2025年生物医学工程师考试试题及答案

2025年生物医学工程师考试试题及答案一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.下列关于生物力学中“应力”的定义，正确的是（）。A.单位体积内的内力B.单位面积上的内力C.单位长度上的变形量D.材料抵抗变形的能力2.医用钛合金作为骨科植入材料的主要优势是（）。A.密度大，支撑力强B.与骨组织的弹性模量匹配度高C.易加工成复杂形状D.成本低廉3.X射线计算机断层扫描（CT）成像的核心物理基础是（）。A.X射线的折射效应B.X射线的康普顿散射C.X射线的衰减系数差异D.X射线的荧光效应4.心电图（ECG）信号中，QRS波群主要反映（）。A.心房去极化B.心室去极化C.心室复极化D.心房复极化5.组织工程的“三要素”不包括（）。A.种子细胞B.生物支架材料C.生长因子D.免疫抑制剂6.下列生物医学信号中，属于非电生理信号的是（）。A.肌电信号（EMG）B.脑电信号（EEG）C.血压信号D.神经动作电位7.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.血流速度差异8.血糖仪的核心生物传感器通常基于（）。A.酶反应原理B.免疫反应原理C.光散射原理D.热释电原理9.人工心脏瓣膜设计中，最关键的性能指标是（）。A.表面光滑度B.抗血栓形成能力C.耐腐蚀性D.重量10.生物医学工程中，“生物相容性”的核心评价指标是（）。A.材料的机械强度B.材料与宿主组织的相互作用C.材料的降解速率D.材料的导电性二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分，错选、漏选均不得分）1.影响生物材料生物相容性的主要因素包括（）。A.材料的化学组成B.材料的表面拓扑结构C.宿主的免疫状态D.材料的加工工艺2.下列属于医学影像设备质量控制参数的有（）。A.CT的空间分辨率B.MRI的信噪比（SNR）C.超声的穿透深度D.X射线机的管电流稳定性3.生物信号预处理的常用方法包括（）。A.滤波（如低通、高通滤波）B.基线漂移校正C.特征提取（如R波检测）D.归一化处理4.人工关节置换术对材料的要求包括（）。A.高耐磨性B.与骨组织的弹性模量接近C.良好的耐腐蚀性D.可降解性5.医疗设备电气安全标准（如IEC60601）的核心要求包括（）。A.防电击保护（如漏电流限制）B.机械强度测试C.电磁兼容性（EMC）D.软件功能安全性三、填空题（共5题，每空2分，共10分）1.生物力学中，胡克定律适用的前提是材料处于__________变形阶段。2.医用高分子材料的降解方式主要分为水解降解和__________降解。3.超声成像中，脉冲回波法的基本原理是利用超声波的__________特性。4.生物医学信号处理中，常用的时频分析方法是__________（写出一种）。5.植入式医疗设备的供能方式除电池外，还可通过__________技术实现无线供能。四、简答题（共5题，共30分）1.（封闭型，6分）简述骨组织的力学特性与金属材料的主要差异。2.（封闭型，6分）说明MRI成像中“梯度磁场”的作用。3.（开放型，6分）对比分析光学相干断层扫描（OCT）与超声成像的优缺点。4.（封闭型，6分）列举生物传感器的基本组成部分，并说明各部分的功能。5.（开放型，6分）从生物医学工程角度，分析糖尿病患者连续血糖监测（CGM）系统的设计难点。五、应用题（共3题，共25分）1.（计算类，8分）某患者股骨中段受轴向压力F=3000N，股骨横截面积A=5cm²，若股骨的弹性模量E=17GPa，计算此时股骨的应力σ和应变ε（需写出公式及计算过程）。2.（分析类，8分）某医院的心电图机出现基线漂移干扰，导致QRS波群识别失败。请结合生物电信号采集原理，分析可能的干扰来源及解决措施。3.（综合类，9分）设计一款用于术后康复的智能膝关节支具，需考虑生物力学、传感器技术及人机交互功能。请列出关键设计参数，并说明各参数的工程意义。参考答案及解析一、单项选择题1.B（应力定义为单位面积上的内力，公式σ=F/A）2.B（钛合金的弹性模量约110GPa，接近骨组织的1030GPa，减少应力遮挡）3.C（CT通过不同组织对X射线的衰减系数差异重建断层图像）4.B（QRS波群对应心室去极化，P波为心房去极化，T波为心室复极化）5.D（组织工程三要素为种子细胞、支架材料、生长因子）6.C（血压为压力信号，属非电生理信号；其余为电生理信号）7.B（T1加权像突出纵向弛豫时间T1差异，T2加权像突出横向弛豫时间T2差异）8.A（血糖仪多基于葡萄糖氧化酶催化葡萄糖反应，产生电信号）9.B（人工瓣膜需避免血栓形成，否则可能导致栓塞）10.B（生物相容性指材料与宿主组织的相互作用，包括组织反应、血液相容性等）二、多项选择题1.ABC（材料的化学组成、表面结构直接影响生物反应；宿主免疫状态决定排斥程度）2.ABCD（空间分辨率、SNR、穿透深度、设备稳定性均为影像质量关键参数）3.ABD（特征提取属信号分析阶段，预处理包括滤波、基线校正、归一化）4.ABC（人工关节需长期使用，无需降解；弹性模量匹配可减少骨吸收）5.ACD（电气安全标准关注防电击、EMC及软件安全，机械强度属机械安全标准）三、填空题1.弹性（胡克定律仅适用于弹性变形阶段，超过屈服点后不适用）2.酶（高分子材料降解分水解和酶解，如聚乳酸主要水解，胶原蛋白酶解）3.反射（超声遇界面反射，通过时间差计算深度）4.小波变换（或短时傅里叶变换，均为时频分析常用方法）5.电磁感应（或无线能量传输，如心脏起搏器的经皮感应充电）四、简答题1.骨组织与金属材料的力学差异：各向异性：骨组织（如密质骨）在不同方向上力学性能不同，金属多为各向同性；粘弹性：骨组织具有时间依赖性（如蠕变、应力松弛），金属在弹性阶段接近线弹性；强度与韧性：骨的抗拉强度（约100MPa）低于钢（约200MPa），但韧性更高（断裂能约110kJ/m²vs钢的100kJ/m²以上）；自愈性：骨可通过重建修复微损伤，金属需外部干预。2.MRI梯度磁场的作用：空间定位：通过梯度场（Gx、Gy、Gz）对质子自旋频率进行空间编码，实现层面选择（SliceSelection）、频率编码（FrequencyEncoding）和相位编码（PhaseEncoding）；信号编码：梯度场切换可产生回波（如梯度回波），用于生成MR信号；流动补偿：通过梯度场设计减少血流等运动伪影。3.OCT与超声成像对比：优点：OCT：分辨率高（微米级，优于超声的毫米级），适用于表层组织（如视网膜、皮肤）；无需耦合剂，实时成像；超声：穿透深度大（数厘米至数十厘米），适用于深部组织（如腹部、心脏）；无电离辐射，成本低。缺点：OCT：穿透深度浅（约12mm），受组织散射限制；设备成本较高；超声：分辨率较低，受气体、骨组织干扰大（如肺、颅骨）；图像伪影多（如声影、混响）。4.生物传感器组成及功能：生物识别元件（如酶、抗体、细胞）：特异性识别目标analyte（如葡萄糖、抗原）；信号转换器（如电化学电极、光学检测器）：将生物反应转化为电/光等可检测信号；信号处理系统（如放大器、模数转换器）：放大、处理信号，输出量化结果；传输模块（如蓝牙、有线接口）：将数据传输至显示终端（如手机、监护仪）。5.CGM系统设计难点：生物相容性：植入式传感器需长期与组织接触，避免炎症反应或纤维化包裹（影响信号）；检测精度：组织间液葡萄糖与血糖存在时间延迟（约515分钟），需动态校正；抗干扰性：传感器易受乳酸、药物等物质干扰，需提高选择性；供能与体积：植入式设备需微型化（如针型传感器），同时保证电池寿命（≥14天）；校准需求：初始校准需指尖血测量，用户依从性差；长期使用后信号漂移需自动校正算法。五、应用题1.应力与应变计算：公式：σ=F/A，ε=σ/E已知F=3000N，A=5cm²=5×10⁻⁴m²，E=17GPa=17×10⁹Pa应力σ=3000N/(5×10⁻⁴m²)=6×10⁶Pa=6MPa应变ε=6×10⁶Pa/(17×10⁹Pa)≈3.53×10⁻⁴（或0.0353%）2.心电图基线漂移干扰分析：可能来源：电极接触不良：皮肤准备不足（如未清洁、油脂残留）导致接触阻抗过高；肌电干扰：患者肌肉紧张（如颤抖）产生低频肌电信号；电源干扰：50Hz工频电场耦合（如设备接地不良）；呼吸运动：胸廓起伏导致电极位移，产生低频漂移。解决措施：皮肤处理：清洁、摩擦皮肤至微红，降低接触阻抗；电极固定：使用粘性电极或绑带加固，减少位移；滤波设计：在信号采集前端加入高通滤波器（如截止频率0.05Hz），抑制低频漂移；设备接地：确保心电图机良好接地，减少工频干扰；患者安抚：指导患者放松，减少肌肉活动。3.智能膝关节支具设计参数及意义：力学参数：关节活动范围（ROM）限制：根据康复阶段设定屈伸角度阈值（如术后早期限制在0°90°），防止过度活动导致损伤；支撑刚度：可调式弹簧/气泵结构，适应不同体重患者的负载需求，减少关节承重；传感器参数：角度传感器（如陀螺仪、编码器）：实时监测膝关节屈伸角度，反馈活动范围；