2024年大学试题(医学)-生物医学工程历年高频考点试卷专家荟萃含答案

2024年大学试题(医学)-生物医学工程历年高频考点试卷专家荟萃含答案（图片大小可自由调整）第1卷一.参考题库(共25题)1.远程医疗的意义和潜在的效益？2.蛋白质组生物技术包括哪些？3.简述人工耳蜗的概念、原理？4.人体——环境系统是如何定义的？5.简述复合生物材料的性能特点？6.纯金属钽（Ta）、铌（Nb）、铬（Cr）的特性及其应用？（以钽为例）7.远程医疗的几个重要的应用领域？8.简述数字医学图像的标准？9.简述PCR的步骤。PCR是如何使得特异性DNA片段以几何级数倍增的？10.氧化铝及羟基磷灰石的特性及应用？11.脑电图的作用和特征是什么？12.简述CT系统的工作原理？CT机的发展概况？13.简述超声成像的种类是什么？14.远程医疗的概念、目标和基础？15.磁共振信号的采集方式是什么？16.什么是人体系统和其组成模型？17.简述生物材料的分类？18.生物体的磁场主要来自哪三个方面？19.简述生物材料的概念？20.生物传感器的概念、工作原理？21.结合所熟悉的研究方向，谈谈你对于生物医学工程专业的认识与了解？22.什么是生物材料的生物相容性？23.什么是基因组？24.简述透视X射线成像系统的工作原理？25.数字减影血管造影DSA有三种基本方法？第2卷一.参考题库(共25题)1.简述人工心脏的组成及其特性？2.简述心电图机的基本结构及其工作原理？3.简述生物医学工程学的概念。4.形状记忆合金的特性及其应用？5.分子仿生6.简述生物力学的研究内容。7.简述生物材料的性能是什么？8.简述机器人进化是什么？9.激光对组织的生物效应都有哪些？10.发展“省钱”的生物医学工程学的重点？11.康复机械的的定义及残疾人辅助器械的分类？12.试述组织光透明技术在生物医学成像的作用及应用前景？13.简述DSA的缺点是什么？14.简述心脏搏动的力学过程？15.X射线的性质有哪些？16.简述人工心肺机的基本结构？17.使用医疗外科机器人的目的？18.按声速和阻抗的不同，人体组织可分成哪几类？简述B超图像诊断的物理基础？19.组织工程支架的要求？20.简述生物医用复合材料按基分类？21.无机生物材料在临床上的几种应用？22.生物医学工程学所包括的内容有哪些？23.生物医学工程学的特点有哪些？24.生物医学工程学的研究对象有哪些？25.金属材料的概念、特性及常用金属材料分类？第3卷一.参考题库(共25题)1.三维超声有哪些成像方式？每种方式的主要优缺点是什么？2.人工肾的概念、组成部分？透析疗法包括哪些？3.人工肽类生物材料的优点有哪些？4.激光治疗的手段有哪三种？5.医疗诊断中的超声诊断技术包含哪些？6.简述生物传感器的发展趋势。7.康复工程新技术的发展趋势？8.简述生物陶瓷的应用、特性？9.简述激光扫描共聚焦显微镜的基本原理、特点及应用领域。10.生物医学工程的概念、内涵和特点？11.天然可降解高分子材料的分类及其应用？12.请论述纳米光学探针在活体动物成像中的应用？13.贵金属（noblemetal）的特性及其应用？14.简述人工肝的概念、分类？15.手术机器人的定义、构成及其不足之处？16.简述生物医学工程的层次结构？17.光在人体组织中传播的理论模型中，典型的三种是什么？18.简述高分子载体药物的优点？19.X-CT图像重建问题的本质是什么？20.药物控释系统的优缺点？21.简述基因工程载体的基本要求和特点？22.生物医学图像的质量评价指标有哪些？23.生物医学工程学发展的战略原则？24.简述人工器官的概念、分类及特点？25.什么是毫米波，毫米波在医学应用中有哪些特色与优点？第1卷参考答案一.参考题库1.参考答案: （1）意义： ①在一定程度上缓解了我国专家资源、中国人口分布极不平衡的现状。 ②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： ①人们能够享有更好的医疗保健，特别是偏远地区； ②可降低保健费用（交通、工资、床位费、早诊断早治疗）； ③当地的社区医院可以有较高的收入； ④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 ⑤容易建立跨越国界的护理和医疗标准； ⑥医生在会诊中业务水平得以提高； ⑦能提高急救诊治水平等。2.参考答案:1.双向凝胶电泳 2.质谱技术 3.酵母双杂交技术3.参考答案: （1）概念：人工耳蜗，又称电子耳蜗，或耳蜗埋植，人工电子耳。是植入式电子装置，能将声能转换成电能，通过植人鼓阶、圆窗或耳囊内的电极，直接刺激耳蜗内残余的听神经纤维，使聋人产生听觉。 （2）原理：人工耳蜗是模拟耳蜗的生理功能的电子装置，由体内和体外两部分组成。 ①体外部分：像助听器一样戴在外部。 A.微型话筒：接收外界声能并转换成电信号； B.言语处理器：根据特殊信号处理方案调制信号，处理过的信号被放大到一定幅度，送到发射线圈上； C.信号发送装置：经电磁感应方式或经射频发射方式，将信号传送到植入部分的接收线圈上。 ②体内部分 A.接收器／刺激器：将信号放大，再传送到电极上，放于颞骨上磨出之凹槽内。 B.电极：电极植入耳蜗之鼓室阶内，直接刺激残余的耳蜗神经成分。4.参考答案:人体与自然环境、社会环境的相互作用，构成了人体系统的开放性，构成了人体-环境系统。5.参考答案:比强度、比模量；抗疲劳性能好；抗生理腐蚀性好；力学相容性能好。6.参考答案: （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： ①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400-600μm之间，整体互联的孔隙率高达75%-85%a多孔担所具有的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。 ②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： ①退火后的纯钽很软，可加工成板、带、箔、丝等使用； ②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； ③钽网可用于肌肉缺损修补； ④钽丝和箔用于缝合修补受损的神经、肌腱和血管； ⑤钽还可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。 ⑥只是由于资源少、价格较高，使其推广受很大限制。7.参考答案: （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。8.参考答案: （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（HeslthLevel7，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。9.参考答案: PCR分三步： ①双链模板DNA变性。双链解开成单链。 ②退火。 即引物与单链DNA两端互补序列配对，形成DNA聚合反应中的模板与引物的关系。没有引物的帮助，所有的DNA聚合酶都无能力从头合成一条新链。 ③链的延伸。 DNA聚合酶从引物3’-OH端开始进行聚合酶反应，直至完全产生两条互补的新链。 三个反应阶段结束后，又可以开始下一次的循环，引物链的延伸产物与原来的模板DNA经加热变性后，也作为模板DNA和另一个引物互补，在DNA聚合酶作用下又发生引物链的延伸反应。这样反复循环数十次，可使特异性DNA片段以几何级数倍增。10.参考答案: （1）氧化铝： ①优点：生物相容性良好，在人体内稳定性高，机械强度较大。 ②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。 ③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。 ①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。 ②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-DL-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。11.参考答案:作用： 脑电图共临床诊断和神经生理研究，诸如诊断癫痫、进行航空神经生理研究等： 1.脑电图是诊断某些精神疾患的重要依据 2.脑血管疾病会影响脑血管及周边组织的形态和特征，进而使得脑电图发生特定的改变，因此脑电图也是诊断这类疾病的重要依据 3.脑电图在麻醉领域中也有重要的应用 4.由于脑电源自大脑，因此脑电图在临床诊断中，尤其在神经疾病的诊断中扮演着举足轻重的总用 特征： 1.脑电图的波形不规则； 2.脑电图的波形随生理情况的改变而变化12.参考答案: （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。13.参考答案: （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。14.参考答案: （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： ①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。 ②虚拟医院（hyperhospital）：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。 ③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。 ④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： ①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。 ②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。15.参考答案:用射频信号激励样本后产生的横向磁化向量用于最终成像。为了获得所需要的图像，通常的办法是采用一个特定的射频脉冲序列来激励。不同形式的脉冲激励将直接影响磁共振图像的灰度、对比度等指标。16.参考答案: （1）人体系统：人体是一个包括在宇宙这个超级系统中的、开放的、复杂的巨系统。 （2）组成： ①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。 ②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。 ③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。17.参考答案: （1）按材料属性分类： ①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； ②医用无机材料：主要是生物陶瓷； ③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； ④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： ①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； ②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； ③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； ④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； ⑤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： ①自体组织：如人体听骨、血管等替代组织； ②同种异体器官及组织：如不同人体之间的器官移植； ③异种器官及组织：如动物骨、肾替换人体器官； ④天然生物材料：如动物骨胶原、甲壳素、珊瑚等； ⑤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： ①硬组织材料：骨、牙齿用材料； ②软组织材料：软骨、脏器用材料； ③心血管材料：心血管以及导管材料； ④血液代用材料：人工红血球、血浆等； ⑤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；18.参考答案:1.生物电流是引起生物磁场的源泉。 2.由生物磁性材料产生的感应场。 3.生物体本身含有的磁性物质产生的磁场。19.参考答案: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（BiomedicalMaterials）。20.参考答案: （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。21.参考答案:生物材料与组织工程是学校重点建设的新型交叉学科，以提高人类生活质量为目标。学科组与基础医学、临床医学等学科的研究人员和专家医生紧密合作，发挥理、工、生、医相结合的优势，开展高分子生物材料、先进药物释放系统、纳米材料、组织工程与再生医学、生物分子工程领域的基础和应用研究，培养跨学科高水平研究和开发人才。学科组特别重视在物理、化学、材料、生物、医学、工程交叉领域的原始创新性基础和应用研究，重视有产业化前景和社会价值的高技术开发。包括生物可吸收内固定材料、防术后组织粘连材料、聚电解质复合物、生物活性组织工程支架、高分子水凝胶、生物纤维，以及具有特殊功能的不可吸收高分子生物材料，包括整形弥补材料、高透氧隐型眼镜材料。22.参考答案:生物相容性是指植入材料与机体之间的相互适应性。可分为组织相容性和血液相容性。23.参考答案:基因组（genome）指生物体遗传物质的全部序列，它包括每一条染色体和任何亚细胞器的DNA的序列。24.参考答案:整个系统在计算机的控制下协调工作。由X射线管产生的X射线先通过影像增强管得以增强，其输出的图像由摄像管采集后送入对数放大器。之后，经过模拟/数字转换器，将模拟信号转换为数字信号，并送入图像存储器。所采集的数字图像经过各种处理后可以再经过数字/模拟转换器送到监视器上显示，也可以用各种存储媒体将它们保存起来。25.参考答案: 时间减影、能量减影、混合减影。第2卷参考答案一.参考题库1.参考答案: （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）。2.参考答案: 通常心电图机包括输入电路、心电放大、心电测量、心电记录和电源供给五部分。 心电输入电路包括过压保护、高频滤波、缓冲放大器、威尔逊网络、导联选择电路。过压保护和高频滤波电路确保病人安全和心电图机免遭高压冲击，同时阻止外界高频干扰信号进入心电图机的前置级。 心电放大电路基本上是由前置放大电路、中间级放大电路和功率放大电路组成。前置放大极的作用是将微弱的心电信号加以放大，需要具有良好的抗干扰能力。中间级放大将心电信号进一步放大，增益调节、阻尼调节、增益选择、50Hz电源滤波、35Hz肌电滤波、位移等功能可在这极实现。 功率放大电路把经过前置放大和中间级放大后的心电信号再放大到使记录笔能恰当偏转的电平，驱动记录器进行心电描记。 心电机记录电路由走纸马达（交流电机）调速、稳速电路、记录笔调温电路、记录器组成。3.参考答案:生物医学工程学是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学的角度，在多层次上研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象，研究用于防病、治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统的工程原理的学科。4.参考答案: （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"。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： ①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； ②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； ③骨科：人工关节，断骨连接、弯曲脊柱矫正； ④血管外科：治疗主动脉瘤、冠状动脉和椎动脉狭窄等；5.参考答案: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。6.参考答案:生物力学研究的重点是与生理学、医学有关的力学问题。依研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。7.参考答案: （1）宿主反应与材料反应： ①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； ②、材料反应的类型： 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： ①承受或传递负载功能：如人造骨骼、关节和牙等，占主导地位； ②控制血液或体液流动功能：如人工瓣膜、血管等； ③电、光、声传导功能。如心脏起博器、人工晶状体、耳蜗等； ③填充功能。如整容手术用填充体等； （3）生物相容性：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： ①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； ②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； ③力学相容性。考察力学性能与生物体的一致性；8.参考答案: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）9.参考答案:研究表明激光对组织的生物效应主要包含热效应、光化学效应、压强作用、电磁场效应和生物刺激效应，其中压强作用和电磁场效应主要由中等功率以上的激光所产生、光化学效应在低功率激光照射时特别重要，热效应存在于所有的激光照射，而生物刺激作用则只发生在弱激光照射时。10.参考答案: ①有限功能目标的选择和合理确定； ②先进的总体（系统）设计思想； ③系统可靠性保证； ④使用操作简便； ⑤耐受性和鲁棒性。11.参考答案: （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： ①治疗和训练辅助器具； ②矫形器和假肢； ③生活自理及防护辅助器具； ④个人移动辅助器具； ⑤家务管理辅助器具； ⑥家庭及其他场所使用的家具及配件； ⑦通讯、信息及信号辅助器具； ⑧产品及物品管理辅助器具； ⑨环境改善辅助器具和设备、工具及机器； ⑩休闲娱乐辅助器具。12.参考答案: 作用：生物组织属于浑浊介质，具有高散射和低吸收的光学特性，这种高散射特性限制光在组织的穿透深度和成像的对比度，使得很多光学成像技术只能用于浅表组织，制约了光学手段检测诊断及治疗技术的发展和应用。生物组织光透明技术的作用就是通过向生物组织中引入高渗透、高折射、生物相容的化学试剂，来改变组织的光学特性，以此来暂时降低光在组织中的散射、提高光在组织中的穿透深度，从而提高光学成像的成像深度，推动成像技术的发展和新方法的产生。 前景： 1、应用骨组织使得骨组织变得光透明，进而对骨组织下的组织成像，避免手术开骨窗照成的伤害，如应用于颅骨，用得当的成像方法获得皮层神经亚细胞结构与微血管信息； 2、解决皮肤角质层的天然阻挡作用，促进透皮给药系统的研究和应用； 3、皮肤光透明剂的发展推动光学相干断层成像技术的发展； 4、光透明剂使得光辐射能在生物组织达到一定深度之后，可以极大地推动光学显微成像、光学手段检测诊断及治疗技术的发展和应用。推进无损光学成像技术在临床上的发展。13.参考答案: （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。14.参考答案: 心室的舒张和收缩类似于活塞式的发动机。在一个心搏周期内，心动过程经历了4个时期： ①心室充盈期：心脏舒张，心肌松弛。心室内压力变化不大，心室容积变大。 ②等容收缩期：心肌收缩，心室内压力迅速提高。等容收缩期末端打开主动脉瓣。 ③射血期：受到高压的血液经主动脉瓣流入主动脉，心室容积逐渐变小。射血期末端关闭主动脉瓣。 ④等容舒张期：心肌松弛，心室内压力下降。等容舒张期末端打开二尖瓣。15.参考答案:1.穿透作用：X射线波长短、能量大、能穿透一般光线不能穿透的物质； 2.荧光作用：当X射线照射某些物质（如磷、钨酸钠等）时能产生荧光； 3.电离作用：具有足够能量的X射线光子能击脱物质原子轨道上的电子而使之产生电离； 4.生物效应：生物细胞在受到X射线的电离辐射后有可能会造成损伤甚至坏死。16.参考答案: 人工心肺机主要包括：血泵（又称人工心）；氧合器（又称人工肺）；变温器；滤血器；储血器；管路以及监测系统等。 （1）血泵（人工心）：通过机械方法驱动血液流动以临时代替心室的搏出功能以及术中失血的回收，以维持机体的血液循环。还用于心脏停搏液的灌注。可分为指压式、囊式、滚柱式和离心式。 （2）氧合器（人工肺）：在体外循环中完成血液和外部氧和二氧化碳的交换。一般可分为转碟式、鼓泡式和膜式。 ①鼓泡式：血液被氧气（或氧与二氧合碳混合气）吹散过程中进行气体交换，血液中形成的气泡用硅类除泡剂消除，根据形态有筒式和袋式，是目前应用最广的。 ②膜式：用高分子渗透膜制成，血液和气体通过半透膜进行气体交换，血、气互相不直接接触，血液有形成分破坏少，其外形有平膜式和中空纤维式。 （3）滤血器； （4）变温水箱：用于在手术开始时降低病人基础体温，以减少组织代谢，而在手术结束时恢复体温。17.参考答案: （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。18.参考答案:①按声速和阻抗的不同，人体组织可分成三类：气体和充气的肺、液体和软组织、骨骼和矿物化后的组织。 ②不同种类的人体组织存在着较大的阻抗差别，超声很难从某一类材料传到另一类材料区域中去，因此使得超声成像只能用于那些有液体和软组织的、且声波传播通路上没有气体或骨骼阻挡的那些区域。在液体和软组织中，声速和阻抗变化不大，使得声反射量适中，既保证了界面回波的显像观察，亦保证了声波可穿透足够的深度，而且接收回波的时延与目标深度成近似的正比关系，这是B超诊断图像成功应用必要的物理基础。19.参考答案: （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20.参考答案: （1）无机基生物医用复合材料：无机基复合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基体，通过不同方式引入颗粒、晶片、晶须或纤维等形状的增强体材料而获得的一类复合材料。 （2）高分子基生物医用复合材料： ①碳纤维增强生物医用高分子复合材料主要用作骨水泥、人工关节和接骨板等。 ②碳纤维增强HDPE复合材料用作承受复杂应力和摩擦作用的髋关节和膝关节。 ③碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）复合材料用作颅骨缺损修复。 ④四氟乙烯纤维与碳纤维复合制备成多孔复合材料用于牙槽骨、下颌骨、关节软骨的修复。 （3）金属基生物医用复合材料：具有较好的综合力学性能和优良的加工性能，但与机体的亲和性、生物相容性较差，在体液中存在材料腐蚀等问题。21.参考答案: 临床上，无机生物材料主要用于肌肉-骨骼系统的修复和替换，也可用于心血管系统的修复、制作药物释放和传递的载体。复合型生物陶瓷还可用于制造人工健、韧带。 （1）能承受负载的矫形材料，用在骨科、牙科及领面上：AI2O3陶瓷、稳定ZrO2陶瓷、生物活性玻璃、生物微晶玻璃等； （2）种植齿、牙齿增高：AI2O3陶瓷、氟聚合物/金属基复合材料、生物活性玻璃、自固化磷酸盐水泥和玻璃水泥、活性涂层材料等； （3）耳鼻喉代用材料：AI2O3陶瓷、生物活性玻璃、生物活性微晶玻璃、磷酸盐陶瓷； （4）人工肌键和韧带：PLA-碳纤维复合材料； （5）人工心脏瓣膜：热解碳涂层，玻璃碳； （6）可供组织长入的涂层（心血管、矫形、牙、额面修复）：多用AI2O3陶瓷； （7）骨充填料：磷酸钙及磷酸钙盐粉末或颗粒； （8）脊椎外科：生物活性玻璃或生物活性玻璃陶瓷； （9）眼：生物玻璃、羟基磷灰石；22.参考答案:生物医学工程学的内容十分广泛。主要内容包括：有关各种医学新技术的原理、方法和相应仪器设备，各种医学仪器的原理、设计、制造、改进和创新，各种医用生物工程、医用材料和人工器官的研究和应用，生物系统论、信息论和控制论，以及生物力学（如软组织力学、骨骼力学和生物流体力学等）、生物电磁学等基础研究内容，甚至还包括医学信息处理技术和医院管理工程等。23.参考答案:1.大跨度的、多学科的综合性应用学科。 2.生物医学工程学学科本身是各学科在高水平上交叉、结合的产物，是现代科学技术发展到一定时期的必然结果。 3.生物医学工程学依赖于各个相关学科，但是又有自己的独特方法学，既有基础理论的交叉也有技术方法的交叉结合，最后达到在应用对象上的融合。 4.生物医学工程学是工程技术科学领域里的一名新兵，但又不同于一般的工程学，而是以工程学为主要手段，专门研究和解决医学方法问题的一门独立的学科。 5.生物医学与工程学相结合后形成生物医学工程学，不仅用工程技术对生物医学的作用包括人体生理、病理个方面功能的研究，人体结构的研究，人体信息传递的研究、各种疾病的诊断、治疗、预防的研究等各个方面。而且反过来还促进工程学科的发展。24.参考答案:生物医学工程学的重要领域主要包括生物力学、生物材料学、生物技术、生物医学信号检测与传感器、生物医学信号处理、医学图像技术、物理因子在治疗中的应用及其生物效应、人工器官等八个方面。25.参考答案: （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。第3卷参考答案一.参考题库1.参考答案: 三维超声成像分为静态三维成像和动态三维成像，动态三维成像在静态超声成像的基础上加上时间因素。成像的基本原理主要有立体几何构成法、表现轮廓提取法和体元模型法。立体几何构成法是将人体脏器假设为多个不同形态的几何组合，需要大量的几何原型，因而对于描述人体复杂结构的三维形态并不完全适合，现已很少应用。表面轮廓提取法是将三维超声空间中一系列坐标点相互连接，形成若干简单直线来描述脏器的轮廓。体元模型法是目前最为理想的动态三维超声成像技术。在体元模型法中，三维物体被划分成依次排列的小立方体，一个小立方体就是一个体元，一定数目的体元按相应的空间位置排列即可构成三维立体图像，重建得到体元的值就可得到结构的所有组织信息。 三维超声成像方法有散焦镜法、计算机辅助成像和实时超声束跟踪技术。 （一）散焦镜方法也称厚层三维图像，方法简单，费用低。装置仅需在凸阵或线阵探头上套上一个散焦镜。用此方法可以对胎儿进行实时观察，然而胎体紧贴宫壁时图像就会重叠，使胎儿图像辨别困难。 （二）计算机辅助成像是目前首选的三维成像方法，成像处理过程包括：获取三维扫查数据；建立三维容积数据库；应用三维数据进行三维图像重建。 （三）实时超声束跟踪技术是三维超声的最新技术，其过程类似于三维计算机技术但可以立即成像。仅仅需要定下感兴趣部位的容积范围就可以住扫查过程中实时显示出三维图像，可以提供连续的宫内胎儿的实时三维图像，例如可以看到胎儿哈欠样张口动作等。 基本原理三维超声成像分为静态三维成像（staticthree2 dimensionalimaging）和动态三维成像（dynamicthree2dimensionalimaging），动态三维成像由于参考时间因素（心动周期），用整体显像法重建感兴趣区域准实时活动的三维图像，则又称之为四维超声心动图。静态与动态三维超声成像重建的原理基本相同。 111 立体几何构成法该法将人体脏器假设为多个不同形态的几何体组合，需要大量的几何原型，因而对于描述人体复杂结构的三维形态并不完全适合，现已很少应用。 112 表面轮廓提取法是将三维超声空间中一系列坐标点相互连接，形成若干简单直线来描述脏器的轮廓的方法，曾用于心脏表面的三维重建。该技术所需计算机内存少，运动速度较快。 缺点是： （1）需人工对脏器的组织结构勾边，既费时又受操作者主观因素的影响； （2）只能重建比较大的心脏结构（如左、右心腔），不能对心瓣膜和腱索等细小结构进行三维重建； （3）不具灰阶特征，难以显示解剖细节，故未被临床采用。 113体元模型法（votelmode）是目前最为理想的动态三维超声成像技术，可对结构的所有组织信息进行重建。在体元模型法中，三维物体被划分成依次排列的小立方体，一个小立方体就是一个体元。任一体元（v）可用中心坐标（x，y，z）确定，这里x，y，z分别被假定为区间中的整数。二维图像中最小单元为像素，三维图像中则为体素或体元，体元素可以认为是像素在三维空间的延伸。与平面概念不同，体元素空间模型表示的是容积概念，与每个体元相对应的数V（v）叫做“体元值”或“体元容积”，一定数目的体元按相应的空间位置排列即可构成三维立体图像。描述一个复杂的人体结构所需体元数目很大，而体元数目的多少（即体元素空间分辨率）决定模型的复杂程度。2.参考答案: （1）概念：又称人工透析机，是用人工方法模仿人体肾小球的过滤作用，在体外循环的情况下，去除人体血液内过剩的含氮化合物、新陈代谢产物或逾量药物等，调节水和电解质平衡，以使血液净化的一种高技术医疗仪器 （2）组成部分：主要包括血液透析机、透析器、透析液、水处理装置。 ①血液透析机：血透机的主要功能是维持体外循环、超滤脱水、制备透析液并提供给透析器、生理监测等。 ②透析器：经过透析器滤膜进行物质交换，血液中的代谢产物通过扩散和对流的原理经过透析器滤膜进入透析液，机体所需要的物质经过透析器滤膜进入血液。 ③透析液：纠正透析患者电解质和酸碱平衡紊乱，冲走从血液中滤过出来的代谢物。 ④水处理装置（连续性血液透析系统一般没有水处理装置）：制备高纯度水供给血透机配制透析液。 （3）透析疗法：包括血液透析、血液滤过、血液灌流和腹膜透析。3.参考答案:1.良好的生物相容性 2.可调控的生物降解速度 3.易于修饰 4.设计的可塑性 5.结构的可控性4.参考答案:大体可分为激光手术治疗、激光非手术治疗和激光光敏治疗。5.参考答案:1.B型结构成像 2.谱图多普勒血流测量 3.超声彩色血流图 4.三维超声成像6.参考答案:1.功能多样化 2.微型化 3.智能化与集成化7.参考答案: （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。8.参考答案: （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。9.参考答案:基本原理： 激发光经过照明针孔形成光源，通过激发滤光片被分束器反射，由显微物镜聚焦到三维样品内，并在垂直于光轴的焦点平面上扫描。焦平面和焦平面上下被照射的区域所发出的荧光又被物镜收集，通过分束器和发射滤光片。在探测器前方有一共焦针孔，照明针孔和共焦针孔相对于物镜焦平面是共轭的，因此只有焦平面发出的荧光能聚焦于共焦针孔并通过针孔到达探测器PMT或CCD。焦平面以上或以下的点不能在探测针孔处成像，所以焦平面以为发出的光被针孔挡住，对共焦图像的贡献很小。这样得到的共聚焦图像基本上仅来自于焦平面上的光信息，即被焦平面切割的断层。如果逐步调节样品纵轴的位置，可产生样品的多幅断层图像，细胞或组织各个横截面的图像都能清楚的显示。这种成像方法称为共焦扫描显微镜层析成像方法。通过图像的三维重建技术，则能得到样品的三维立体图像。 特点： 1.散射背景小，图像对比度好，探测灵敏度高，成像质量好； 2.可进行三维扫描成像； 3.采用激光光源； 4.配备了功能强大的图像处理软件。 应用领域： 由于激光扫描共聚焦显微镜结合先见的数据采集、记录与处理技术，使使其在生命科学的研究中成为最先进的分子细胞生物学的分析仪器，用于观察或细胞结构及特定分子、离子的生物学变化，定量分析，以及实时定量测定等，并衍生出黏附细胞的分选、激光细胞显微外科技术、荧光漂白后恢复技术、细胞通讯技术、细胞黏膜流动性测定以及光活化技术等多个新技术和新方法。现在激光扫描共聚焦显微镜已经被广泛的用于生物学、生物化学、生理学、药理学、病理学、遗传学和组胚学以及免疫学、环境学和营养学等领域。10.参考答案: （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。 ①、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。 ②、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）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。11.参考答案: （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； （2）应用：可吸收缝线；药物控释载体；人工皮肤；12.参考答案:纳米光学探针中的如随着小动物成像技术的发展，成像探针种类越来越多，功能越来越强大。其中的量子点荧光标记是纳米技术和体内荧光成像技术结合的一种新技术，将直径只有15纳米的荧光粒子附着到DNA的特殊部分，随后分析荧光信号的强度以及其它特性。这些粒子称为量子点，具有独特的光电性质，使其比生物医学研究中常用的传统荧光标签更易检测到。NIST 的研究小组证明量子点释放的信号强度比另外两种传统荧光标签强2到11倍，暴露于光下时稳定性也更好。除了能够对活细胞进行长时间动态荧光观测与成像，对细胞间、细胞内及其细胞器间的各种相互作用的原位实时动态示踪外，还可以标记在其他需要研究的物质上，在长时间生命活动监测及活体示踪上有独到的应用优势。与传统的荧光标记方法比较，该方法在稳定性、灵敏度、应用范围等方面都有重要突破。13.参考答案: （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。14.参考答案: （1）概念：又称人工肝支持系统（ArtificialLiversupportsystem，ALSS）。就是借助人工干预使肝脏功能得以暂时替代，从而为患者自身细胞再生及功能恢复创造较好的内环境及宝贵的时间。 （2）分类：人工肝可分为非生物型人工肝、生物型人工肝、混合型人工肝三类。15.参考答案: （1）定义：手术机器人，是一种自动的、位置可控的、具有可编程能力的多功能机械手。在人的控制下，机械手借助计算机，施行外科手术、靶点定位、药物注入、损毁病灶等任务。 （2）构成： ①控制台：3D成像系统，影像控制脚踏，机械手操作杆； ②机械臂平台：控制机械臂； ③成像系统：将摄像