、信号传输、校准方法、用户体验等方面展开）4.（开放型，7分）某患者因骨肿瘤切除导致胫骨中段缺损（长度8cm），需设计骨组织工程支架。请说明支架材料选择、结构设计（孔隙率/孔径）及功能修饰的依据。五、应用题（共25分）1.（计算类，10分）超声多普勒血流仪发射频率f₀=5MHz，声速c=1540m/s，探测角度θ=60°（血流方向与超声束夹角）。测得频移Δf=3kHz，求血流速度v（保留2位小数）。（提示：Δf=2f₀vcosθ/c）2.（分析类，15分）某医院MRI设备扫描头部时，图像出现“运动伪影”（条纹状模糊）。请分析可能的原因（至少3种），并提出对应的解决方法。答案及解析一、单项选择题1.B（应力定义为单位面积上的内力，应变是变形的相对变化量）2.D（钛合金表面TiO₂氧化层可提高耐腐蚀性和生物相容性；骨组织弹性模量约1030GPa，钛合金模量高于骨，可能引发应力屏蔽）3.B（OCT利用近红外光的低相干干涉实现微米级分辨率成像）4.B（LiI₂电池中，碘与锂反应生成固态LiI电解质，缓慢释放电流，适合起搏器长期稳定供电）5.B（生物识别元件（如酶、抗体）负责识别analyte，信号转换器将生物反应（如产热、电荷变化）转化为电/光信号）6.C（骨组织工程支架需一定强度，但无需与骨相同，因骨再生过程中支架会逐渐降解，由新骨替代）7.B（B超通过回波振幅调制亮度成像，反映组织界面的声阻抗差异）8.B（人工耳蜗电极需精准刺激不同位置的听神经纤维，电极间距需与耳蜗内毛细胞分布匹配）9.C（三维重建属于诊断性技术，其余为治疗/支持技术）10.B（电渗流是电场作用下，微通道表面双电层中扩散层离子迁移带动流体整体流动）二、多项选择题1.ABC（血液相容性关注凝血、血小板反应和溶血，力学强度属于机械性能）2.ACD（DWI反映水分子扩散，PET反映代谢，超声弹性成像反映组织硬度，均属功能成像；CT为解剖结构成像）3.ABCD（均为临床常见失效原因，感染属于术后并发症）4.ABC（增加采集时间可提高信噪比，但不属于噪声抑制方法）5.ABC（种子细胞可为干细胞或分化细胞，原代细胞扩增能力有限，非必须）三、填空题1.麦克斯韦模型/开尔文模型（或标准线性固体模型）2.乳酸（最终代谢为CO₂和H₂O）3.心室4.压电材料5.两相流速比与芯片通道尺寸（两者共同决定）6.动物组织（猪/牛）7.特定波长光（如630nm红光）8.打印工艺（或技术类型）9.酶促（或生物酶催化）10.T1值（或纵向弛豫时间）四、简答题1.压电效应原理及应用原理：某些晶体（如PZT）在机械应力作用下表面产生电荷（正压电效应）；反之，施加电场时晶体发生形变（逆压电效应）。医学应用：超声换能器利用逆压电效应将电信号转化为超声波（发射），正压电效应将组织反射的超声波转化为电信号（接收）；此外，压电材料还用于超声治疗（如碎石）的能量转换。2.CT与MRI对比成像原理：CT基于X射线衰减系数重建断层图像；MRI基于氢质子在静磁场中受射频脉冲激发后的弛豫信号。优缺点：CT成像速度快，对骨组织显示清晰，但有电离辐射；MRI无辐射，软组织分辨力高（如脑、脊髓），但成像时间长，禁忌证多（金属植入物、幽闭恐惧症）。临床应用：CT用于急诊（脑出血、骨折）、肺栓塞；MRI用于脑肿瘤、脊髓病变、关节软组织损伤。3.CGM系统设计关键技术生物传感器：采用微创/无创技术（如皮下植入酶电极，葡萄糖氧化酶催化葡萄糖生成H₂O₂，通过电化学检测电流）；需抗干扰（如避免其他糖类、药物影响）。信号传输：低功耗无线传输（蓝牙/NFC），确保数据实时性与安全性。校准方法：定期与指尖血血糖仪比对，建立校正模型（因组织液葡萄糖与血液存在时间差）；或通过算法补偿温度、运动等干扰。用户体验：传感器小型化（减少异物感）、长寿命（>14天）、防水防汗；配套APP提供预警（低血糖/高血糖）及用药建议。4.骨缺损支架设计依据材料选择：可降解生物陶瓷（如羟基磷灰石/βTCP）与高分子（PLGA）复合，兼顾生物活性与力学强度；或脱细胞骨基质（DBM）保留天然骨结构。结构设计：孔隙率80%95%（促进细胞迁移、血管长入），孔径300500μm（与成骨细胞尺寸匹配，利于骨基质沉积）；连通性>90%（确保营养物质运输）。功能修饰：表面接枝RGD肽（促进细胞黏附）；负载生长因子（如BMP2）诱导成骨；或复合干细胞（如BMSCs）加速骨再生。五、应用题1.血流速度计算由公式Δf=2f₀vcosθ/c，得v=Δf·c/(2f₀cosθ)。代入数据：Δf=3×10³Hz，f₀=5×10⁶Hz，c=1540m/s，cos60°=0.5。v=(3×10³×1540)/(2×5×10⁶×0.5)=(4,620,000)/(5,000,000)=0.924m/s≈0.92m/s。2.MRI运动伪影分析与解决可能原因及