生物医学工程学复习提纲(完整版)

1、哈尔滨医科大学生物信息科学与技术学院绪论一、本章学习目标：1、掌握生物医学工程学（BME）概念。2、了解生物医学工程学的近代发展史。3、熟悉BME涵盖的学科内容及学科分支。4、了解BME研究的重大课题及研发趋势。二、本章纲要：1、掌握生物医学工程的概念、特点、发展中国生物医学工程学科的战略原则。2、了解生物医学工程的发展史、研究现状、未来的展望。3、熟悉生物医学工程涵盖的学科内容及学科分支。三、思考题：1、生物医学工程的概念、内涵和特点？答：（1）、概念：是包含多种技术并相互交叉融合的一门科学。它综合了生物学、医学与工程学的理论和方法，研究生命体的构造、功能、状态和变化，研究新材料、新技术、新

2、仪器设备，用于防病、治病、保护人民健康和提高医学水平。（2）、内涵：是工程科学原理和方法与生命科学的原理和方法相结合，认识并解决人类心身健康的问题，并使有限的卫生资源为全社会共享。、是大跨度、多学科和多种技术的深度交叉、结合。不仅要发现规律，解释现象，还解决实际问题。而且后者更为重要。、是科学研究、技术发展、产品开发和产业发展，密切结合。这里，不仅有经济效益的追求(市场导向)，更重要的是，它必须服从全社会医疗保健系统整体目标的需要。（3）、特点：是工程科学的原理和方法与生命科学的原理和方法相结合，从不同的层次(整体、系统、器官、组织、细胞、亚细胞结构和生物大分子等)研究人的生命运动的规律(定量

3、)并发展相应的技术和装置，应用于医学和保健，维持和促进人类的健康。2、生物医学工程学涵盖的主要学科？答：人体系统工程；生物医学传感器；医学图像技术与仪器；生物材料；人工器官；组织工程学；康复工程；家庭医疗保健工程；远程医疗系统；仿生学；医用机器人。3、生物医学工程学发展的战略原则？答：、“医学应该努力使其目的适应经济现实”；、“公正的和公平的医学”；、“供得起的和可持续的医学”；4、生物医学工程学的发展趋势？答：、从宏观向微观深入，宏观与微观相结合。、在生物医学工程科学研究的方法上，分析与综合相结合来解决实际问题。、东方传统医学(非常规医学或替代医学等等)、生物医学工程和生物化学工程正在交汇、

4、融合。、几乎各个学科领域的新发现、新技术都有可能被引入生物医学工程领域，而应用于医学。5、发展“省钱”的生物医学工程学的重点？答：、有限功能目标的选择和合理确定；、先进的总体(系统)设计思想；、系统可靠性保证；、使用操作简便；、耐受性和鲁棒性。第一讲 人体系统工程1、人体系统工程的概念和研究目标？答：（1）、概念：用系统分析、计算数学、最优化方法构筑模型，研究人体系统的结构与功能状态，使各组成部分维持平衡、协调、有序，从而达到整体最佳功能状态的应用技术。 （2）、研究目标：保证人的身心健康，提高人体素质，使人们高水平工作和生活。2、什么是人体系统和其组成模型？答：（1）、人体系统：人体是一个包

5、括在宇宙这个超级系统中的、开放的、复杂的巨系统。（2）、组成：、开放：指人体每日每时通过呼吸、饮食、排泄等与外界环境进行着物质和能量的交换，通过视听、语言、动作进行着信息的交流。 、复杂性：表现在各组成部分具有多层次、高级功能、复杂结构且密切相关等特性。 、巨系统：“巨”是指构成人体系统的器官、组织、细胞及大分子在数量上是巨大的。3、人体的动态性主要包括哪些内容？答：人体属于生命运动，不同于物理运动和社会运动，其组织、结构和功能是自然的建立产生，有序的生长演化，而且具有高度的自组织、自调节和自控制机能，所以人体系统工程既关心状态，更关心过程。4、人体环境系统是如何定义的？答：人体与自然环境、社

6、会环境的相互作用，构成了人体系统的开放性，构成了人体-环境系统。5、影响人体组成的主要因素有哪些？答：社会环境因素；天体和地理因素；物理因素；化学因素；生物因素；行为因素。第二讲 生物传感器1、生物传感器的概念、工作原理？答：（1）、概念：使用固定化的生物分子(immobilizedbiomolecules)结合换能器，用来侦测生物体内或生物体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的一种装置。（2）、工作原理：通过感受器的分子识别作用，生物传感器中的生物敏感材料和样品中的待测物质，发生生物化学反应，产生离子、质子、气体、光、热、质量变化等信号。在一定条件下，信号的大小与样品中被测物质

7、的量存在定量关系。这些信号通过换能器转换成电信号或光信号，再经信号处理放大系统处理后，在仪器上显示或记录下来。2、生物敏感物质的固定化方法及优点？答：（1）、概念：生物活性物质的固定化技术是指通过物理或化学的方法，将酶、抗体、抗原等生物物质限制在一定的区间内，使其只能在特定的区间进行生化反应，但不妨碍底物的自由扩散的技术。（2）、方法：夹心法；吸附法；包埋法；交联法；共价结合法；微胶囊法。（3）、优点：、生物材料固定化后，热稳定性提高；、可以重复使用；、不需要在反应完成后进行生物材料和敏感物质的分离；、能避免外源微生物对生物敏感物质的污染和降解。3、生物传感器的特点？答：（1）、生物传感器由选

8、择性好的主体材料构成的分子一识别元件，因此，一般不需要进行样品的预处理，它利用优异的选择性把样品中被测组分的分离和检测统一为一体。测定时一般不需要另加试剂。（2）、体积小，可实现连续在位监测。（3）、响应快、样品用量少，且由于敏感材料是固化的，可以反复多次使用。（4）、传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器，因而便于推广普及。4、生物传感器的分类？答：（1）、根据生物传感器中分子识别元件（即敏感元件）可分为五类：酶传感器（enzymesensor），生物传感器（microbialsensor），细胞传感器（organallsensor），组织传感器（tissuesensor），免疫传感器（

9、immunolsensor）。显而易见，所应用的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体。 （2）、根据生物传感器的换能器（即信号转换器）分类：生物电极（bioelectrode）传感器，半导体生物传感器（semiconductbiosensor），光生物传感器（opticalbiosensor），热生物传感器（calorimetricbiosensor），压电晶体生物传感器（piezoelectricbiosensor），换能器依次为电化学电极、半导体、光电转换器、热敏电阻、压电晶体等。（3）、以被测目标与分子识别元件的相互作用方式进行分类：生物亲合型生物传感器（affi

10、nitybiosensor）。分类标准生物传感器中分子识别元件生物传感器的换能器敏感元件分子识别部分信号转换器信号转换部分（换能器）主要类别酶传感器酶生物电级传感器电化学电极微生物传感器微生物个体半导体生物传感器半导体免疫传感器抗体和抗原光生物传感器光电转换器细胞传感器细胞器热生物传感器热敏电阻组织传感器动、植物组织压电晶体生物传感器压电晶体5、常用的生物传感器？答：（1）、电化学传感器：传感电极通过电化学仪器将化学和物理信号转化为电信号（电流、电压、电量、阻抗）。电化学传感器分类：、电流型化学传感器；、电位型化学传感器；、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（f

11、iber opticalbiosensor）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（enzyme sensor）：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：、稳定性好，分析精度高。、分析成本最低。、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。、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

12、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（tissue sensor）：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：、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；、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；、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；、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

13、物传感器（Microbial Sensor）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。第三讲 组织工程学1、组织工程的概念、基本原理和方法？答：（1）、概念：应用工程学和生命科学的原理与方法,将在体外培养、扩增的功能相关的活细胞种植于多孔支架上,细胞在支架上增殖、分化,构建生物替代物,然后将之移植到组织病损部位,达到修复、维持或改善损伤组织功能一门科学 。 （2）、基本原理：如下图所示： （3）、方法：只有获

14、得足够量的、具有特定生物学活性的种子细胞，配以合适的生物支架材料，通过特定的构建技术，才有可能在体外制造出具有正常生理结构与功能器官、组织。2、组织工程研究的主要内容？答：（1）、细胞体系的研究：、种子细胞( Seed Cell)干细胞（Stem Cells）定向分化（Directeddifferentiation）。、适于组织工程需要的种子细胞应解决的问题。 （2）、生物材料：、细胞外基质（extracelluarmatrix,ECM）：ECM是细胞附着的基本框架和代谢场所，其形态和功能直接影响所构成的组织形态和功能。、组织工程材料种类：a、天然ECM：胶原、脱细胞技术b、人工的ECM：聚乳

15、酸、聚羟基乙酸、两者的共聚物（PGA-PLA）、聚-羟基丁酯（PHB）；聚乳酸-已内酯的共聚物（PLC）、聚原酸酯、聚磷本酯、聚酸酐等。c、天然高分子同合成高分子的复合物胶原-PCA的复合物等d、有机材料同无机材料的复合物：羟基磷灰石-甲壳素的复合物，羟基磷灰石PLA的复合物等。（3）、组织器官的构建：形成具有生命力的活体组织用最少量的组织细胞修复大块组织缺损任意塑形。3、细胞三维生长的条件？答：（1）、以经过特定的表面处理的生物可降解材料网络或多孔介质为生长构架，在适当的环境条件(物理的和化学的)进行细胞培养；（2）、利用空间微重力条件，避免重力沉降，进行三维培养。4、组织工程支架的要求？答

16、：（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5、药物控释系统的优缺点？答：（1）、优点： 、持续释放并保持有效浓度；、释放位点特异可控；、可保护药物活性；、可实现多种因子的递送。（2）、缺点： 体系复杂，控制较难。第四讲 康复工程1、康复工程的概念、任务和目标？答：（1）、概念：康复工程是工程学在康复医学领域中的应用。利用工程学的原理和手段，通过对所丧失的功能进行代偿和补偿，来弥补功能缺陷，使患者能最大限度的实现生活自理和回归社会。

17、（2）、任务：利用一切现代科学技术、提取残疾人体存在的残留控制信息，为他们提供工具，使他们能从事健全人所能做的一切事情。 （3）、目标：充分利用现代科学技术手段克服人类由于意外事故、先天缺陷、疾病、战争和机体老化等因素产的功能障碍或残疾，使其尽可能最大程度地恢复或代替原有功能，实现最大限度的生活自理、乃至回归社会，以提高人们特别是伤残人士和老年人的生活水平。2、康复工程的研究方法？答：（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；3、康复机械的的定义及残疾人辅助器械的分类？答：（

18、1）、定义：将残疾人使用的、特别生产或一般有效地防止、补偿、抵销残损(Impairment，病损)、残疾（Disablity）“失能”或残障（Handicap）的任何产品、器械、设备或技术系统均称为残疾人辅助器具。一般又称为康复器械。 （2）、分类：治疗和训练辅助器具；矫形器和假肢；生活自理及防护辅助器具；个人移动辅助器具；家务管理辅助器具；家庭及其他场所使用的家具及配件；通讯、信息及信号辅助器具；产品及物品管理辅助器具；环境改善辅助器具和设备、工具及机器；休闲娱乐辅助器具。4、人体外部功能障碍的种类及康复途径？答：（1）、种类：、运动功能障碍：主要指由于截肢、脑瘫、截瘫、偏瘫、儿麻病引起的肢

19、体活动功能障碍。以及外科手术后引起的运动功能障碍。、脑功能障碍：主要指先天性、脑损伤以及老年性脑疾引起的包括学习能力、记忆能力、平衡能力等方面的缺陷。、感观功能障碍：主要指视觉、听觉障碍。、交流功能障碍：主要指由于先天或后天疾病引起语言能力障碍。 （2）、康复途径： 、通过一些装置使功能得到部分或全部恢复：例如最常见的视力缺陷（近视、远视、老花）可通过适当选配眼镜得以恢复。、通过科学的训练，使功能得到逐步恢复：如骨科术后关节活动能力的恢复，中风后的体疗、理疗使肌肉活动能力得到恢复等。、采用专门装置代偿失去的功能：如导盲装置可代偿眼睛辨别障碍物的功能。轮椅代偿截瘫者步行功能，截肢者可以通过安装假

20、肢实现行走或取物功能等。、环境改造与控制例：如对老年行动不便者的居室安装助行的围栏，利用患者尚具有的功能，设计一些人机交互装置用于操纵电灯、电话及其他家用电器等。、护理设施：利用搬运装置进行重残者的搬移、洗浴、采用装置跟踪健忘者防止失踪等护理设施。、精神康复：采用一些设施排除不能外出参与社会活动者的孤寂、忧郁等。5、康复工程新技术的发展趋势？答：（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。6、神经肌肉系统康复设备与功能训练器械？答：神经肌肉系统康

21、复是脑血管意外（CVA）患者和脊髓损伤（SCI）患者康复的重要问题。据广州，上海等六大城市调查结果，脑血管意外的致残率高达71.3，且老龄人口居多。脊髓损伤则主要由于事故或自然灾害造成的伤害。随着老龄人口的增加，神经肌肉系统康复问题将越来越突出。神经肌肉系统的康复设备的目的是为患者提供康复运动的装置，利用和调动神经损伤的自身的修复潜力。第五讲 家庭保健与远程医疗1、家庭保健工程的概念、目标和服务对象？答：（1）、概念：家庭保健（Home Health Care, HHC）工程是生物医学工程中专门致力于研究、开发和生产面向家庭的，与个人身心保健相关的各种医用技术和产品的新的分支领域。 （2）、目

22、标：改变以医院为基础的院内临床医疗为主的方式，逐步建立起以家庭为基础的院前预防、急救，院内诊断、治疗，院外监测、康复，及与日常家庭保健相结合的多元化、多层次的现代医疗卫生保障体系。 （3）、服务对象：手术后在家中恢复的病人；残疾和老年人；高发病人群的家庭监护；健康人的家庭监护。2、家庭保健设备的应用方面？答：(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、

23、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

24、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。3、远程医疗的概念、目标和基础？答：（1）、概念：使用远程通信技术、全息影像技术、新电子技术和计算机多媒体技术发挥大型医学中心医疗技术和设备优势对医疗卫生条件较差的及特殊环境提供远距离医学信息和服务。 （2）、目标：、医学信息(数据)的传输速率的提高：随着光纤通信技术、计算机的速度和存储容量、通信方式的演进，医疗信息可走上一条高速、大容量的通道。 “信息高速公路”使得远程医疗才能接近目前医院中患者与医生交流的实际环境。、虚拟医院(h

25、yper hospital)：虚拟医院是一种基于计算机网络的虚拟现实系统,建立在一个分布的计算机网络上，各节点代表了门诊室、护士室、检验科等，提供了一个友好的人-机-人的界面。、对于病人：可以随时在远程以不同身份登录，利用个人的医疗 信息记录，还可以设置个人环境。、对于医生：各专家（包括人工专家）可以协同工作；利用世界上的各种医学数据和新闻；利于评价医疗效果。 （3）、基础：、多媒体技术：媒体采集；媒体存储；压缩/解压缩；图像处理；用户界面。 、通信技术：网络接口；网络协议；视频传输；音频传输；静态图像传输；病历档案；骨干网络。4、远程医疗的意义和潜在的效益？答：（1）、意义：、在一定程度上缓

26、解了我国专家资源、中国人口分布极不平衡的现状。 、缓解了偏远地区的患者转诊比例高、费用昂贵的问题。 （2）、潜在效益：人们能够享有更好的医疗保健,特别是偏远地区；可降低保健费用(交通、工资、床位费、早诊断早治疗)；当地的社区医院可以有较高的收入；病人在家中接收远程医疗可减轻许多医院就医时的思想压力容易建立跨越国界的护理和医疗标准；医生在会诊中业务水平得以提高；能提高急救诊治水平等。5、远程医疗的几个重要的应用领域？答：（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

27、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。第六讲 仿生学、机器人1、仿生学(Bionics)：模仿生物系统的原理以建造技术系统，或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学。Bion - 生命单元。ics 工程技术。2、仿生学的研究方法？答：（1）、从生物体出发，通过观察、研究它的某种结构和功能，排除一些无关因素并加以简化，提出一个生物模型。 （2）、将有关生物模型的实验资料翻译成数学语言，用数学公式来表示，变成具有普遍意义的数学模型。 （3）、根据数学模型或直接根据生物模型，用各种手段（电子线路、机械结构、化学结构等）制作出可以在工程技术上进行实

28、验的实物模型，再经过反复验证，发展成技术模型，最终制作成技术装置。整个过程就实现对生物系统的工程模拟。3、仿生学符号：4、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。5、“机器人三守则”？答：1950年，美国著名科学幻想小说家可西莫夫在他的小说我是机器人中，提出了有名的“机器人三守则”：（1）、机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人类将受害而袖手旁观；（2）、机器人必须绝对服从于人类，除非这种服从有害于人类；（3）、机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或

29、者是人类命令它作出牺牲。 这三条守则，给机器人社会赋以新的伦理性，并使机器人概念通俗化，更易于为人类社会所接受。至今，它仍为机器人研究人员、设计制造厂家和用户提供了十分有意义的指导方针。6、机器人进化？答：工业机器人（主要理论是力学和经典控制论）遥控机器人（主要用于危险性大、环境恶劣的场合）智能机器人（将人工智能等成果融入机器人系统中）进化机器人（设计原理侧重于生物运动学、遗传学与进化论等）7、使用医疗外科机器人的目的？答：（1）、最大程度地利用现有技术，以提高疾病的诊断和手术治疗的质量。 （2）、拓宽手术治疗的范围，使原来无法进行的手术在新设备新的支持下能够进行。 （3）、拓宽微创手术治疗范

30、围，缩短病人术后恢复时间。 （4）、降低手术中的作用的放射性设备或药品对医患的伤害。 （5）、缩短手术时间，降低医疗成本。 （6）、提高手术的可视化程度，使手术安全性得到提高。第七讲 医用成像技术1、X线成像的原理？答：（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

31、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。2、X线放射防护？答：我们在使用X线时要遵循下列原则：（1）、时间防护：指尽可能减少在X线场内的时间，尽量缩短 照射时间；（2）、距离防护：指X线机工作时，应尽可能使工作人员远离X线源；（3）、屏蔽防护：指在X线源和人员间放置一种能吸收X线的物质，如铅玻璃、混凝土。3、数字减影血管造影：利用计算机处理数字化的影像信息，通过减影处理，消除骨骼和软组织影像, 从而得到清楚血管影像的一种成像技术。4、数字减影血管造影DSA有三种基本方法？答：时间减影、能量减影、混合减影。5、DSA的优点？答：（1）

32、、图像中没有原来的骨与软组织影，使血管显示清楚。（祛除伪影）（2）、减少了造影剂浓度与用量，减少了造影剂的并发症。（减少剂量和并发症）（3）、运用图像处理技术进行造影后处理，提高了图像质量与增强了更多信息。（提高质量）（4）、由于实时显示，使结果很快显示，有利于立即做介入性处理。（节约时间）6、DSA的缺点？答：（1）、对于运动器官或不自主运动（如胃肠道）部位不宜做DSA。（2）、静脉法DSA显示细小血管不够清楚。（3）、视野小，球管包含的范围不够大。7、CT系统的工作原理？CT机的发展概况？答：（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

33、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。8、CT的优点及局限性？答：（1）、优点：、密度分辨率高：能分辨人体组织细小的 吸收差异，提高了病变的检出率。、获得真正的断面图像。 、可以进行定量分析。 （2）、局限性：、空间分辨率低于X线平片，提高空间分辨率是今后CT机需要解决的问题。、CT的检查范围并不是对人体的所有部位、器官都

34、有效对心脏、胃肠道的检查还比不上心脏彩超、电子胃镜等。、CT的定性、定位诊断只是相对而言，它的定性终究比不上病理结果。、不能反映脏器的功能和生化信息：CT图像基本上反映了解剖学的情况，脏器功能和生化信息还很薄弱。9、多层面CT的临床应用优势？答：（1）、图像质量大大提高。（2）、扫描覆盖范围大。（3）、CT血管成像。（4）、CT扫描速度较常规CT显著提高。（5）、比普通螺旋CT扫描速度快48倍，对病灶血供情况显示具有明显优势。（6）、仿真内窥镜技术。（7）、除了显示大血管之外，CT还可以显示毛细血管染色情况，即CT灌注成像。（8）、扫描时间缩短，增强造影剂用量明显减少。（9）、探测器探测能力提

35、高，延长了X线球管的寿命，大幅度降低了检查中病人接受X线的射线剂量。10、超声成像的种类？答：(1)、A型(Amplitude mode)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(Brightness mode)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-dimentional ultrasonograph)目前广泛应用于临床的是实时显像(Real-time imaging)。(3)、M型(Motion type)超声诊断法：是B型超声的一种特殊显示方式，能够

36、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。11、PACS概念的提出？答：1981年夏，由迈阿密大学医学院A. J Duerinckx提出医学图像存档与传输系统（picture archiving and communication system, PACS）。 PACS是指包括医学图像采集、存储、传输和显示等过程的全数字系统。主要是指将医院内的各类X射线

37、、CT、MRI以及超声等医学图像数字化以后，输入到计算机中进行分类归档存储和处理，并通过计算机网络进行传输，使医院内各个科室和部门能够进行医学图像信息共享，或通过远程网络传输进行远程医疗服务，使医学图像信息得到最大限度的利用。12、数字医学图像的标准？答：（1）、涉及医学图像信息的主要医学工业标准有两个，即第7套医院健康标准（Heslth Level 7,HL-7)和医学数字成像与通信标准（DICOM）。（2）、HL-7标准规定了关键文本信息在医疗信息系统（如HIS、RIS、PACS）间交换时的数据格式和通信协议，在PACS体系结构中，它是保证系统开放性的一个重要环节。（3）、DICOM标准规

38、定了医学图像信息在PACS的不同医学成像实体间交换信息时的数据格式和通信协议。到目前为止，它是医学图像和PACS所依赖的最重要的标准。13、目前，PACS系统研究主要集中在以下领域？答：（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

39、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。第八讲 生物材料本节提纲：一、生物材料概述：1.生物材料的发展概况；2.生物材料的分类及性能；3.生物医学材料的安全性；二、医用金属材料； 三、医用无机材料； 四、医用高分子材料； 五、医用复合材料；六、仿生生物材料； 七、纳米医学材料；1、生物材料的概念？答：用于与生命系统接触和发生相互作用的，并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的特殊功能材料，又称生物医用材料（Biomedical Materials）。2、生物材料

40、的分类？答：（1）、按材料属性分类 ：、医用金属材料：包括不锈钢、钴基合金，钛及合金等，广泛应用于人工假体、人工关节、医疗器械等；、医用无机材料：主要是生物陶瓷；、医用高分子材料：根据来源分为天然的和合成的，用于人体器官、组织、关节、药物载体等；、医用复合材料：不同种材料的混合或结合，克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。（2）、按材料的功能分类：、硬组织相容性材料：如医用金属、聚乙烯、生物陶瓷等，主要用于生物机体的关节、牙齿及其他骨组织等；、软组织相容性材料：主要用于人工皮肤、人工气管、人工食道、人工输尿管、软组织修补等领域，如隐形眼睛片的高分子材料，人工晶状体、聚硅氧烷、聚氨基酸等；、

41、血液相容性材料：主要用于人工血管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用吸附剂、细胞培养基材等；、生物降解材料：如甲壳素、聚乳酸等，主要用于吸收型缝合线、药物载体、愈合材料、粘合剂以及组织缺损用修复材料；、高分子药物：多肽、胰岛素、人工合成疫苗等，用于糖尿病、心血管、癌症以及炎症等；（3）、按材料来源分类：、自体组织：如人体听骨、血管等替代组织；、同种异体器官及组织：如不同人体之间的器官移植；、异种器官及组织：如动物骨、肾替换人体器官；、天然生物材料：如动物骨胶原、甲壳素、珊瑚等；、人工合成材料：如各种人工合成的新型材料；（4）、按使用部位分类：、硬组织材料：骨、牙齿用材料； 、软组织材料：软骨、脏

42、器用材料；、心血管材料：心血管以及导管材料；、血液代用材料：人工红血球、血浆等；、分离、过滤、透析膜材料：血液净化、肾透析以及人工肺气体透过材料等；3、生物材料的性能？答：（1）、宿主反应与材料反应：、宿主反应的类型：a、局部组织反应:机体组织对植入手术创伤的一种急性或炎性反应，是最早的宿主反应；b、毒性反应:由于植入器件在加工和消毒过程中吸收或形成的低分子量产物在机体内渗出或因生理降解所产生的毒性物质所引发的一种反应；c、过敏反应:与全身毒性反应相同；d、致癌、致畸、致突变反应:因材料中含有致癌物质或材料在体内降解中产生的致癌物质所致；e、适应性反应:属于慢性和长期性反应；、材料反应的类型:

43、a、生理腐蚀:材料在生理环境作用下的一种腐蚀。这种生理腐蚀对医用金属材料尤为重要；b、吸收材料:在体液或血液中吸收某些成分而改变其性能的过程。这种吸收过程是慢性和远.期反应；c、降解与失效:降解是材料在生理环境作用下发生结构破坏与性质蜕变的一个过程;失效是指材料在生物环境的作用下而丧生其应有功能；（2）、生物功能性：指生物材料具备或完成某种生物功能时应该具有的一系列性能。根据用途主要分为:、承受或传递负载功能：如人造骨骼、关节和牙等，占主导地位；、控制血液或体液流动功能：如人工瓣膜、血管等；、电、光、声传导功能。如心脏起博器、人工晶状体、耳蜗等；、填充功能。如整容手术用填充体等；（3）、生物相

44、容性：指生物材料有效和长期在生物体内或体表行使其功能的能力。用于表征生物材料在生物体内与有机体相互作用的生物学行为。根据材料与生物体接触部位分为：、血液相容性。材料用于心血管系统与血液接触，主要考察与血液的相互作用；、与心血管外的组织和器官接触。主要考察与组织的相互作用，也称一般生物相容性；、力学相容性。考察力学性能与生物体的一致性；4、生物医学材料的基本要求？答：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

45、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。5、金属材料的概念、特性及常用金属材料分类？答：（1）、概念：金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称外科用金属材料。 （2）、特性：它是一类生物惰性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能，具有良好的生物力学性能及相关的物理性质外，还必须具有优良的抗生理腐蚀性、生物相容性、无毒性和简易可

46、行及确切的手术操作技术 。 （2）、分类：不锈钢、钴基合金、钛及其合金、形状记忆合金和贵金属，此外还有纯金属钽、铌、铬等。 6、不锈钢的特性及其应用？答：（1）、特性：铁基耐蚀合金（一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成），易加工、价格低廉 。不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷加工而提高，避免疲劳断裂。 （2）、应用：一般不锈钢制成多种形体，如针、钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和人工假体而用于临床，不锈钢还用于制作各种医疗仪器和手术器械。如不锈钢骨钉。7、钴（Co）基合金的特性及其应用？答：（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

47、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。8、钛（Ti）基合金的特性及其应用？答：（1）、特性：临床应用广泛，其质量轻、强度高、力学性质接近人骨、强度远低于纯钛，耐疲劳、耐蚀性均优于不锈钢和钴基合金，但生物相容性和表面活性好，是较为理想的一种植入材料。抗断裂强度较低，耐磨性能不尽人意

48、，加工困难。冶炼及成型工艺复杂，要求条件较高。（2）、应用：主要用于：修补颅骨，制成钛网或钛箔用于修复脑膜和腹膜、人工骨、关节、牙和矫形物、人工心脏瓣膜支架、人工心脏部件和脑止血夹、口腔颌面矫形颌修补、手术器械、医疗仪器颌人工假肢等。如头颅微型钢板、钛板。9、形状记忆合金的特性及其应用？答：（1）、特性：记忆合金是一种原子排列很有规则的马氏体相变合金。这种合金在外力作用下会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状。由于它具有百万次以上的恢复功能，因此叫做"记忆合金"。当然它不可能像人类大脑思维记忆，更准确地说应该称之为"形状记忆合金"

49、。此外，记忆合金还具有无磁性、耐磨耐蚀、无毒性的优点，因此应用十分广泛。自1951年美国首次报道Au-Cd（金-镉）合金具有形状记忆效应以来，目前已发现有20多种记忆合金，比如钛镍合金，金镉合金，铜锌合金等,其中以镍钛合金在临床上应用最大。（2）、特点：奇特的形状记忆功能、质轻、磁性微弱、强度较高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等。（3）、应用：、管腔狭窄的治疗：（喉气管狭窄、食管狭窄、胆道狭窄、尿道狭窄及闭锁等），如用作食管支架、血管支架等；、口腔科：用这种材料做成的种植牙具有齿槽骨切口小，固定牢靠等优点；、骨科：人工关节，断骨连接、弯曲脊柱矫正；、血管外科：治疗主动脉瘤、冠状动脉和椎动

50、脉狭窄等； 10、贵金属（noble metal）的特性及其应用？答：（1）、特性：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。 （2）、应用：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。11、纯金属钽（Ta）、铌（Nb） 、铬（Cr）的特性及其应用？（以钽为例）答：（1）、物理性质：质地坚硬、熔沸点高、延展性好。钽的质地十分坚硬，硬度可以达到6-6.5。它的熔点高达2996 ，仅次于钨和铼，位居第三。钽富有延展性，可以拉成细丝式制薄箔。其热膨胀系数很小，韧性很强，比铜还

51、要优异。医疗上用来制成薄片或细线，缝补破坏的组织。（2）、化学性质：耐酸性，但不耐碱。钽还有非常出色的化学性质，具有极高的抗腐蚀性。无论是在冷和热的条件下，对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应。在175度的浓硫酸中1年，被腐蚀的厚度为0.0004毫米，将钽放入200的硫酸中浸泡一年，表层仅损伤0.006毫米。在250度时，腐蚀速度有所增加，为每年被腐蚀的厚度为0.116毫米.但是钽更害怕强碱，在110度40%浓度的烧碱溶液里，钽会被迅速溶解。（3）、生物学性质：、结构疏松、利于生长。在显微镜下该材料结构如同松质骨，其空隙大小在400-600m之间，整体互联的孔隙率高达75%-85%a多孔担所具有的

52、三维多孔结构更有利于成骨细胞薪附、分化和生长，促进骨长入，从而加强植入体与骨之间的链接，实现生物固定，同时它也更有利于水分和营养物质在植入体内的传输，促进骨组织再生和重建，加快愈合过程。、抗生理腐蚀性和可塑性。独特的表面负电性使其具有优良的抗血栓性能和生物相容性，还有很高的抗缺口裂纹能力。植入骨内能和周围的新骨形成骨性结合；植入软组织中，肌肉等组织可依附在钽条上正常生长。（5）、应用：、退火后的纯钽很软，可加工成板、带、箔、丝等使用；主要用作接骨板、颅骨板、骨螺钉、种植牙根、颌面修复体、义齿及外科手术缝线和缝合针；、钽网可用于肌肉缺损修补；、钽丝和箔用于缝合修补受损的神经、肌腱和血管；、钽还可

53、以用于血管内支架及人工心脏、植入型电子装置；钽的同位素可用于放射治疗。、只是由于资源少、价格较高，使其推广受很大限制。12、无机生物材料的特性及分类？答：（1）、特性：无毒、与生物体组织有良好的生物相容性、耐腐蚀。基本都是脆性材料，容易破裂，发展方向应向开发复合（多相）生物材料以及在金属基体上加涂无机生物陶瓷涂层（薄膜）材料的方面引导。 （2）、分类：包括生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料三大类，主要用于齿科、骨科修复和植入材料。13、生物陶瓷的应用、特性？答：（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，

54、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。14、氧化铝及羟基磷灰石的特性及应用？答：（1）、氧化铝：、优点：生物相容性良好，在人体内稳定性高，机械强度较大。、缺点:a、与骨不发生化学结合，长时间后与骨的固定会发生松弛;b、机械强度不高;c、杨氏模量过高(380GPa);d、摩擦系数、磨耗速度较大。、措施：若采用多孔氧化铝，把氧化铝陶瓷制成多孔质形态，使骨组织长入其孔隙而使植入体固定，保证植入物与骨头的良好结合。但这样做也有缺点：采用多孔氧化铝会降低陶瓷的机械强度，多孔氧化铝陶瓷的强度随空隙率的增加而急剧降低。只能用于不负重或负重轻的部位。如果将金属与氧化

55、铝复合在金属表面形成多孔性氧化铝薄层，这个问题就解决了。比如：氧化铝生物陶瓷，采用高纯氧化铝生物陶瓷制备关节头，无钒钛合金制备关节柄，并在柄部涂覆生物活性陶瓷涂层，有效地解决了人工关节易磨损、生物相容性不佳、松动、下沉等问题，提高了其使用寿命。（2）、羟基磷灰石:分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，简称HA。、特性：HA植入骨组织后，通过外延生长和骨产生牢固的化学健结合，即骨性结合。具有非常好的生物活性、生物降解性，并能被人体吸收，它的单位晶胞与人体骨组织相同，但其性脆、强度不高，不能直接用于承受载荷大的种植体。 、应用：修复骨组织；置换听小骨；覆盖钛合金假牙。比如：采用羟基磷灰石和聚-D

56、L-乳酸制备成可吸收内固定材料，抗弯强度120MPa，植入体内无需二次手术取出，对组织无刺激，能被人体完全吸收，最终代谢为二氧化碳、水、钙和磷矿物质排出体外，部分钙和磷参与成骨，无任何毒副作用。适用于人体松质骨骨折、截骨术和关节融合术的骨块（段）固定。 （3）、羟基磷灰石陶瓷：羟基磷灰石具有非常好的生物活性，可与聚合物复合用于人造骨，当人骨组织长入羟基磷灰石孔洞中时，可起到加强作用，效果更好。羟基磷灰石作为金属种植体表面涂层，能大大提高人体骨长入孔洞的速度。15、生物玻璃的特性、分类？答：（1）、特性：生物玻璃经特别设计的化学组成可诱发生物活性的含氧化硅化合物。如将某些玻璃在适当的高温进行晶化处理，则玻璃中可析出大量微小晶体，这样的玻璃称为微晶玻璃、结晶化玻璃或玻璃陶瓷。 （2）、分类：生物