2025年生物医学工程技术应用试卷及答案

2025年生物医学工程技术应用试卷及答案2025年生物医学工程技术应用试卷一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.以下哪种生物材料属于“生物活性陶瓷”？A.钛合金B.羟基磷灰石C.聚乳酸（PLA）D.硅橡胶2.超声成像中，“轴向分辨率”主要取决于：A.探头频率B.探头阵元数量C.发射功率D.扫描线密度3.酶生物传感器的核心功能元件是：A.离子选择性电极B.酶膜C.参比电极D.信号放大器4.心脏起搏器的“VVI模式”中，第二个“V”代表：A.心室感知B.心房感知C.心室起搏D.心房起搏5.骨组织工程支架的孔隙率通常需达到多少才能支持细胞迁移与血管长入？A.30%40%B.50%60%C.70%80%D.90%以上6.以下哪种医学影像技术基于“电子计算机断层扫描”原理？A.X射线平片B.正电子发射断层扫描（PET）C.计算机断层扫描（CT）D.磁共振成像（MRI）7.可穿戴式动态心电图（Holter）的核心技术不包括：A.低功耗电路设计B.运动伪影抑制算法C.高场强磁体D.长时程信号存储8.人工耳蜗的工作流程正确顺序是：①电极阵列刺激听神经②麦克风采集声音③言语处理器编码信号④发射线圈传输信号至植入体A.②→③→④→①B.③→②→④→①C.②→④→③→①D.③→④→②→①9.组织工程中“种子细胞”的主要来源是：A.原核细胞B.干细胞（如间充质干细胞）C.病毒D.真菌10.医用电子直线加速器的主要用途是：A.超声碎石B.肿瘤放射治疗C.心脏电生理检查D.神经刺激二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每题至少2个正确选项，少选、错选均不得分）11.以下属于“可降解生物材料”的有：A.聚己内酯（PCL）B.钛镍形状记忆合金C.胶原蛋白D.聚乙醇酸（PGA）12.CT与MRI的主要区别包括：A.CT基于X射线衰减，MRI基于氢质子共振B.CT对骨组织成像更清晰，MRI对软组织更优C.CT存在电离辐射，MRI无辐射D.CT扫描时间更短，MRI通常更长13.康复工程中常用的辅助技术包括：A.智能假肢（如肌电控制假肢）B.经颅磁刺激（TMS）治疗设备C.步态分析系统D.血液透析机14.生物传感器的性能评价指标包括：A.灵敏度B.选择性（特异性）C.响应时间D.分子量15.3D生物打印技术的关键要素有：A.生物墨水（含细胞或生物材料）B.高精度打印头C.无菌打印环境D.激光烧结工艺三、填空题（共5题，每空2分，共10分）16.医用钛合金（如Ti6Al4V）的主要优势是________和________（需填两个核心特性）。17.光学相干断层扫描（OCT）的成像原理基于________，其分辨率可达________（需填数值及单位）。18.人工心脏瓣膜分为________和________两类，前者的主要材料是牛心包或猪主动脉瓣。19.生物力学中，“应力”的定义是________，单位为________。20.血糖仪（电化学法）通过检测血液中葡萄糖与________反应产生的________（填物质）来换算血糖浓度。四、简答题（共5题，2123题为封闭型，2425题为开放型，共30分）21.简述“生物相容性”的定义及其两个主要评价维度（6分）。22.对比说明“X射线摄影”与“数字减影血管造影（DSA）”的技术差异及临床应用场景（6分）。23.列举3种常见的医用传感器类型，并分别说明其检测对象（6分）。24.随着老龄化加剧，家庭医疗设备需求激增。请分析“家用便携式呼吸机”在设计时需重点考虑的技术挑战（8分）。25.某患者因脊髓损伤导致下肢瘫痪，需设计一款“外骨骼康复机器人”。请从生物力学适配性、人机交互、动力系统三方面提出设计要点（8分）。五、应用题（共5题，2628为计算/分析类，2930为综合类，共25分）26.某骨组织工程支架为立方体结构，边长10mm，质量0.2g，材料密度为2.5g/cm³。计算该支架的孔隙率（需写出公式与步骤，5分）。27.某心电信号的噪声主要为50Hz工频干扰，幅值为0.5mV；有效信号幅值为1.2mV，频率范围0.05100Hz。请设计滤波方案（需说明滤波器类型、截止频率及设计依据，5分）。28.某酶传感器检测葡萄糖时，电流信号与葡萄糖浓度的关系为I（μA）=0.8C（mmol/L）+0.1。若测得电流为2.5μA，计算葡萄糖浓度（需写出公式与结果，5分）。29.某医院拟采购一台MRI设备，需评估其成像质量。请从“空间分辨率”“对比度分辨率”“信噪比（SNR）”三个指标出发，说明各指标的定义、影响因素及临床意义（6分）。30.设计一款“可穿戴式跌倒检测设备”，需包含传感器选择、数据处理算法、预警机制三部分。请详细说明各部分的技术方案（6分）。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，可与骨组织形成化学键合；钛合金为金属材料，PLA为可降解高分子，硅橡胶为惰性高分子）2.A（轴向分辨率=λ/2=v/(2f)，其中v为声速，f为探头频率，故频率越高，轴向分辨率越好）3.B（酶膜固定特异性酶，催化目标物反应生成可检测物质，是传感器的核心）4.A（VVI模式：第一个V代表心室起搏，第二个V代表心室感知，I代表抑制型起搏）5.C（骨组织工程支架需70%80%孔隙率以支持细胞迁移和血管化；孔隙率过低阻碍物质交换）6.C（CT通过X射线断层扫描+计算机重建成像；PET基于放射性示踪剂，MRI基于氢质子共振）7.C（Holter为低功耗设备，无需高场强磁体；高场强磁体是MRI的核心）8.A（流程：麦克风采集声音→言语处理器编码→发射线圈传输至植入体→电极刺激听神经）9.B（种子细胞多为干细胞，如间充质干细胞，具有分化潜能；原核细胞、病毒、真菌无此功能）10.B（医用直线加速器通过高能X射线或电子束进行肿瘤放疗；超声碎石用体外冲击波）二、多项选择题11.ACD（PCL、PGA为可降解高分子，胶原蛋白为天然可降解材料；钛镍合金为不可降解金属）12.ABCD（CT基于X射线衰减，对骨组织敏感，有辐射，扫描快；MRI基于氢质子共振，软组织分辨优，无辐射，扫描慢）13.ABC（智能假肢、步态分析系统、TMS均属康复工程；血液透析机为治疗设备，属体外循环）14.ABC（灵敏度、选择性、响应时间是传感器核心指标；分子量与性能无关）15.ABC（生物墨水、打印头、无菌环境是3D生物打印关键；激光烧结是金属3D打印技术）三、填空题16.生物相容性好；强度高（或耐腐蚀性强）17.低相干光干涉；110μm（或微米级）18.机械瓣；生物瓣（或组织瓣）19.单位面积上的内力；Pa（帕斯卡）或N/m²20.葡萄糖氧化酶；电流（或电子）四、简答题21.定义：生物材料在特定应用中与宿主相互作用，不引起有害反应的能力。评价维度：①组织相容性（材料与周围组织的反应，如炎症、纤维化程度）；②血液相容性（材料与血液接触时的抗凝血能力，如血小板黏附、血栓形成）。22.技术差异：X射线摄影为二维投影成像，基于不同组织对X射线的衰减差异；DSA通过注射造影剂后采集蒙片与充盈片，经数字减影消除骨骼/软组织背景，突出血管。临床应用：X射线用于骨损伤、肺部病变筛查；DSA用于血管狭窄、动脉瘤等介入手术中的实时血管显影。23.①压力传感器：检测血压、颅内压等生理压力；②温度传感器：监测体温、手术器械温度；③光电传感器：检测血氧饱和度（通过红光/红外光透射比）。24.技术挑战：①小型化与低功耗（需电池驱动，需优化电路设计与节能算法）；②呼吸模式自适应（需实时检测患者呼吸频率、潮气量，动态调整送气压力）；③安全性（防止漏气、压力过载导致肺损伤）；④噪声控制（家用环境需低噪音运行）；⑤数据传输（与手机/云端连接，支持远程监控）。25.设计要点：①生物力学适配性：根据患者下肢尺寸定制外骨骼结构，关节活动范围与人体解剖学匹配，减少运动时的额外负荷；②人机交互：通过肌电传感器（EMG）或力传感器（FSR）实时检测患者运动意图，控制外骨骼动作同步性；③动力系统：采用轻量高扭矩电机（如无刷电机）或液压驱动，结合电池/超级电容供电，确保续航（≥4小时）与响应速度（延迟<50ms）。五、应用题26.孔隙率计算：支架总体积V总=10mm×10mm×10mm=1000mm³=1cm³材料实体体积V实=质量/密度=0.2g/2.5g/cm³=0.08cm³孔隙体积V孔=V总V实=10.08=0.92cm³孔隙率=V孔/V总×100%=0.92/1×100%=92%27.滤波方案：①低通滤波器：截止频率设为100Hz（有效信号最高频率为100Hz，滤除高频噪声）；②高通滤波器：截止频率设为0.05Hz（滤除直流漂移及极低频干扰）；③陷波滤波器：中心频率50Hz，带宽23Hz（针对性滤除工频干扰）。设计依据：有效信号频率范围0.05100Hz，需保留该频段；50Hz干扰幅值大，需陷波消除。28.葡萄糖浓度计算：由I=0.8C+0.1，代入I=2.5μA，2.5=0.8C+0.1→0.8C=2.4→C=3mmol/L29.成像质量评估：①空间分辨率：定义为区分两个相邻物体的最小距离（单位：mm）；影响因素：磁场强度、梯度场强度、像素大小；临床意义：高空间分辨率可清晰显示微小病灶（如脑肿瘤边界）。②对比度分辨率：定义为区分不同组织信号强度差异的能力（常用信噪比衡量）；影响因素：组织T1/T2弛豫时间、扫描序列（如T1加权/T2加权）；临床意义：高对比度分辨率有助于鉴别肿瘤与正常组织。③信噪比（SNR）：定义为信号均值与噪声标准差的比值；影响因素：磁场强度、扫描时间、体素大小；临床意义：SNR越高，图像噪声越少，诊断准确性越高（如弥散加权成像需高S