2025年生物医学工程入学考试试卷及答案

2025年生物医学工程入学考试试卷及答案2025年生物医学工程入学考试试卷一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.生物力学中，描述材料在弹性变形阶段应力与应变关系的基本定律是：A.泊松定律B.胡克定律C.牛顿黏性定律D.达西定律2.以下哪种生物材料属于天然高分子材料？A.聚乳酸（PLA）B.胶原C.钛合金D.羟基磷灰石3.X射线计算机断层扫描（CT）成像的物理基础是：A.X射线的光电效应B.X射线的康普顿散射C.不同组织对X射线的衰减差异D.X射线的荧光效应4.心电图（ECG）信号的主要来源是：A.心肌细胞的静息电位B.心肌细胞的动作电位传导C.心脏瓣膜的机械振动D.血管壁的弹性形变5.超声成像中，提高分辨率的关键参数是：A.探头频率B.探头尺寸C.超声功率D.扫描深度6.生物医学传感器中，用于测量血压的最常见类型是：A.压电式传感器B.压阻式传感器C.光电式传感器D.电容式传感器7.组织工程中，支架材料的主要功能不包括：A.提供细胞黏附位点B.调控细胞分化C.完全替代原有组织功能D.引导组织再生8.核磁共振成像（MRI）中，T1加权像主要反映组织的：A.质子密度差异B.纵向弛豫时间差异C.横向弛豫时间差异D.扩散系数差异9.生物医学信号处理中，去除基线漂移常用的方法是：A.低通滤波B.高通滤波C.带通滤波D.陷波滤波10.人工心脏瓣膜设计中，首要考虑的生物相容性指标是：A.细胞毒性B.血液相容性C.组织相容性D.降解速率11.光学相干断层扫描（OCT）的成像原理基于：A.光的反射与干涉B.光的吸收C.光的散射D.光的荧光12.骨组织的弹性模量约为：A.0.11GPaB.1030GPaC.100200GPaD.5001000GPa13.微流控芯片中，驱动液体流动的常用方法是：A.重力驱动B.电渗驱动C.磁驱动D.热驱动14.生物医学电子学中，前置放大器的主要作用是：A.提高输出功率B.抑制噪声并放大微弱信号C.实现阻抗匹配D.进行模数转换15.基因治疗载体中，腺相关病毒（AAV）的主要优点是：A.高免疫原性B.随机整合至宿主基因组C.低致病性且可靶向特定组织D.大容量装载基因二、多项选择题（共10题，每题3分，共30分。每题至少2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.生物材料的生物相容性包括：A.血液相容性B.组织相容性C.力学相容性D.降解产物毒性2.医学影像模态中，属于功能成像的有：A.超声成像（US）B.正电子发射断层扫描（PET）C.功能性磁共振成像（fMRI）D.X射线成像3.生物医学信号的特点包括：A.低幅值（μVmV级）B.宽频带（0.05Hz10kHz）C.强噪声干扰（如工频干扰）D.非平稳性4.人工关节置换术的材料选择需考虑：A.弹性模量与骨组织匹配B.耐磨损性能C.抗腐蚀性能D.表面粗糙度5.超声换能器的核心组成包括：A.压电材料B.匹配层C.背衬材料D.外壳6.生物力学中的粘弹性材料特性表现为：A.应力松弛B.蠕变C.胡克定律严格适用D.滞后现象7.微纳生物医学器件的应用包括：A.单分子检测B.细胞分选C.药物靶向递送D.骨缺损修复8.心电图（ECG）的特征波包括：A.P波（心房去极化）B.QRS波群（心室去极化）C.T波（心室复极化）D.U波（可能的浦肯野纤维复极化）9.组织工程三要素包括：A.种子细胞B.生物支架C.生长因子D.免疫抑制剂10.生物医学工程中，常用的信号降噪方法有：A.均值滤波B.小波变换C.主成分分析（PCA）D.傅里叶变换三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.应力的定义式为σ=______，单位为______。2.生物材料按来源可分为天然材料、______和复合生物材料。3.CT成像中，CT值的计算公式为CT=______×1000（HU）。4.超声成像的基本物理量是______和______（时间与反射回波强度）。5.心肌细胞动作电位的主要离子通道包括______通道和______通道。6.核磁共振的核心条件是______=γB₀（拉莫尔方程）。7.微流控芯片中，电渗流的流速与______和电场强度成正比。8.人工血管的主要材料是______（如聚四氟乙烯）。9.生物医学信号处理中，常用______算法提取QRS波群的特征。10.组织工程支架的孔隙率通常需大于______以保证细胞迁移和营养交换。四、简答题（共5题，共40分）（一）封闭型简答题（每题8分，共16分）1.简述压电效应在超声换能器中的应用原理。2.解释为何钛合金是骨科植入物的常用材料（从生物力学和生物相容性角度分析）。（二）开放型简答题（每题12分，共24分）3.比较光学相干断层扫描（OCT）与超声成像的优缺点，并举例说明其临床应用场景。4.设计一个用于糖尿病患者连续血糖监测的生物传感器，需考虑哪些关键因素（包括生物相容性、信号检测原理、抗干扰设计等）？五、应用题（共5题，共50分）（一）计算类（每题10分，共20分）1.一根长20cm、横截面积0.5cm²的骨小梁试样在拉伸试验中，当施加500N拉力时产生0.2mm的形变，求其应力和应变（假设弹性变形）。2.某ECG信号的采样频率为250Hz，频谱分析显示主要频率成分在0.540Hz之间。若采用数字低通滤波器去除高频噪声，试确定滤波器的截止频率（需说明依据），并计算10秒ECG信号的采样点数。（二）分析类（每题15分，共30分）3.某患者因颅骨缺损需植入钛合金修补片，结合生物力学原理分析：（1）修补片的厚度设计需考虑哪些因素？（2）如何避免“应力遮挡”效应？4.某医院拟采购一台MRI设备，需评估其性能参数。请列出5项关键技术指标，并说明每项指标对临床应用的影响。2025年生物医学工程入学考试答案一、单项选择题1.B2.B3.C4.B5.A6.B7.C8.B9.B10.B11.A12.B13.B14.B15.C二、多项选择题1.ABCD2.BC3.ABCD4.ABCD5.ABC6.ABD7.ABC8.ABCD9.ABC10.ABCD三、填空题1.F/A；Pa（帕斯卡）2.合成材料3.（μμ水）/μ水4.时间；振幅5.Na⁺（钠）；K⁺（钾）（或Ca²⁺，钙）6.ω（角频率）7.ζ电势（电动电势）8.高分子聚合物9.差分阈值（或PanTompkins）10.60%四、简答题（一）封闭型简答题1.压电效应指某些材料（如PZT陶瓷）在机械应力作用下产生电荷（正压电效应），或在电场作用下发生形变（逆压电效应）。超声换能器利用逆压电效应将电信号转换为机械振动（发射超声波），再利用正压电效应将组织反射的超声回波转换为电信号（接收），从而实现成像。2.钛合金作为骨科植入物的优势：（1）生物力学：弹性模量（约110GPa）接近骨组织（1030GPa），减少应力遮挡；强度高（抗拉强度>800MPa），满足承重需求；（2）生物相容性：表面易形成稳定的TiO₂氧化膜，抗腐蚀且无毒性离子释放，与骨组织结合良好（骨整合性佳）。（二）开放型简答题3.优缺点比较：OCT：优点为高分辨率（微米级），适用于浅表组织（如视网膜、皮肤）；缺点为穿透深度浅（<3mm），受组织光学特性影响大。临床应用：眼科（视网膜病变诊断）、皮肤科（皮肤癌早期检测）。超声成像：优点为穿透深度深（数厘米），实时性好，无辐射；缺点为分辨率较低（毫米级），受气体/骨组织干扰。临床应用：产科（胎儿监测）、腹部器官（肝/肾检查）。4.关键因素：（1）生物相容性：传感器材料需抗蛋白吸附（如聚乙二醇修饰），避免炎症反应；（2）检测原理：基于酶催化（葡萄糖氧化酶将葡萄糖转化为H₂O₂），通过电化学方法（安培法）检测H₂O₂浓度；（3）抗干扰：排除其他还原性物质（如尿酸、抗坏血酸）的干扰（采用选择性渗透膜）；（4）长期稳定性：酶的固定化技术（如溶胶凝胶法）维持活性；（5）微创性：经皮植入的微针设计减少组织损伤；（6）信号传输：低功耗无线传输模块（如蓝牙）实现连续监测。五、应用题（一）计算类1.应力σ=F/A=500N/(0.5×10⁻⁴m²)=1×10⁷Pa=10MPa；应变ε=ΔL/L₀=0.2mm/200mm=0.001（或0.1%）。2.截止频率应高于信号最高频率（40Hz），通常设为50Hz（略高于40Hz以保留完整信号）。采样点数=采样频率×时间=250Hz×10s=2500点。（二）分析类3.（1）厚度设计因素：颅骨承受的生理载荷（如头部运动、外部冲击）；钛合金的强度与弹性模量（需满足承载需求，同时避免过厚导致重量过大）；患者颅骨缺损面积（大面积缺损需更厚以保证刚度）。（2）应力遮挡避免：采用多孔钛合金（孔隙率50%70%）降低弹性模量，使其更接近骨组织；表面设计微结构（如羟基磷灰石涂层）促进骨长入，分散应力；形状匹配（与缺损区贴合）减少局部应力集中。4.关键技术指标及影响：（1）主磁场强度（1.5T/3.0T）：越高则信噪比（SNR）越高，图像分辨率