2025年生物医学工程专业综合能力测试试题及答案

2025年生物医学工程专业综合能力测试试题及答案一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分。每题只有1个正确选项）1.下列哪种生物材料属于生物活性陶瓷？A.高密度聚乙烯B.羟基磷灰石C.硅橡胶D.聚乳酸2.医用超声成像中，脉冲重复频率（PRF）与最大检测深度（d）的关系为（声速c=1540m/s）：A.PRF=c/(2d)B.PRF=2d/cC.PRF=c/dD.PRF=d/(2c)3.心电图（ECG）中QRS波群主要反映：A.心房除极B.心室除极C.心房复极D.心室复极4.生物力学中，各向同性材料的弹性模量（E）与剪切模量（G）、泊松比（ν）的关系为：A.G=E/(2(1+ν))B.G=E/(2(1ν))C.G=E(1+ν)/2D.G=E(1ν)/25.以下不属于CT成像伪影类型的是：A.金属伪影B.运动伪影C.部分容积效应D.康普顿散射伪影6.组织工程支架设计的关键性能不包括：A.孔隙率与孔径分布B.表面亲疏水性C.材料密度D.生物降解速率7.神经电刺激器的安全设计中，最大输出电流通常限制在：A.1mAB.10mAC.100mAD.1A8.生物医学信号处理中，去除ECG基线漂移的常用滤波器是：A.低通滤波器（截止频率0.5Hz）B.高通滤波器（截止频率0.5Hz）C.带通滤波器（0.5100Hz）D.陷波滤波器（50Hz）9.医用电子仪器的漏电流中，对患者危害最大的是：A.外壳漏电流B.患者漏电流C.对地漏电流D.机内漏电流10.以下哪种成像模态基于氢质子的核磁共振现象？A.X射线摄影B.超声成像C.正电子发射断层扫描（PET）D.磁共振成像（MRI）11.人工关节置换中，髋臼杯常用的金属材料是：A.纯钛B.钛合金（Ti6Al4V）C.316L不锈钢D.钴铬钼合金12.生物传感器的基本组成不包括：A.生物识别元件B.信号转换元件C.数据存储模块D.信号处理电路13.激光在医学中的应用中，CO₂激光主要用于：A.眼底光凝B.组织切割与汽化C.肿瘤光动力治疗D.血管内血栓消融14.医疗器械风险管理的核心标准是：A.ISO13485B.ISO14971C.IEC60601D.ASTMF200315.生物力学中，描述黏弹性材料的本构方程是：A.胡克定律B.牛顿黏性定律C.开尔文模型或麦克斯韦模型D.摩尔库伦准则二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每题有24个正确选项，少选得1分，错选不得分）16.以下属于生物可降解高分子材料的有：A.聚乙醇酸（PGA）B.聚乳酸（PLA）C.聚四氟乙烯（PTFE）D.聚己内酯（PCL）17.医学影像的对比度增强方法包括：A.X射线造影剂（如碘海醇）B.MRI对比剂（如钆喷酸葡胺）C.超声造影剂（微泡造影剂）D.PET示踪剂（如¹⁸FFDG）18.生物电信号（如ECG、EMG、EEG）的共同特征包括：A.低幅度（μVmV级）B.高频率（>1000Hz）C.易受工频干扰（50/60Hz）D.基线漂移（低频噪声）19.人工心脏瓣膜的类型包括：A.机械瓣（如双叶瓣）B.生物瓣（猪主动脉瓣）C.组织工程瓣（脱细胞基质瓣）D.聚合物瓣（聚氨酯瓣）20.医疗器械生物学评价需考虑的终点指标包括：A.细胞毒性B.致敏性C.遗传毒性D.血液相容性三、填空题（共10空，每空1分，共10分）21.医用电子仪器的安全分类中，“B型”设备表示仅适用于______接触患者，“BF型”表示适用于______接触患者。22.超声成像的分辨率包括______分辨率（沿声束传播方向）和______分辨率（垂直声束方向）。23.组织工程的三要素是______、______和______。24.生物力学中，应力的单位是______，应变是______量（填“无量纲”或“有量纲”）。25.MRI成像中，T1加权像主要反映组织的______差异，T2加权像主要反映组织的______差异。四、简答题（共4题，共25分）26.（6分）简述生物材料表面改性的目的及常用方法（至少列举3种方法）。27.（7分）比较X射线CT与MRI在成像原理、优势及临床应用上的主要区别。28.（6分）生物医学信号采集时，为什么需要使用差分放大器？请结合共模干扰和差模信号的概念说明。29.（6分）简述医疗器械设计开发过程中“风险管理”的主要步骤（依据ISO14971）。五、计算题（共2题，共15分）30.（7分）某骨组织试样进行单轴拉伸实验，初始长度L₀=50mm，横截面积A₀=20mm²。当施加拉力F=400N时，试样长度变为L=50.2mm（在弹性范围内）。计算：（1）应力σ；（2）应变ε；（3）弹性模量E（假设为线弹性材料）。31.（8分）某ECG信号的有效频率范围为0.5100Hz，噪声主要为50Hz工频干扰（幅度为信号的2倍）和高频噪声（>200Hz，幅度为信号的0.5倍）。设计一个信号调理电路：（1）需包含哪几种滤波器？（2）计算各滤波器的截止频率；（3）若信号幅度为1mV，经放大后输出幅度需达到5V，求放大器的增益（以dB表示）。六、综合分析题（共1题，15分）32.某公司研发一款植入式心脏起搏器，需进行生物学评价和安全性测试。请结合ISO10993和IEC60601标准，分析以下问题：（1）生物学评价需重点关注哪些终点指标（至少5项）？（2）电气安全测试需包括哪些项目（至少5项）？（3）若动物实验中发现该起搏器外壳材料导致局部组织炎症反应，可能的原因是什么？应如何改进？答案及解析一、单项选择题1.B（羟基磷灰石是典型的生物活性陶瓷，能与骨组织形成化学键合）2.A（PRF=1/T，而脉冲往返时间T=2d/c，故PRF=c/(2d)）3.B（QRS波反映心室除极，P波为心房除极，T波为心室复极）4.A（各向同性材料的弹性模量E=2G(1+ν)，故G=E/(2(1+ν))）5.D（康普顿散射是X射线与物质作用的方式，不是CT伪影类型）6.C（支架关键性能包括孔隙率、表面性质、降解速率，密度非核心指标）7.B（神经刺激器安全电流通常限制在10mA以下，避免组织损伤）8.B（基线漂移为低频噪声，需用高通滤波器（0.5Hz）去除）9.B（患者漏电流直接通过人体，危害最大）10.D（MRI基于氢质子核磁共振，PET基于正电子湮灭）11.D（钴铬钼合金因高耐磨性用于髋臼杯，钛合金多用于股骨柄）12.C（生物传感器核心是识别元件和转换元件，存储模块非必需）13.B（CO₂激光波长10.6μm，易被水吸收，用于组织切割汽化）14.B（ISO14971是医疗器械风险管理专用标准）15.C（黏弹性材料需用开尔文（弹簧阻尼并联）或麦克斯韦（串联）模型描述）二、多项选择题16.ABD（PTFE不可降解，其余为可降解高分子）17.ABCD（四类影像技术均有对应的对比度增强方法）18.ACD（生物电信号幅度低、频率多在0.11000Hz，易受工频和基线漂移干扰）19.ABC（人工瓣膜主要为机械瓣、生物瓣和组织工程瓣，聚合物瓣尚未广泛应用）20.ABCD（ISO10993规定需评价细胞毒性、致敏性、遗传毒性、血液相容性等）三、填空题21.体表；体腔或心脏（B型为体表接触，BF型为体腔/心脏等关键部位接触）22.轴向（纵向）；侧向（横向）（轴向分辨率由脉冲长度决定，侧向由声束宽度决定）23.种子细胞；生物材料（支架）；生长因子（或调控因子）（组织工程三要素）24.帕斯卡（Pa）；无量纲（应变=ΔL/L₀，无单位）25.T1弛豫时间；T2弛豫时间（T1加权突出T1差异，T2加权突出T2差异）四、简答题26.目的：改善生物相容性（如减少炎症反应）、调控细胞黏附/增殖、提高表面活性（如促进骨整合）、增强抗腐蚀/磨损性能。常用方法：①等离子体处理（改变表面亲疏水性）；②化学接枝（固定生物活性分子如RGD肽）；③涂层技术（如羟基磷灰石涂层）；④表面微纳结构加工（如激光刻蚀）。27.成像原理：CT基于X射线衰减系数差异，通过断层扫描重建图像；MRI基于氢质子在静磁场中的核磁共振信号，通过梯度场编码空间位置。优势：CT成像速度快，对骨组织显示清晰；MRI无辐射，软组织对比度高，可多参数成像（T1、T2、弥散等）。临床应用：CT常用于骨折、脑出血、肺结节诊断；MRI用于脑肿瘤、脊髓病变、关节软组织损伤评估。28.差分放大器可抑制共模干扰，放大差模信号。生物电信号（如ECG）为差模信号（两极间电位差），而环境中的工频干扰（50Hz）、电极接触噪声等为共模信号（两极同时引入相同噪声）。差分放大器对共模信号的抑制能力用共模抑制比（CMRR）表示，高CMRR可显著提高信噪比，避免干扰淹没有效信号。29.风险管理步骤（ISO14971）：①风险识别（确定医疗器械生命周期各阶段的危害，如电气危害、生物危害）；②风险分析（评估危害发生的概率和严重程度，计算风险等级）；③风险评价（与可接受风险标准比较，判断是否需要控制）；④风险控制（采取措施降低风险，如设计改进、防护装置）；⑤风险控制措施的验证（确认控制措施有效）；⑥风险评审（持续跟踪，更新风险管理文档）。五、计算题30.（1）应力σ=F/A₀=400N/(20×10⁻⁶m²)=20×10⁶Pa=20MPa（2）应变ε=(LL₀)/L₀=(50.250)/50=0.004（或0.4%）（3）弹性模量E=σ/ε=20×10⁶Pa/0.004=5×10⁹Pa=5GPa31.（1）需包含高通滤波器（去除基线漂移）、低通滤波器（去除高频噪声）、陷波滤波器（抑制50Hz工频干扰）。（2）高通滤波器截止频率f_H=0.5Hz（保留0.5Hz以上信号）；低通滤波器截止频率f_L=100Hz（保留100Hz以下信号）；陷波滤波器中心频率f_N=50Hz（带宽通常±5Hz）。（3）增益G=输出幅度/输入幅度=5V/1mV=5000；以dB表示：G_dB=20lg(5000)≈20×3.69897≈73.98dB（约74dB）六、综合分析题32.（1）生物学评价重点指标（ISO10993）：①细胞毒性（MTT试验）；②致敏性（Buehler试验）；③刺激性（皮内反应试验）；④遗传毒性（Ames试验）；⑤植入后局部反应（组织病理学分析）；⑥血液相容性（溶血试验、血小板黏附试验）。（2）电气安全测试（IEC60601）：①漏电流测试（患者漏电流、外壳漏电流）；②电介质强度测试（高压耐受）；③接地电阻测试（保护接地有效性）；④电池安全测试（过充/过放保护）；