2025年生物医学工程技术应用考核试卷及答案

2025年生物医学工程技术应用考核试卷及答案一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.以下哪种生物材料属于天然生物材料？A.聚乳酸（PLA）B.胶原C.钛合金D.聚四氟乙烯（PTFE）2.医用超声成像中，换能器的核心功能材料是：A.压电陶瓷（PZT）B.形状记忆合金C.羟基磷灰石D.硅橡胶3.心脏起搏器的主要作用是调节：A.心肌收缩力B.心脏电传导节律C.心输出量D.冠脉血流量4.计算机断层扫描（CT）中，“窗宽”参数主要影响图像的：A.空间分辨率B.密度分辨率C.对比度D.噪声水平5.可降解生物材料在体内的降解机制主要包括：A.酶解与水解B.氧化与还原C.溶解与沉淀D.吸附与脱附6.生物力学中，“杨氏模量”描述的是材料的：A.剪切特性B.拉伸或压缩时的弹性特性C.黏弹性D.断裂韧性7.心电图（ECG）信号的主要频率范围是：A.0.05100HzB.1500HzC.1001000HzD.5002000Hz8.人工髋关节置换中，髋臼杯常用的耐磨材料是：A.超高分子量聚乙烯（UHMWPE）B.不锈钢C.碳纤维D.聚醚醚酮（PEEK）9.光声成像技术的物理基础是：A.光热效应引起的超声信号B.组织对光的散射C.荧光分子的激发D.核磁共振信号10.血糖仪检测血糖的原理通常基于：A.电化学酶反应B.光学比色法C.电阻抗法D.红外光谱法11.组织工程支架的关键性能不包括：A.生物降解速率可控B.三维多孔结构C.表面亲水性D.高强度不可变形12.医用电子仪器的电磁兼容性（EMC）测试中，“辐射发射”主要检测：A.仪器对外界电磁干扰的抗扰度B.仪器向外界发射的电磁能量C.仪器内部电路的稳定性D.电源电压波动的影响13.磁导航血管介入手术系统的核心技术是：A.实时X射线成像B.磁场对导丝/导管的操控C.人工智能路径规划D.超声弹性成像14.骨整合（Osseointegration）的关键是种植体表面与骨组织的：A.机械锁合B.化学键合C.细胞直接接触与矿化D.纤维膜包裹15.医疗机器人的“主从控制”模式中，“从手”的运动通常：A.完全复制主手动作B.按预设程序独立执行C.经力反馈调节后执行D.由AI自主决策二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分，多选、错选不得分，少选得1分）1.生物医学工程中，“生物相容性”需考虑的主要方面包括：A.组织相容性B.血液相容性C.免疫相容性D.力学相容性2.以下属于医学影像模态的有：A.正电子发射断层扫描（PET）B.光声断层成像（PAT）C.电阻抗断层成像（EIT）D.激光共聚焦显微镜（LCM）3.人工心脏瓣膜的类型包括：A.机械瓣膜B.生物瓣膜（异种/同种）C.组织工程瓣膜D.磁性悬浮瓣膜4.生物信号处理中，常用的去噪方法有：A.均值滤波B.小波变换C.主成分分析（PCA）D.快速傅里叶变换（FFT）5.医疗器械的“风险管理”流程包括：A.风险识别B.风险评估C.风险控制D.风险验证三、填空题（共10空，每空1分，共10分）1.医用钛合金（如Ti6Al4V）的主要优势是______和______。2.超声成像中，“分辨率”分为轴向分辨率和______分辨率，前者主要由______决定。3.心脏除颤器的工作原理是通过______电流使心肌细胞同步去极化。4.组织工程的三要素是______、______和______。5.核磁共振成像（MRI）中，T1加权像反映组织的______差异，T2加权像反映______差异。四、简答题（共4题，共25分）1.（6分）简述压电效应在超声换能器中的应用原理。2.（7分）对比分析可降解生物材料与不可降解生物材料在骨科植入物中的优缺点。3.（6分）解释“CT剂量指数（CTDI）”和“剂量长度乘积（DLP）”的定义及临床意义。4.（6分，开放型）结合老龄化社会需求，提出一种新型生物医学工程技术应用方案（需说明技术原理、目标人群及预期效果）。五、应用分析题（共2题，共20分）1.（10分，计算类）某64排螺旋CT扫描参数如下：层厚0.625mm，扫描范围300mm，管电压120kV，管电流200mAs，扫描时间0.5秒。已知该设备的CTDIvol为15mGy，转换因子k=0.017mSv/(mGy·cm)。计算：（1）扫描层数；（2）DLP（剂量长度乘积）；（3）有效剂量（mSv）。2.（10分，综合类）某患者因心肌梗死导致左心室局部心肌纤维化，超声心动图显示射血分数（EF）为35%（正常50%70%）。设计一套生物医学工程技术干预方案（需包括诊断技术、治疗器械/方法及术后监测技术，需结合具体技术原理）。答案及解析一、单项选择题1.B（胶原是天然蛋白质，其余为合成或金属材料）2.A（压电陶瓷通过逆压电效应发射超声，正压电效应接收回波）3.B（起搏器通过电刺激纠正心律失常）4.C（窗宽定义图像显示的灰度范围，影响对比度）5.A（可降解材料主要通过酶解或水解反应分解）6.B（杨氏模量E=应力/应变，描述弹性变形能力）7.A（ECG信号主要频率0.05100Hz，高频噪声需滤波）8.A（UHMWPE耐磨性好，与金属/陶瓷股骨头配合使用）9.A（光声成像是光吸收后热膨胀产生超声信号）10.A（血糖仪多采用葡萄糖氧化酶/过氧化氢电极的电化学法）11.D（支架需适当弹性，不可变形会影响组织长入）12.B（辐射发射测试仪器对外界的电磁干扰强度）13.B（磁导航通过外部磁场控制导丝/导管运动）14.C（骨整合要求种植体表面与骨组织直接接触并形成矿化结合）15.C（主从控制中“从手”会根据力反馈调整动作，避免组织损伤）二、多项选择题1.ABC（生物相容性主要涉及组织、血液、免疫反应，力学相容性属于功能要求）2.ABCD（PET、PAT、EIT、LCM均为医学影像技术，LCM用于微观成像）3.ABC（磁性悬浮属于人工心脏泵技术，非瓣膜类型）4.AB（均值滤波、小波变换用于去噪；PCA用于特征提取，FFT用于频谱分析）5.ABCD（风险管理包括识别、评估、控制、验证全流程）三、填空题1.低弹性模量；良好的耐腐蚀性2.横向（侧向）；超声脉冲宽度3.高能量短时间4.种子细胞；生物材料支架；生长因子（或调控因子）5.纵向弛豫时间（T1）；横向弛豫时间（T2）四、简答题1.答案要点：压电效应分为正压电效应和逆压电效应。超声换能器中，逆压电效应用于发射超声：高频电信号施加于压电材料（如PZT），材料因电致伸缩产生机械振动，发射超声波；正压电效应用于接收超声：组织反射的超声波作用于压电材料，材料因机械形变产生电信号，经放大后形成图像。两者结合实现超声的发射与接收。2.答案要点：可降解材料（如PLGA）优点：避免二次手术取出；降解速率可控，与组织修复同步；减少长期异物反应。缺点：降解产物可能引起炎症（如PLA降解产酸）；力学强度随时间下降，早期需足够支撑。不可降解材料（如钛合金）优点：力学性能稳定，长期支撑可靠；生物相容性好（钛合金表面易形成氧化膜）。缺点：需二次手术取出（部分患者无法耐受）；可能引发应力遮挡（弹性模量高于骨，导致骨吸收）。3.答案要点：CTDI（CT剂量指数）：表示单次扫描层厚内的平均辐射剂量，单位mGy，反映扫描野内的剂量分布。DLP（剂量长度乘积）：CTDI乘以扫描长度（cm），单位mGy·cm，综合反映整个扫描范围的总剂量。临床意义：CTDI用于设备剂量性能评估，DLP用于患者辐射剂量估算（有效剂量≈DLP×k，k为转换因子），帮助优化扫描参数，降低患者辐射风险。4.答案示例（开放型）：方案：基于柔性可穿戴传感器的老年人跌倒预警与健康监测系统。技术原理：集成MEMS加速度计、陀螺仪（监测运动姿态）、生物阻抗传感器（监测心率、呼吸）于柔性基底（如PDMS），通过边缘计算模块分析加速度信号（如自由落体特征），结合机器学习模型识别跌倒风险；数据通过蓝牙传输至手机/云端，异常时触发警报（发送至家属或急救中心）。目标人群：独居或行动不便的老年人（≥65岁）。预期效果：降低跌倒后救治延迟率（目标缩短至5分钟内）；长期监测心率、呼吸等生理参数，早期预警心血管疾病（如房颤）；提升老年人居家安全与健康管理水平。五、应用分析题1.计算过程：（1）扫描层数=扫描范围/层厚=300mm/0.625mm=480层（2）DLP=CTDIvol×扫描长度=15mGy×30cm=450mGy·cm（注：扫描长度300mm=30cm）（3）有效剂量=DLP×k=450×0.017=7.65mSv2.方案设计：诊断技术：心脏磁共振成像（CMR）：通过T2加权像评估心肌水肿（急性梗死区），延迟强化（LGE）序列识别纤维化区域（明确梗死范围）；心内膜标测系统（如CARTO）：导管接触心内膜，记录局部电位（纤维化区域电位幅值降低），构建三维电生理地图，定位异常电传导路径。治疗器械/方法：经导管心肌注射：使用可降解水凝胶（如透明质酸胶原复合凝胶）负载间充质干细胞（MSCs），通过介入导管注射至纤维化边缘区（水凝胶提供细胞黏附支架，MSCs分泌生长因子促进血管再生与心肌修复）；左心室辅助装置（LVAD）：对于EF＜35%的严重心功能不全患者，植入磁悬浮离心式LVAD（如H