2025年生物医学工程技术应用考核试卷及答案解析

2025年生物医学工程技术应用考核试卷及答案解析一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪项是生物医学工程技术中“生物相容性”的核心评价指标？A.材料的导电性B.材料与生物体组织/血液接触时的相互作用C.材料的机械强度D.材料的热稳定性2.医用超声成像设备中，换能器的核心功能材料是？A.硅橡胶B.压电陶瓷（如PZT）C.聚乳酸（PLA）D.形状记忆合金3.计算机断层扫描（CT）成像的关键数学基础是？A.傅里叶变换B.拉普拉斯变换C.Radon变换D.小波变换4.可降解生物材料聚乳酸羟基乙酸共聚物（PLGA）的主要降解产物是？A.乳酸和乙醇酸B.葡萄糖和氨基酸C.碳酸钙和水D.胶原蛋白和弹性蛋白5.植入式心脏起搏器的电源通常采用？A.锂离子电池（可充电）B.锂碘电池（不可充电）C.镍氢电池D.太阳能电池6.磁共振成像（MRI）中，氢质子的Larmor频率与以下哪项直接相关？A.主磁场强度（B₀）B.射频脉冲功率C.梯度磁场强度D.接收线圈灵敏度7.生物力学中，描述骨组织力学特性的“各向异性”指的是？A.骨组织在不同方向上的力学性能不同B.骨组织的密度随年龄增长而变化C.骨组织的弹性模量与应力无关D.骨组织的损伤模式单一8.血糖仪（电化学法）的核心检测原理是？A.葡萄糖氧化酶催化葡萄糖生成过氧化氢，通过电流信号检测B.葡萄糖与显色剂反应后比色定量C.近红外光谱分析葡萄糖浓度D.生物电阻抗法测量体液成分9.3D打印生物支架时，“孔隙率”对骨整合的主要影响是？A.孔隙率越高，支架机械强度越强B.孔隙率过低会阻碍细胞迁移和营养物质运输C.孔隙率不影响成骨细胞附着D.孔隙率仅影响支架的表面粗糙度10.康复工程中，智能假肢的“肌电信号控制”主要采集的是？A.神经动作电位B.肌肉收缩时的电信号（EMG）C.骨骼运动的机械信号D.皮肤表面温度信号二、多项选择题（每题3分，共15分。错选、漏选均不得分）1.以下属于生物医学工程技术中“生物材料”分类的有？A.金属材料（如钛合金）B.高分子材料（如聚醚醚酮PEEK）C.陶瓷材料（如羟基磷灰石）D.复合材料（如碳纤维树脂）2.医学影像技术中，属于功能成像的有？A.正电子发射断层扫描（PET）B.弥散加权磁共振成像（DWI）C.X射线平片D.超声B超3.生物传感器的基本组成包括？A.敏感元件（生物识别物质）B.转换元件（信号转换器）C.信号处理系统D.电源模块4.人工心脏瓣膜的设计需重点考虑的性能包括？A.抗血栓形成能力B.血流动力学效率（跨瓣压差）C.生物相容性（避免免疫排斥）D.机械耐久性（疲劳寿命）5.可穿戴医疗设备的关键技术挑战包括？A.长期佩戴的舒适性（如皮肤刺激性）B.低功耗传感器设计C.生物信号的噪声抑制（如运动伪影）D.数据隐私与安全三、填空题（每空2分，共20分）1.生物医学工程的核心是将__________原理与__________知识结合，解决医学问题。2.医用钛合金（如Ti6Al4V）的主要优势是__________和__________。3.超声成像中，“分辨率”分为__________分辨率（沿声束方向）和__________分辨率（垂直声束方向）。4.植入式神经刺激器（如脑深部刺激器DBS）的电极材料通常选用__________（一种高生物相容性金属）。5.组织工程三要素是__________、__________和__________。四、简答题（共30分）1.（封闭型，8分）简述生物医学工程中“生物力学”的研究内容，并列举2个典型应用场景。2.（封闭型，7分）解释“医学影像融合技术”的定义，并说明其临床意义（举例说明）。3.（开放型，7分）分析可降解骨固定材料（如PLA）相比传统金属接骨板的优势与潜在问题。4.（开放型，8分）结合实际需求，设计一款用于术后康复的智能穿戴设备（需说明核心功能、关键技术及预期效果）。五、应用题（共25分）1.（计算类，8分）某1.5TMRI设备中，氢质子的旋磁比γ=42.58MHz/T。计算其Larmor频率，并说明该频率在MRI成像中的作用。2.（分析类，9分）某患者因骨肿瘤需植入3D打印钛合金骨支架，医生要求支架需促进骨整合。请从支架的“孔隙结构”（孔隙率、孔径、连通性）和“表面改性”两方面分析设计要点。3.（综合类，8分）设计一个糖尿病闭环胰岛素输注系统（“人工胰腺”），需包括传感器、控制器、执行器三部分，并说明各部分的技术选择及协同工作流程。答案及解析一、单项选择题1.B解析：生物相容性指材料与生物体接触时不引起有害反应的能力，核心是组织/血液与材料的相互作用。2.B解析：超声换能器利用压电材料（如PZT）的压电效应实现电声信号转换。3.C解析：CT通过Radon变换将投影数据重建为断层图像。4.A解析：PLGA降解为乳酸和乙醇酸，最终代谢为CO₂和水。5.B解析：植入式器械需长期稳定供电，锂碘电池自放电率低，寿命可达510年。6.A解析：Larmor频率公式为f=γB₀，直接与主磁场强度相关。7.A解析：各向异性指材料在不同方向上的力学性能（如弹性模量）不同，骨组织因胶原纤维排列具有此特性。8.A解析：电化学血糖仪通过葡萄糖氧化酶催化葡萄糖生成H₂O₂，电极检测电流信号定量。9.B解析：孔隙率过低（<50%）会阻碍细胞迁移和营养交换，影响骨整合；过高则降低机械强度。10.B解析：肌电信号（EMG）是肌肉收缩时产生的电信号，用于控制假肢动作。二、多项选择题1.ABCD解析：生物材料包括金属、高分子、陶瓷及复合材料（如骨水泥为聚合物陶瓷复合）。2.AB解析：PET通过示踪剂代谢反映功能，DWI通过水分子扩散反映组织微观结构（如脑缺血），均属功能成像。3.ABC解析：生物传感器由敏感元件（如酶、抗体）、转换元件（如电极、光探测器）和信号处理系统组成，电源非基本组成（部分为外接）。4.ABCD解析：人工瓣膜需抗血栓（避免栓塞）、低跨瓣压差（减少心脏负担）、生物相容（避免排斥）、高耐久性（机械瓣需>5000万次开闭）。5.ABCD解析：可穿戴设备需解决舒适性（如透气材料）、低功耗（延长续航）、抗干扰（如运动伪影滤波）、数据安全（加密传输）等问题。三、填空题1.工程学；生命科学（或医学）2.生物相容性好；机械强度高（或耐腐蚀性强）3.轴向（纵向）；横向（侧向）4.铂铱合金（或钛）5.种子细胞；生物支架；生长因子（或生物活性物质）四、简答题1.研究内容：运用力学原理分析生物体（如组织、器官、细胞）的力学特性、变形与损伤机制。典型应用：①人工关节设计（分析关节受力分布）；②骨折内固定器械优化（避免应力遮挡导致骨吸收）。2.定义：将不同模态影像（如CT解剖结构与PET功能代谢）融合为单一图像，保留多模态信息。临床意义：例如肿瘤诊断中，CT显示肿瘤位置，PET显示代谢活性，融合后可精准定位高代谢病灶，指导活检或手术切除范围。3.优势：①可降解，避免二次手术取出；②弹性模量接近骨组织（约310GPavs金属100200GPa），减少应力遮挡；③可负载生长因子促进骨修复。潜在问题：①降解速度与骨愈合速度需匹配（过快导致机械支撑不足，过慢阻碍骨长入）；②降解产物（如乳酸）可能引起局部炎症；③早期机械强度低于金属（不适合承重部位）。4.设计示例：术后康复智能护膝。核心功能：实时监测膝关节活动角度、肌肉张力、局部压力；通过APP反馈康复进度，超限（如过度弯曲）时预警。关键技术：①柔性传感器（压阻式/电容式）集成于护膝；②低功耗蓝牙模块传输数据；③机器学习算法分析正常康复曲线（如术后2周应达90°屈曲）。预期效果：帮助患者遵循康复计划，减少关节僵硬或二次损伤风险，医生可远程调整康复方案。五、应用题1.计算：f=γB₀=42.58MHz/T×1.5T=63.87MHz。作用：该频率为MRI射频脉冲的激发频率，当射频脉冲频率等于Larmor频率时，氢质子发生共振，吸收能量后弛豫释放信号，用于图像重建。2.设计要点：孔隙结构：①孔隙率60%80%（平衡机械强度与细胞渗透）；②孔径300500μm（成骨细胞迁移与血管长入的适宜范围）；③连通性>90%（确保营养物质和代谢废物交换）。表面改性：①羟基磷灰石涂层（提高生物活性，促进骨基质矿化）；②微纳结构处理（如激光刻蚀）增加表面积，增强细胞黏附；③负载骨形态发生蛋白（BMP2）促进成骨分化。3.系统设计：传感器：连续葡萄糖监测（CGM）传感器（如皮下植入式电化学酶传感器，检测组织间液葡萄糖，每5分钟采样）。控制器：微型计算机