生物医学工程试题Word下载.docx
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③电阻型化学传感器；
（2）光导纤维生物传感器：
光导纤维生物传感器（fiberopticalbiosensor）是近年来随着光导纤维技术的发展而出现的新型传感器，具有抗电磁干扰能力强、安全性能高、灵巧轻便、使用方便等特点。
（3）酶传感器（enzymesensor）：
酶传感器的基本原理是用电化学装置检测在酶催化反应过程中产生或消耗的化学物质，将其转变为电信号输出。
特点：
①稳定性好，分析精度高。
②分析成本最低。
③品种多，应用范围广，适用于许多生物技术产业过程监控和科学研究。
④分析速度快，不到20秒可以获得准确的分析结果，这在临
床急症室、某些重症病人的监护等许多场合都很重要。
（4）生物芯片：
生物芯片是生物传感器的阵列和集成化。
生物芯片是指包被在硅片、尼龙膜等固相支持物上的高密度的组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类以及其它生物组分的微点阵。
芯片与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号即可实现对生物样品的分析。
（5）组织传感器（tissuesensor）：
组织传感器是利用天然动植物组织中酶的催化作用，本质上也属于酶传感器。
优点：
①酶存在于天然的动植物组织中，与其他生物分子协同作用，性质非常稳定，制备成的传感器的寿命较长；
②组织细胞中酶处于天然状态和理想环境，可发挥最佳的催化功效，催化效率高；
③生物组织通常有一定的膜结构和机械性，适于直接固定做膜。
所以，组织传感器制作简便、价格便宜；
④生物组织可提供丰富的酶源，有利于工作。
（6）微生物传感器：
微生物传感器（MicrobialSensor）是把经过培养的细菌细胞（或固定化细胞）覆盖于相应的电化学元件（电极或FET）表面而构成的生物传感器。
（7）免疫传感器：
免疫传感器是利用抗体和抗原的特效性结合，检测膜上生成抗体和抗原的复合物的电位改变，从而获得不同的响应的装置。
6组织工程支架的要求？
（1）符合生物安全性要求
（2）合适的可生物降解吸收性
（3）合适的孔尺寸、高孔隙率和相连的孔形态
（4）特定的三维外形
（5）高表面积和合适的表面理化性质
（6）与植入部位组织力学性能相匹配的结构强度
7康复工程的研究方法？
（1）3个理论--控制论、模型论、优化论；
（2）3个要素--人、机、环境；
（3）3个阶段--方案决策、研制生产、实际使用；
（4）3个目标--安全、高效、经济；
8康复工程新技术的发展趋势？
（1）传统产品与计算机技术相结合，形成机电一体化或人工智能化产品。
（2）将生物材料技术用于人体康复，形成“人机一体化”产品。
（3）根据人体功能的可塑性，设计一些装置，促进功能的恢复和再生。
9家庭保健设备的应用方面？
（1）诊断与监护仪器：
能够经常检测患者的生理指标，帮助医生及时掌握病情。
循环系统功能信息，如心电、血压、心率等；
呼吸功能信息，如呼吸曲线、动脉血氧饱和度等；
其它的生理信息，如体温、膀胱储尿量等。
目前，我国市场上的家用诊断和生理信息监测的设备主要有血压（包括电子血压计）、温度、血氧饱和度、心电图等监测仪。
（2）家庭保健、治疗、康复、急救设备：
家用理疗仪器是HHCE中量大面广较容易进入家庭应用的部分，用于家庭经常性的保健和康复治疗。
这类设备还包括用于冠心、呼吸功能、慢性肾功能等疾病常见的需要长期护理治疗的慢性病症的家庭专用的医疗设备、简易的康复器械和轻便的急救复苏设备等。
在少数病人家里，已经装备了一些类似的仪器，如红外理疗仪、氧气袋等。
然而普及面不是很大。
主要的原因，一方面是因为这类设备不属于公费医疗的范畴，另外与我国的经济水平及家庭保健意识有关需要患者自己负担。
（3）家庭患者病理信息的通信与传递系统：
这类系统主要包括遥测监护系统，将患者的生理功能检测系统与通信传递系统一体化，用于将检测到的病人生理信息数据直接从家中送到有医生值班的医疗中心机构，以得到及时的医疗指导。
这类系统属于网络系统，涉及到家庭配置、通信网络以及医疗中心工作站。
10远程医疗的几个重要的应用领域？
（1）应用于战争前线伤病员的诊治；
（2）应用于诸如地震等自然灾害时的医疗咨询；
（3）继续医学教育；
（4）实时远程医疗咨询及医疗交流；
（5）交互式外科手术；
（6）急救远程医疗；
（7）区域远程家庭保健；
（8）远程医疗会诊；
（9）远程医疗国际会议。
11分子仿生
分子仿生”即是在分子水平上，对生物体的某一组成，结构单元或功能，用化学的方法进行模拟组装，人为地构造新型的体系，以模仿其生物功能或性质。
例如：
纳米机器人、生物制药。
12简述X线成像的原理？
（1）穿透效应：
X线能够穿透吸收或反射可见光的物质。
（2）荧光效应：
当X线被吸收时，可导致某些物质发出荧光，也就是说，发出低能量的辐射（可见光和紫外光）
（3）感光效应：
象光线一样，X线可以在感光胶片上产生影像，如照相胶卷或X线胶片，通过冲洗能够显影。
（4）电离效应：
由于能量较高，X线能产生离子，也就是说，能使电子从原子逃逸出来形成正离子和负离子。
以可控制的方式形成和收集时，这些离子用来测量和控制X线成像曝光。
X.线的这些特性应用于医学和工业X线摄影、放射治疗和研究。
13数字减影血管造影DSA有三种基本方法？
时间减影、能量减影、混合减影。
14简述CT系统的工作原理？
CT机的发展概况？
（1）基本原理：
CT成像的物理学基础是物体对X线的吸收存在差异。
高度准直的X线束对人体某个部位按一定厚度进行扫描→穿过人体的X线由探测器接收→经放大变为电子流→A/D转换→输入计算机处理→计算机通过运算得出该断面上各体素的X线吸收值，并排列成数字数字矩阵→经D/A转换后用不同的灰度等级在显示器上显示即获得该部位的横断面或冠状面的CT图像。
（2）发展目标：
提高扫描速度、提高图像质量、提高检查效率及完善特殊扫描功能等。
15简述超声成像的种类是什么？
（1）A型（Amplitudemode）超声诊断法，简称A超：
是将回声以波的形式显示出来，根据回声波幅的高低、多少、形状及有无进行诊断。
因其一维波形显示的局限性，目前仅用于眼科检查。
（2）B型（Brightnessmode）超声诊断法，简称B超：
是将回声信号以光点的形式显示成二维图像（2-dimentionalultrasonograph）目前广泛应用于临床的是实时显像（Real-timeimaging）。
（3）M型（Motiontype）超声诊断法：
是B型超声的一种特殊显示方式，能够显示体内属层组织对体表的距离随时间变化的曲线、与A超相同，均反映一维空间结构，常用于心肌检查，即M型超声心动图。
（4）D型（Doppler）超声诊断法：
通称为Doppler超声，是利用多普勒效应的原理，对运动的器官和血流进行检查。
广泛应用于临床的是彩色多普勒超声及经颅多普勒超声诊断。
16目前，PACS系统研究主要集中在哪些领域？
（1）提高系统互连性：
如采用ACR-NEMA/DICOM标准；
（2）提高整个系统的智能化和协同处理能力：
通用信息处理模型研究；
（3）医学信息库：
包括医学图像数据库管理和服务器结构、高性能图像分析工作站、基于内容的医学图像检索、分布式计算及图像和记录的真实性验证等；
（4）提高系统负载：
采用高速网络、大容量存储设备、多级存储算法、数据压缩算法及快速计算；
（5）简化系统维护：
使用图形化计算机辅助软件工程工具，包括处理模型和系统设计；
（6）提高系统可靠性：
研究中心系统监视和恢复软件；
（7）提高临床可操作性：
临床质量控制。
17简述生物医学材料的基本要求？
对生物医学材料的基本要求：
生物相容性；
力学性能；
化学稳定性；
其它要求。
（1）生物相容性：
生物相容性主要包括血液相容性、组织相容性。
材料在人体内要求无不良反应，不引起凝血、溶血现象，活体组织不会产生吸收物和沉淀物，不发生炎症、排拒、致癌，与软硬组织有良好的粘接性。
（2）力学性能：
材料要有合适的强度、硬度、韧性、塑性等力学性能以满足耐磨、耐压、抗冲击、抗疲劳、弯曲等医用要求。
（3）化学稳定性：
材料在活体内要有较好的化学稳定性，能够长期使用，即在发挥其医疗功能的同时要耐生物腐蚀、耐生物老化。
（4）成形加工性能：
容易成形和加工，价格适中。
18钴（Co）基合金的特性及其应用？
（1）特性：
含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为优异的耐腐蚀性（比不锈钢高40倍）和耐磨性，综合力学性能和生物相容性良好。
钴基合金的耐磨性是所有医用金属材料中最好的，与不锈钢相比，更适于制造体内承载苛刻的长期植入件.
（2）应用：
临床上主要用于：
人工关节（特别是人体中受载荷最大的髋关节）；
人工骨及骨科内处固定器件的制造；
齿科修复中的义齿，各种铸造冠、嵌体及固定桥的制造；
心血管外科及整形科等。
由于其价格较高，加工困难，应用尚不普及。
如人造髋关节的头杆部分。
19贵金属（noblemetal）的特性及其应用？
是一种金属或合金，如金子具有极高的抗氧化性和抗腐蚀性。
贵金属具有独特稳定的物理和化学性能、优异的加工特性、对人体组织无毒副作用、刺激小等优良的生物学性能。
主要用于口腔科的齿科修复，也可用于小型植入式电子医疗器械。
20简述生物陶瓷的应用、特性？
（1）几种主要的应用：
（2）特性：
生物陶瓷材料在生物体内极为稳定，与生物组织有良好的亲和性，特别适于作人体硬组织如骨和齿的替换修补材料，能与人体骨生长在一起，形成化学结合。
目前临床上应用最多的为氧化铝、羟基磷灰石两种。
21碳素材料的性能、优点、分类及其应用？
（1）性能：
指作为生物医学使用的各种碳素及其复合材料。
具有极好的抗血栓性，作为生物医学材料使用的主要有三种：
玻璃碳、低温各向同性碳和超低温各向同性碳。
这三种碳在生理环境中化学性质稳定，也不发生疲劳破坏，是生物相容性非常好的一类惰性材料。
（2）优点：
①质轻且具有良好的润滑性和抗疲劳特性；
②弹性模量和致密度与人骨人致相同；
③生物相容性好，特别是抗凝血性佳，与血细胞中的元素相容性极好，不影响血浆中的蛋自质和酶的活性。
④在人体内不发生反应和溶解，生物亲和性良好，耐蚀，对人体组织的力学刺激小。
（3）分类：
①玻璃碳：
玻璃碳是一种透明的碳，为近年发展起来的碳素材料它是由聚合物（如酚醛树脂）加热至2000℃裂解碳化而得。
其力学性能接近于人骨，有优良的抗血栓性及化学稳定性，可用以制作人工心瓣膜，人工齿根等。
②可吸收生物陶瓷：
A.降解效应—植人人体后材料逐渐被吸收，同时新生骨逐渐长入而替代之，该效应称为降解效应。
B.具有降解效应的陶瓷材料—可吸收生物陶瓷。
C.主要应用：
脸部和额部的骨缺损，填补牙周的空洞，还可作为药物的载体。
D.石膏：
石膏的相容性虽好，但吸收速度太快，通常在新骨未长成就消耗殆尽而造成塌陷。
③低温各向同性碳和超低温各向同性碳；
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22天然可降解高分子材料的分类及其应用？
（1）分类：
胶原蛋白、纤维蛋白；
甲壳素、壳聚糖、淀粉、纤维素海藻酸钠衍生物；
可吸收缝线；
药物控释载体；
人工皮肤；
23简述高分子载体药物的优点？
（1）缓慢释放：
能控制药物缓慢释放，使代谢减速、排泄减少、药性持久、疗效提高；
（2）有靶向性：
载体能把药物有选择地输送到体内确定部位，并能识别变异细胞；
（3）副作用小：
释放后的载体高分子是无毒的，不会在体内长时间积累，可排出体外或水解后被人体吸收，因此副作用小。
24仿生材料学的当前研究热点？
（1）贝壳结构及其仿生材料；
（2）竹子结构及其仿生材料；
（3）骨骼结构及其仿生材料；
（4）蜘蛛丝结构及其仿生材料；
（5）纳米仿生材料；
25简述心脏起搏器的工作原理、分类？
（1）原理：
起搏器在需要的时候通过起搏电极导线向心脏发出微小的电脉冲，刺激心脏跳动，帮助改善心动过缓的症状，以满足身体对氧的需求。
（2）分类：
①根据应用时间分类：
A.临时性起搏：
一般起搏时间为4周，应用于临时体外起搏；
B.永久性体内起搏：
将起搏器埋植于体内，可连续工作8至12年。
②按放置的位置分类：
A.体内起搏器：
起搏器置入人体皮下。
它体积小，携带方便，安全，用于永久性起搏，但在电池耗尽时需手术切开囊袋更换整个起搏器。
B.体外起搏器：
起搏器置于体外。
它体积较大，但能随时更换电池及调整起搏频率，另外若出现快速心律失常，尚可进行超速抑制，但携带不方便，再者导线入口处易感染，现多用于临时起搏。
26简述人工心脏的组成及其特性？
（1）血泵：
原理结构上大体可分膜式血泵、囊型血泵、管型血泵及螺形血泵等四种。
目前制造血泵常用以下几种材料：
硅橡胶、甲基硅橡胶、嵌段硅橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯和复合材料等。
（2）驱动装置：
它是供给人工心脏血泵工作的动能。
形式多样，大致可分为，机械、电动、磁力、气压、液压五种形式。
（3）监控系统：
监控人工心脏工作状态，使之适应实验动物循环生理的需要，是保障人工心脏置入实验动物长期存活的重要条件。
监控系统基本上从血泵机能，驱动装置各项指标及血液循环生理参数变化三个方面进行监控。
（4）能源：
高能电池（核能电池）、高效储电瓶（代表产品为锂电）、经皮充电（研究最热、最有希望
的技术之一）。
27人工肺的概念、原理及人工心肺机的设计要求？
利用特殊人工装置将回心静脉血引出体外，进行气体交换、调节温度和过滤后，输回体内动脉的生命支持技术。
由于这种特殊人工装置取代了人体心肺功能，又称为心肺转流，这种人工装置称为人工心肺机（artificialheart-lungmachine），即体外循环（Extracorporealcirculation）。
（2）原理：
将人体的静脉血通过管道引入氧合器进行O2和CO2气体的交换，代替人体肺脏进行血液氧合，氧合后的血液再通过血泵注入人体主动脉供应全身组织，完成身体的供氧代谢。
反复地在体外的血液循环，代替了人体心脏和肺脏的功能，这样就可以将心脏和肺的血液循环从体内隔开，使得切开心脏或近心段大血管时无血液涌出，因而得到非常清晰的手术野。
（3）设计要求：
①能高效地进行气体交换；
②能简便而精确地调节循环流量；
③对血液的破坏极小；
④预充血量少；
⑤无血栓形成；
⑥容易拆卸、消毒，操作简便等。
28简述临床数字制造技术的研究目标、内容？
（1）目标：
将医学图像处理与三维重建、逆向工程、快速成型、CAD/CAM/CAE现代制造技术集成，针对临床需要构建专业的数字制造系统，快速制造临床手术需求的个性化内植物或手术器械，满足现代医学向个性化发展的需求。
（2）目标：
①面向临床的CAD/CAM/CAE单元技术；
②医学快速成型技术；
③逆向工程技术；
④基于网络的交互式手术方案与内植物设计、远程制造等；
29简述数字虚拟人的制作过程？
（1）制作过程：
选择尸体标本→标本预处理→数字化采集切片后处理→分割区域→构建三维模型→优化三维模型→可视人平台
①选择尸体标本：
标本要求：
健康、完整的；
具有该国人的代表性。
②标本预处理：
蓝色明胶包埋、－70℃冷冻、药物固定组织；
明胶＋朱砂＋淀粉进行动脉的显色和填充。
③数字化采集：
CT、MRI采集数据
④切片数据后处理：
校准（配准）；
去背景；
⑤器官区域分割：
手工分割，工作量大，重复性差；
自动分割，误分割严重、轮廓不连续。
基本思想：
a、将图像用图的方式表示，顶点表示像素，边表示像素之间的关系。
图像分割对应图的割集。
B、确定图中边的权值，使图像分割目标（能量最小化）对应图的最小割。
c、用最大流算法求解最小割问题。
⑥构建三维模型：
三维模型一般由很多个多边形（一般为三角形）拼接而成。
⑦三维模型优化：
a、MC算法缺点：
视觉效果不好，有阶梯现象；
三角形数量巨。
b、优化操作：
平滑：
增强视觉效果，简化：
减少数据量。
⑧可视人平台的建立；
30简述组织工程的原理，并举例说明在组织工程中运用数字化制造技术的优势？
组织工程基本原理和方法：
是将体外培养扩增的正常组织细胞吸附于一种具有优良细胞相容性并可被机体降解吸收的生物材料上形成复合物，然后将细胞——生物材料复合物植入人体组织、器官的病损部位，在作为细胞生长支架的生物材料逐渐被机体降解吸收的同时，细胞不断增殖、分化，形成新的并且其形态、功能方面与相应组织、器官一致的组织，从而达到修复创伤和重建功能的目的。
组织工程主要包括两方面内容：
（1）构建具有良好组织相容性的生物学支架，以提供移植细胞定向生长和器官修复的微环境。
（2）将细胞在体外扩增并使其在新生组织中进行定向分化与生长。
例如快速原型（RP）技术：
与传统工艺相比，快速原型技术可以在较短的时间内完成，过程中无需人工参与，患者也可以在几个小时后看到相应的修复体的形态，节省了时间，提高了效率。
另外，工程师利用CAD软件可以很快设计一个产品，而RP设备的快速性允许设计师在很短时间内多次验证并修改其设计，这样就在设计过程中节约了时间和金钱从而实现高通量的“面向市场设计”。
再者，运用RP技术，设计师可以根据特定病人的CT或MRI数据而非标准的解剖学几何数据来设计并制作种植体，减少出错空间的同时，为患者提供了适合他本身解剖结构的更好的手术，也为外科医生缩短手术时间给予了有力的保证。
总的来说RP技术提高了诊断和手术水平，提高了效率，节省了金钱和时间。
组织工程中运用数字化技术的优势包括：
快速、高效、高通量、更精密、低成本、可以为不同患者定制专属治疗等。
31请举例论述荧光蛋白标记技术在神经科学中应用的原理？
荧光蛋白的出现使得进行非侵入性的活体细胞成像成为了可能。
使用这种荧光蛋白标志物，我们可以研究目的基因的表达情况，蛋白质运输情况以及各种细胞内动态的生物化学信号通路。
使用经过遗传修饰的小分子有机荧光标志物构建的混合系统，我们还可以对蛋白质的寿命进行研究，如果再结合电镜技术和快速光淬灭技术（rapid photoinactivation）还可以对蛋白质的定位情况进行研究。
32试简答神经成像的主要仪器及其原理？
神经成像（Neuroimaging）泛指能够直接或间接对神经系统（主要是脑）的功能，结构，和药理学特性进行成像的技术。
根据成像的模式，神经成像可以分为结构成像，用来展现脑的结构，从而辅助对一些脑疾病（例如脑肿瘤或脑外伤）的诊断。
功能成像，用来展现脑在进行某种任务（包括感觉，运动，认知等功能）时的代谢活动。
功能成像主要用于神经科学和心理学研究，不过近来正逐步成为医学神经科诊断的新途径。
计算机断面成像：
计算机断面成像（CT）的基本原理是利用不同方向上的X射线。
计算机用来对这些来自不同方向的数据进行整合，来重建断面内的图像。
这类图像内的数值反应的是物质对X射线的通透率。
CT技术主要用来对脑进行快速成像，来观察外伤引起的组织水肿和脑室扩张。
扩散光学成像：
扩散光学成像（Diffusion Optical Imaging， DOI）是一种利用近红外光的神经成像方法。
这种方法主要基于血红蛋白对近红外光的吸收。
该方法可通过测量吸收光谱来计算血液中的氧含量。
该技术可以用来测量脑组织对外部刺激或在执行某种功能时的代谢变化，称为事件相关光学信号（Event-related Optical Signal，EROS）。
EROS的长处在于它较高的空间（毫米量级）和时间（毫秒量级）分辨率，缺点在于它无法观测深部脑组织的活动。
核磁共振成像：
核磁共振成像（MRI）的基本原理是对原子核自旋的射频激发以及对随后弛豫过程中的射频信号的采集和处理。
MRI设备有一个大磁体产生的较大静磁场，使得样本原子核（主要是[[氢]原子核）磁矩排列一致。
设备的射频线圈在Larmor频率激发这些原子核，使它们偏离这个方向，并随后发生弛豫现象。
接受线圈可以拾取弛豫过程中产生的电磁信号。
设备的梯度磁场用来产生随空间变化的磁场强度，从而实现空间编码。
通过二维傅立叶变换等方法，计算机可重建样本的图像。
MRI图像中的数值的含义（即对比度）由于MRI激发和采集模式的不同而不同。
常用的对比度有T1对比度，T2对比度，T2*对比度等。
不同对比度的图像有不同的生理学或解剖学含义。
M.RI可以产生脑的高清晰度结构或功能图像。
MRI结构图像可用于神经科对于脑肿瘤，脑血管疾病（例如中风）等的诊断。
功能核磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）的基本原理是氧化血红蛋白和去氧血红蛋白在磁性质上的差别以及伴随脑神经活动的脑血流变化。
fMRI可以用来展现各种感觉，运动，和认知活动过程中的激活脑区。
目前fMRI的空间分辨率多在2-3毫米左右。
脑磁图：
脑磁图（Magnetoencephalography，MEG）的基本原理是脑的神经活动时产生的电信号所产生的磁信号。
超导量子干涉设备（SQUID）可以用来测量这种微弱的磁信号。
与fMRI不同，MEG直接测量神经活动。
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