2025年生物医学工程(生物医学工程技术与应用)试卷及答案

2025年生物医学工程(生物医学工程技术与应用)试卷及答案2025年生物医学工程（生物医学工程技术与应用）考试试卷一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.下列属于生物活性材料的是（）。A.钛合金B.聚乳酸（PLA）C.羟基磷灰石（HA）D.硅橡胶2.MRI成像的主要信号来源是（）。A.碳13原子核B.氢1原子核C.氧17原子核D.钠23原子核3.生物力学中“应力”的定义是（）。A.单位面积承受的力B.单位体积承受的力C.形变量与原长度的比值D.力与形变量的比值4.超声成像中，用于区分不同组织的主要参数是（）。A.声速B.声阻抗差异C.声波频率D.声波衰减系数5.心脏起搏器的核心功能是（）。A.监测心率B.纠正心律失常C.增强心肌收缩力D.改善心肌供血6.组织工程支架材料的关键特性不包括（）。A.生物降解性B.高弹性模量C.三维多孔结构D.表面生物活性7.生物信号（如ECG）预处理中，用于去除基线漂移的常用方法是（）。A.低通滤波B.高通滤波C.带通滤波D.陷波滤波8.CT图像重建的核心算法是（）。A.傅里叶变换B.滤过反投影（FBP）C.主成分分析（PCA）D.小波变换9.可穿戴式生物传感器的关键挑战不包括（）。A.长期稳定性B.信号抗干扰性C.高能量消耗D.生物相容性10.骨组织工程中，种子细胞通常选择（）。A.红细胞B.成骨细胞C.神经细胞D.肝细胞11.生物材料的“血液相容性”主要指（）。A.与血液成分（如血小板、血浆蛋白）的相互作用B.材料在血液中的降解速率C.材料对血液流速的影响D.材料与血细胞的尺寸匹配性12.光学相干断层扫描（OCT）的成像原理类似于（）。A.超声成像B.X射线成像C.MRI成像D.荧光成像13.生物力学中，“应变”的量纲是（）。A.N/m²B.无量纲C.N·mD.m/s²14.电生理信号（如EEG）的典型频率范围是（）。A.0.1100HzB.1kHz10MHzC.100MHz1GHzD.1GHz以上15.人工关节置换中，髋臼杯常用的材料组合是（）。A.不锈钢聚乙烯B.钛合金陶瓷C.钴铬钼合金超高分子量聚乙烯（UHMWPE）D.硅橡胶玻璃二、多项选择题（共10题，每题3分，共30分）1.影响生物材料生物相容性的因素包括（）。A.材料表面化学性质B.材料力学性能C.材料降解产物的毒性D.材料颜色2.医学超声成像的常见模式包括（）。A.A型（振幅调制）B.B型（亮度调制）C.M型（运动模式）D.D型（多普勒模式）3.生物力学中，描述材料力学行为的常用参数有（）。A.弹性模量B.泊松比C.断裂韧性D.密度4.组织工程的三要素包括（）。A.种子细胞B.生物支架C.生长因子D.生物反应器5.生物信号处理的主要步骤包括（）。A.信号采集B.噪声抑制（滤波）C.特征提取（如R波检测）D.临床决策6.可降解生物材料的降解机制包括（）。A.水解B.酶解C.氧化D.光解7.MRI成像的优势包括（）。A.无电离辐射B.软组织分辨力高C.对骨组织显示清晰D.可多参数成像8.人工心脏瓣膜的分类包括（）。A.机械瓣B.生物瓣（组织工程瓣）C.电子瓣D.磁悬浮瓣9.生物医学传感器的性能指标包括（）。A.灵敏度B.线性度C.重复性D.尺寸10.骨愈合过程中，内固定器械需满足的力学要求有（）。A.初始强度足够支撑载荷B.随骨愈合逐渐降低刚度（应力遮挡效应控制）C.完全刚性以避免微动D.与骨组织弹性模量匹配三、填空题（共10空，每空1分，共10分）1.CT图像的对比度主要由不同组织的________差异决定。2.生物材料表面的________修饰（如接枝RGD肽）可增强细胞黏附。3.超声换能器的核心材料是________（如PZT压电陶瓷）。4.心脏起搏器的起搏频率通常设置为________次/分钟（范围）。5.生物力学中，胡克定律描述的是________材料的应力应变关系。6.光学相干断层扫描（OCT）的分辨率可达________量级（填长度单位）。7.生物信号（如ECG）的基线漂移主要由________（如呼吸运动）引起。8.人工血管的关键要求是________（防止血栓形成）和足够的力学强度。9.组织工程支架的孔隙率通常需大于________（百分比）以支持细胞迁移和营养交换。10.磁刺激（TMS）的原理是利用________感应在脑组织中产生电场。四、简答题（共5题，每题8分，共40分）1.（封闭型）简述超声成像中“多普勒效应”的应用原理，并举例说明其临床用途。2.（开放型）比较X射线成像与MRI在临床应用中的优缺点（至少列出3点差异）。3.（封闭型）解释“应力遮挡效应”及其对骨折内固定器械设计的影响。4.（开放型）列举3种生物医学工程领域常用的生物材料，并说明其典型应用场景。5.（封闭型）简述生物电信号（如EEG）采集时的主要干扰源及抑制方法。五、计算题（共2题，每题10分，共20分）1.某骨板材料受轴向拉力F=800N，截面积A=15mm²（1mm²=1×10⁻⁶m²）。计算其承受的应力σ（单位：MPa）。2.已知某超声探头频率f₀=3MHz，血流速度v=0.25m/s，声速c=1540m/s，入射角θ=0°（超声束与血流方向平行）。计算多普勒频移Δf（公式：Δf=2f₀vcosθ/c）。六、综合应用题（共2题，每题15分，共30分）1.设计一款可降解骨折内固定螺钉，需考虑哪些关键因素？请结合材料学与生物力学原理详细说明。2.某患者因胸痛就诊，心电图（ECG）显示ST段抬高。结合生物医学工程技术，分析可能的检测手段、信号处理流程及临床意义。参考答案一、单项选择题1.C2.B3.A4.B5.B6.B7.B8.B9.D10.B11.A12.A13.B14.A15.C二、多项选择题1.ABC2.ABCD3.ABC4.ABC5.ABC6.AB7.ABD8.AB9.ABCD10.ABD三、填空题1.衰减系数（或X射线吸收系数）2.生物活性（或功能化）3.压电材料4.601005.线弹性6.微米（μm）7.电极移动（或身体运动）8.血液相容性9.60%10.电磁四、简答题1.原理：当超声波遇到运动的血流（散射体）时，反射波频率会发生变化（Δf），频移大小与血流速度v成正比（Δf=2f₀vcosθ/c）。临床用途：通过检测Δf可计算血流速度，用于诊断血管狭窄（如颈动脉）、心脏瓣膜反流等。2.差异：①辐射风险：X射线有电离辐射，MRI无；②软组织分辨力：MRI高，X射线低；③成像参数：X射线反映密度差异，MRI反映质子弛豫差异；④成像时间：X射线快（秒级），MRI慢（分钟级）；⑤禁忌症：MRI禁金属植入物，X射线无此限制。3.应力遮挡效应：内固定器械（如钢板）因刚度远高于骨组织，承担大部分载荷，导致骨组织受力减少，可能引发骨吸收或愈合延迟。设计影响：需选择与骨弹性模量接近的材料（如镁合金、可降解聚合物），或采用多孔结构降低刚度，减少应力遮挡。4.示例：①钛合金（TC4）：人工关节（髋关节），因强度高、耐蚀性好；②聚乳酸（PLA）：可吸收缝合线，降解产物为乳酸（体内可代谢）；③羟基磷灰石（HA）：骨填充材料，与骨组织化学组成相似，促进骨结合。5.干扰源：①工频干扰（50Hz/60Hz）：来自电源线；②肌电干扰（EMG，20500Hz）：肌肉收缩；③基线漂移（<0.5Hz）：呼吸或电极移动。抑制方法：①屏蔽电极与导线；②陷波滤波（50Hz）；③高通滤波（去除基线漂移）；④肌电干扰可通过信号平均或小波变换抑制。五、计算题1.应力σ=F/A=800N/(15×10⁻⁶m²)=53.33×10⁶Pa=53.33MPa（保留两位小数）。2.Δf=2×3×10⁶Hz×0.25m/s×cos0°/1540m/s≈(1.5×10⁶)/1540≈974Hz（保留整数）。六、综合应用题1.关键因素：①材料选择：需可降解（如PLGA/HA复合材料），降解产物无毒（乳酸/羟基乙酸）；②力学性能：初始强度需匹配松质骨（约515MPa），降解速率与骨愈合周期（812周）同步，避免过早失效；③表面修饰：接枝RGD肽或生长因子（如BMP2），促进成骨细胞黏附与分化；④结构设计：螺纹深度与间距需优化，减少应力集中（避免螺钉松动）；⑤生物相容性：需通过细胞毒性试验（如MTT法）和动物实验验证无炎症反应。2.检测手段：①12导联ECG仪（银/氯化银电极采集信号，放大器增益10005000倍）；②动态心电图（Holter）：持续记录