2025年生物医学工程技术应用模拟考试试卷及答案解析

2025年生物医学工程技术应用模拟考试试卷及答案解析2025年生物医学工程技术应用模拟考试试卷一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.以下生物材料中，属于天然生物材料的是（）A.聚乳酸（PLA）B.胶原C.钛合金D.聚二甲基硅氧烷（PDMS）2.光学相干断层扫描（OCT）的核心成像原理是（）A.X射线衰减差异B.超声回波时间差C.低相干光干涉测量D.核磁共振弛豫信号3.用于血糖监测的酶生物传感器中，识别葡萄糖的关键元件是（）A.铂电极B.葡萄糖氧化酶C.半透膜D.信号放大器4.康复工程中，“肌电控制假肢”的信号采集主要依赖（）A.表面肌电信号（sEMG）B.脑电信号（EEG）C.心电信号（ECG）D.眼电信号（EOG）5.医用电子仪器的电磁兼容性（EMC）测试中，“辐射发射”主要评估（）A.仪器对外界电磁干扰的抗扰能力B.仪器向外界辐射的电磁能量强度C.仪器内部电路的绝缘性能D.仪器在潮湿环境下的稳定性6.以下医学影像技术中，空间分辨率最高的是（）A.超声成像（US）B.X射线计算机断层扫描（CT）C.磁共振成像（MRI）D.正电子发射断层扫描（PET）7.可降解生物材料的降解机制主要包括（）A.水解与酶解B.氧化与还原C.溶解与挥发D.物理磨损与断裂8.生物医学信号处理中，心电图（ECG）的典型采样频率通常设置为（）A.50HzB.250HzC.1000HzD.5000Hz9.植入式心脏起搏器的核心组件不包括（）A.脉冲发生器B.电极导线C.锂电池D.超声换能器10.医疗器械注册审批中，“创新医疗器械特别审查程序”适用的产品需满足（）A.已在国外上市超过5年B.具有显著临床应用价值且技术原创C.采用传统成熟技术D.年销售额超过1亿元二、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，错选、漏选均不得分）1.生物相容性评价需考虑的关键指标包括（）A.细胞毒性B.血液相容性C.免疫反应D.力学强度2.医学影像技术中，属于功能成像的有（）A.弥散加权成像（DWI）B.正电子发射断层扫描（PET）C.计算机断层扫描（CT）D.血氧水平依赖成像（BOLDfMRI）3.可穿戴医疗设备的核心技术挑战包括（）A.长期稳定的生物信号采集B.低功耗电路设计C.医疗数据隐私保护D.材料的生物安全性4.组织工程的三要素是（）A.种子细胞B.生物支架材料C.生长因子D.成像设备5.医疗器械不良事件（MDR）报告的触发条件包括（）A.设备故障导致患者死亡B.设备正常使用中出现预期内的轻微不适C.设备设计缺陷导致患者重伤D.设备标签错误引发用药剂量错误三、填空题（共10空，每空1分，共10分）1.生物传感器的基本结构包括________元件和________元件。2.CT成像中，层厚越小，空间分辨率越________（填“高”或“低”）。3.骨组织工程常用的生物陶瓷材料是________（写出一种）。4.心电图（ECG）中，QRS波群反映的是________的除极过程。5.医用电子仪器的安全标准中，“BF型设备”指适用于________的设备。6.超声成像中，探头频率越高，分辨率越________（填“高”或“低”），但穿透深度越________（填“大”或“小”）。7.基因编辑技术CRISPRCas9的核心组成是________和________。四、简答题（共4题，每题8分，共32分）1.简述光学相干断层扫描（OCT）与超声成像（US）在成像原理和应用场景上的差异。2.列举3种常用的生物医学信号预处理方法，并说明其适用场景。3.分析可降解生物材料在骨修复中的优势与潜在问题。4.开放型问题：结合老龄化社会需求，设计一款基于生物医学工程技术的智能养老辅助设备，需说明核心功能、关键技术及用户需求。五、计算分析题（共2题，每题12分，共24分）1.某超声探头频率为5MHz，用于腹部成像（软组织声速约1540m/s）。若要求最大探测深度为15cm，计算该探头的最小脉冲重复频率（PRF）。（提示：PRF≥声速/(2×最大深度)）2.已知某组织在1.5TMRI设备中的T1弛豫时间为800ms，T2弛豫时间为100ms；另一组织T1=1200ms，T2=200ms。分析在T1加权成像和T2加权成像中，两种组织的信号对比度差异。六、综合应用题（共1题，19分）设计一套基于生物医学工程技术的糖尿病闭环管理系统，要求包含以下模块：（1）血糖监测模块；（2）数据处理与决策模块；（3）治疗执行模块。需详细说明各模块的技术实现（如传感器类型、算法原理、执行器选择），并分析系统需满足的生物安全性、数据隐私及临床有效性要求。答案解析一、单项选择题1.B（胶原是天然生物材料，其余为合成或金属材料）2.C（OCT利用低相干光干涉测量组织深度）3.B（葡萄糖氧化酶特异性识别葡萄糖）4.A（肌电假肢依赖表面肌电信号）5.B（辐射发射评估仪器对外辐射的电磁能量）6.B（CT空间分辨率可达0.5mm，高于US、MRI、PET）7.A（可降解材料主要通过水解或酶解降解）8.B（ECG采样频率通常250Hz以保留特征波）9.D（起搏器无需超声换能器）10.B（创新审查程序针对技术原创且临床价值高的产品）二、多项选择题1.ABC（力学强度属材料机械性能，非生物相容性核心指标）2.ABD（CT为解剖结构成像，DWI、PET、BOLD为功能成像）3.ABCD（均为可穿戴设备的关键挑战）4.ABC（组织工程三要素：种子细胞、支架、生长因子）5.ACD（正常轻微不适无需报告）三、填空题1.识别；转换2.高3.羟基磷灰石（或磷酸三钙）4.心室5.与人体表面或体腔接触（非心脏或中枢神经系统）6.高；小7.sgRNA（单链向导RNA）；Cas9内切酶四、简答题1.差异分析：成像原理：OCT利用近红外低相干光的干涉信号（光学技术），US利用超声波的反射回波（声学技术）。分辨率与穿透深度：OCT分辨率可达微米级（110μm），穿透深度约13mm；US分辨率约0.11mm，穿透深度可达1020cm。应用场景：OCT主要用于眼科学（如视网膜成像）、内镜检查（如消化道黏膜）；US用于腹部、产科、心血管等深部组织成像。2.预处理方法：滤波（如低通滤波去除高频噪声，适用于ECG的50Hz工频干扰）；基线漂移校正（如多项式拟合，适用于EMG、ECG的低频漂移）；归一化（如Zscore标准化，适用于多通道信号的统一量化）。3.骨修复中的优势与问题：优势：降解速率与骨再生匹配，避免二次手术取出；可调控孔隙结构促进骨长入；生物相容性好，减少免疫排斥。问题：降解产物可能引发局部炎症（如PLA降解产酸导致pH下降）；力学强度早期不足，难以支撑负重骨；降解速率受个体差异（如酶活性）影响，可控性差。4.智能养老辅助设备设计：核心功能：跌倒检测、生命体征监测（心率、血氧）、用药提醒、紧急呼叫。关键技术：惯性传感器（加速度计+陀螺仪）实现跌倒检测算法；可穿戴柔性生物传感器采集生理信号；低功耗蓝牙传输数据至云平台；AI模型分析异常信号并触发预警。用户需求：轻便舒适（材料柔软亲肤）、操作简单（大按钮/语音控制）、长续航（≥7天）、数据隐私（符合GDPR加密存储）。五、计算分析题1.计算过程：最大深度d=15cm=0.15m，声速c=1540m/s。PRF≥c/(2d)=1540/(2×0.15)≈5133.3Hz。因此，最小PRF约为5133Hz（实际中需略高于此值以避免混叠）。2.信号对比度分析：T1加权成像（短TR、短TE）：T1短的组织（800ms）信号强（亮），T1长的组织（1200ms）信号弱（暗），两者对比度明显。T2加权成像（长TR、长TE）：T2长的组织（200ms）信号强（亮），T2短的组织（100ms）信号弱（暗），两者对比度明显。六、综合应用题糖尿病闭环管理系统设计：1.血糖监测模块：采用连续血糖监测（CGM）传感器，如酶电极式（葡萄糖氧化酶+微针）或光学式（近红外光谱）。前者通过皮下组织液葡萄糖与酶反应产生电流信号，后者通过组织对特定波长光的吸收差异检测血糖。需满足生物相容性（微针材料为聚酰亚胺或钛），长期稳定性（校准周期≥14天）。2.数据处理与决策模块：通过低功耗MCU采集CGM信号，经卡尔曼滤波去除噪声；AI算法分析血糖趋势（如预测30分钟内的高低血糖风险），结合患者饮食、运动数据（来自可穿戴设备），基于模型预测控制（MPC）算法计算所需胰岛素剂量。需验证算法准确性（与指尖血血糖仪对比，误差≤15%）。3.治疗执行模块：微型胰岛素泵（体积<50cm³），采用形状记忆合金或压电陶瓷驱动的微流体泵，精度≤0.01U/次。通过蓝牙与数据模块通信，接收指令后释放胰岛素。需满足机