2025年生物医学工程技术实践考试卷及答案

2025年生物医学工程技术实践考试卷及答案一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分。每小题仅有一个正确选项）1.以下哪种生物材料属于可降解聚合物？A.钛合金B.聚乳酸羟基乙酸共聚物（PLGA）C.氧化铝陶瓷D.聚四氟乙烯（PTFE）2.医用超声成像中，提高探头频率主要影响的图像参数是？A.穿透深度B.横向分辨率C.帧频D.动态范围3.生物力学中，描述材料在弹性变形阶段应力与应变关系的常数是？A.泊松比B.剪切模量C.杨氏模量D.断裂韧性4.心电图（ECG）中，T波反映的生理过程是？A.心房去极化B.心室去极化C.心室复极化D.房室传导延迟5.医用电子仪器的安全标准（如IEC60601）中，“防除颤”标识主要针对哪种风险？A.电击风险B.机械损伤C.电磁干扰D.化学泄漏6.3D打印生物支架时，常用的生物墨水需满足的核心特性不包括？A.生物相容性B.可打印性（剪切变稀）C.高导电性D.可控降解速率7.核磁共振成像（MRI）中，T1加权像主要反映组织的哪种特性？A.质子密度B.纵向弛豫时间C.横向弛豫时间D.磁敏感性8.可穿戴式血压监测设备中，基于光电容积脉搏波（PPG）原理的传感器主要检测的信号是？A.动脉血流的容积变化B.血管壁的振动C.皮肤表面的压力变化D.组织的电阻抗变化9.人工关节置换术中，髋臼杯的表面处理技术（如羟基磷灰石涂层）主要目的是？A.提高耐磨性B.增强骨整合C.降低弹性模量D.减少金属离子释放10.生物信号处理中，去除ECG信号基线漂移常用的滤波器类型是？A.低通滤波器（LPF）B.高通滤波器（HPF）C.带通滤波器（BPF）D.陷波滤波器（NotchFilter）11.医用X射线机中，管电压（kVp）主要影响的参数是？A.X射线的强度B.X射线的穿透能力C.图像的对比度D.患者的辐射剂量12.组织工程中，支架材料的孔隙率通常要求达到多少才能满足细胞迁移和营养交换？A.10%20%B.30%40%C.50%60%D.70%90%13.智能假肢的肌电控制（EMG控制）中，表面肌电信号的主要采集部位是？A.残肢端的骨膜B.残肢剩余肌肉的表面皮肤C.残肢的神经末梢D.假肢与皮肤的接触界面14.血液流变学中，全血黏度随剪切率升高而降低的现象称为？A.牛顿流体特性B.触变性C.剪切稀化D.黏弹性15.医疗设备软件验证中，“黑盒测试”主要关注的是？A.代码逻辑的正确性B.用户界面的交互性C.功能需求的满足度D.算法的计算精度二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每小题有24个正确选项，错选、漏选均不得分）1.生物材料的生物相容性评估需考虑的因素包括：A.材料的化学组成B.材料的表面形貌（如粗糙度）C.宿主的免疫反应（如炎症、纤维化）D.材料的力学性能（如弹性模量）2.医学影像设备的质量控制指标包括：A.空间分辨率（如线对/毫米）B.密度分辨率（如能区分的最小对比度）C.均匀性（图像各区域亮度一致性）D.扫描时间（如CT的单圈扫描时间）3.生物力学测试中，常见的加载方式有：A.拉伸试验（轴向拉力）B.压缩试验（轴向压力）C.扭转试验（旋转力矩）D.疲劳试验（循环载荷）4.可穿戴医疗设备的关键技术挑战包括：A.低功耗电路设计（延长续航）B.生物信号的抗干扰采集（如运动伪影）C.数据隐私与传输安全（符合HIPAA等法规）D.材料的亲肤性与长期佩戴舒适性5.组织工程支架的设计原则包括：A.模拟天然组织的三维结构（如多孔连通性）B.匹配宿主组织的力学性能（避免应力遮挡）C.具备生物活性（如生长因子负载）D.完全不可降解（保持长期结构稳定性）三、填空题（共10题，每空2分，共20分）1.常用的生物陶瓷材料中，______（化学式）因与骨无机成分相似，广泛用于骨修复涂层。2.超声成像中，换能器的核心材料是______（如压电陶瓷或压电聚合物）。3.心电图的标准导联体系中，肢体导联包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导联及______导联（aVR、aVL、aVF）。4.生物力学中，泊松比的定义是______应变与______应变的比值（填“横向”或“轴向”）。5.医用电子仪器的EMC（电磁兼容）测试需评估设备的______（对外发射干扰）和______（抗外界干扰能力）。6.3D生物打印技术中，基于喷墨的打印方式主要适用于______（填“高黏度”或“低黏度”）生物墨水。7.MRI设备的主磁场强度常用单位是______（符号），临床主流机型为1.5T和3.0T。8.血液透析机的核心原理是______（填“扩散”或“超滤”），通过半透膜清除代谢废物。9.人工心脏瓣膜分为机械瓣和生物瓣，其中______瓣需长期服用抗凝药物。10.生物信号处理中，常用的时频分析方法是______（如将信号分解为不同频率成分随时间的变化）。四、简答题（共4题，共20分）1.（5分）简述3D打印生物支架的关键工艺流程。2.（5分）对比分析X射线成像与超声成像的优缺点（各列出3点）。3.（5分）开放型问题：设计一款可穿戴式运动心率监测设备，需考虑哪些关键技术（至少5项）？4.（5分）封闭型问题：简述生物力学中“应力遮挡”现象及其对骨植入物设计的影响。五、应用题（共3题，共25分）1.（8分）计算与分析题：某骨钉材料进行拉伸试验，试样原始标距长度为50mm，断裂时标距长度为62mm，最大载荷为8000N，试样原始截面积为4mm²。（1）计算断裂伸长率（保留2位小数）；（2）计算最大拉应力（单位：MPa）；（3）若该材料的屈服强度为1200MPa，判断其断裂发生在弹性阶段还是塑性阶段，并说明理由。2.（9分）信号分析题：以下为某患者的ECG信号片段（示意图，P波正常，QRS波群增宽（>0.12s），T波与QRS波主波方向相反）。（1）指出该ECG的异常特征；（2）推测可能的病理意义（如哪种心律失常或心脏疾病）；（3）说明临床中常用的辅助诊断方法（至少2种）。3.（8分）综合设计题：设计一款针对上肢截肢患者的肌电控制假手，需说明以下内容：（1）核心功能模块（如传感器、控制单元、执行机构）；（2）表面肌电信号（sEMG）的采集与处理流程；（3）控制策略（如何将sEMG信号转化为假手动作指令）。答案及解析一、单项选择题1.B（PLGA是典型的可降解聚合物，其余为非降解或陶瓷/金属材料）2.B（提高频率可提升横向分辨率，但降低穿透深度）3.C（杨氏模量描述弹性阶段应力应变关系）4.C（T波对应心室复极化）5.A（防除颤标识针对高压电击对仪器的损坏风险）6.C（生物墨水无需高导电性，核心是生物相容性、可打印性和降解性）7.B（T1加权像突出纵向弛豫时间差异）8.A（PPG检测动脉血容积变化引起的光吸收差异）9.B（羟基磷灰石涂层促进骨细胞黏附与骨整合）10.B（基线漂移为低频干扰，需高通滤波器去除）11.B（管电压决定X射线的能量，影响穿透能力）12.D（70%90%孔隙率才能支持细胞迁移和营养交换）13.B（表面肌电信号采集自剩余肌肉表面皮肤）14.C（剪切稀化是血液的非牛顿流体特性）15.C（黑盒测试关注功能是否满足需求，不涉及内部代码）二、多项选择题1.ABCD（生物相容性需综合材料性质、宿主反应及力学匹配）2.ABCD（空间分辨率、密度分辨率、均匀性、扫描时间均为关键指标）3.ABCD（拉伸、压缩、扭转、疲劳是常见加载方式）4.ABCD（低功耗、抗干扰、数据安全、佩戴舒适性均为挑战）5.ABC（支架需可降解以被组织替代，D错误）三、填空题1.Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂（羟基磷灰石）2.压电材料（或具体如PZT）3.加压单极肢体4.横向；轴向5.电磁发射；电磁抗扰度6.低黏度7.T（特斯拉）8.扩散（主要通过浓度差清除废物，超滤主要用于脱水）9.机械10.小波分析（或短时傅里叶变换）四、简答题1.关键工艺流程：①三维建模（通过CT/MRI获取组织数据，构建支架结构）；②生物墨水制备（选择可降解聚合物/水凝胶，添加细胞或生长因子）；③打印参数设置（层厚、打印速度、温度等，确保结构精度）；④后处理（交联固化、灭菌、细胞接种培养）；⑤性能验证（力学测试、生物相容性评估）。2.X射线成像优点：成像速度快、空间分辨率高、设备成本较低；缺点：有电离辐射、软组织对比度差、二维投影重叠。超声成像优点：无辐射、实时动态、便携；缺点：穿透深度有限（受频率限制）、图像分辨率较低、依赖操作者经验。3.关键技术：①生物传感器（如PPG传感器，需高灵敏度）；②低功耗电路（延长续航，如采用低功耗MCU）；③运动伪影抑制算法（如自适应滤波或多传感器融合）；④数据校准（结合ECG或传统心率带进行误差修正）；⑤穿戴舒适性设计（亲肤材料、轻量化结构）；⑥数据传输与存储（蓝牙/NFC，符合隐私保护法规）。4.应力遮挡：植入物（如钛合金钢板）弹性模量远高于骨组织，导致原本由骨承担的应力被植入物替代，骨组织因受力减少而发生废用性萎缩（骨吸收）。对设计的影响：需选择与骨模量匹配的材料（如钛合金表面多孔化降低模量，或使用可降解聚合物）；优化结构设计（如多孔支架）以分散应力，减少局部应力集中。五、应用题1.（1）断裂伸长率=（6250）/50×100%=24.00%；（2）最大拉应力=8000N/4mm²=2000MPa；（3）断裂发生在塑性阶段（屈服强度1200MPa<最大应力2000MPa，材料已进入塑性变形阶段后断裂）。2.（1）异常特征：QRS波群增宽（>0.12s），T波与QRS主波方向相反；（2）病理意义：可能为室性期前收缩（室早）或束支传导阻滞（如左/右束支阻滞）；（3）辅助诊断方法：动态心电图（Holter）监测24小时节律，心脏超声评估心室结构和功能，电生理检查定位异常起源点。3.（1）核心模块：①传感器（表面肌电电极，用于采集sEMG信号；可能辅助压力传感器检测抓握力）；②控制单元（信号放大滤波