2024年大学试题(医学)-生物医学工程笔试考试历年高频考点试题摘选含答案

2024年大学试题(医学)-生物医学工程笔试考试历年高频考点试题摘选含答案第1卷一.参考题库(共75题)1.组织工程的概念、基本原理和方法？2.简述心电图机的基本结构及其工作原理？3.氧化铝及羟基磷灰石的特性及应用？4.简述X线放射防护？5.什么是生物传感器？6.简述生物力学的研究内容。7.请举例论述荧光蛋白标记技术在神经科学中应用的原理？8.形状记忆合金的特性及其应用？9.光在人体组织中传播的理论模型中，典型的三种是什么？10.神经——肌肉系统康复设备与功能训练器械？11.超声应用于医学可以分为哪两大类，具体是什么？12.简述生物陶瓷的应用、特性？13.简述多层面CT的临床应用优势？14.简述数字虚拟人的制作过程？15.简述X射线的产生过程及其性质？16.简述激光扫描共聚焦显微镜的基本原理、特点及应用领域。17.生物医学工程学所包括的内容有哪些？18.生物医学传感器总体上可以分为哪几类？19.人体外部功能障碍的种类及康复途径？20.家庭保健工程的概念、目标和服务对象？21.生物传感器的概念、工作原理？22.超声的生物效应有哪些，具体是什么？23.人体的动态性主要包括哪些内容？24.影响人体组成的主要因素有哪些？25.动物的肌肉有哪几类？26.在医学上，红血球的浓度用什么表示？27.甲壳素、壳聚糖及其衍生物在医药敷料中的应用？28.简述生物医学工程学的概念。29.金属材料的概念、特性及常用金属材料分类？30.生物医学工程学涵盖的主要学科？31.简述CT系统的工作原理？CT机的发展概况？32.天然可降解高分子材料的分类及其应用？33.试简答神经成像的主要仪器及其原理？34.举例说明生物医学传感器在医学中的主要用途。35.使用医疗外科机器人的目的？36.简述“机器人三守则”？37.基因组生物技术具体包括哪些？38.组织工程研究的主要内容？39.磁共振信号的采集方式是什么？40.为什么WHO将心血管病列为21世纪危害人类的头号疾病？41.简述超声多普勒方法测量血流的基本原理？42.简述生物医学工程的层次结构？43.血流形态（层流、紊流）对血管壁的影响有哪些？44.人工心脏的概念、原理及分类？45.简述生物医学工程的定义？46.简述不锈钢的特性及其应用？47.简述微波对人体和动物作用的两重性。48.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？49.简述DSA的优点是什么？50.简述生物材料的概念？51.纯金属钽（Ta）、铌（Nb）、铬（Cr）的特性及其应用？（以钽为例）52.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？53.人体——环境系统是如何定义的？54.生物医学工程学的研究对象有哪些？55.数字减影血管造影DSA有三种基本方法？56.家庭保健设备的应用方面？57.钴（Co）基合金的特性及其应用？58.人体系统工程的概念和研究目标？59.细胞三维生长的条件？60.简述超声成像的种类是什么？61.仿生材料学的当前研究热点？62.简述生物传感器的分类？63.手术机器人的定义、构成及其不足之处？64.简述人工器官的概念、分类及特点？65.药用高分子材料的分类及其应该具备的基本性能？66.钛（Ti）基合金的特性及其应用？67.什么是人体系统和其组成模型？68.远程医疗的概念、目标和基础？69.康复机械的的定义及残疾人辅助器械的分类？70.举例说明生理功能的神经调节？71.碳素材料的性能、优点、分类及其应用？72.简述人工耳蜗的概念、原理？73.激光对组织的生物效应都有哪些？74.生物医学信号的特点有哪些？75.简述数字医学图像的标准？第2卷一.参考题库(共75题)1.生物材料表面改性的方法有哪几种？2.简述DSA的缺点是什么？3.什么是生物材料的生物相容性？4.简述电化学疗法治疗肿瘤的两种方式。5.人工心脏瓣膜的分类及其演进过程？6.康复工程的概念、任务和目标？7.合成高分子材料的概念、分类及各类的特点及应用？8.三维超声有哪些成像方式？每种方式的主要优缺点是什么？9.生物医学图像的质量评价指标有哪些？10.简述对心脏起搏器的要求？11.简述仿生学的研究方法？12.简述手术导航的基本原理？13.贵金属（noblemetal）的特性及其应用？14.简述复合生物材料的性能特点？15.试述组织光透明技术在生物医学成像的作用及应用前景？16.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？17.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？18.简述机器人进化是什么？19.药物控释系统的优缺点？20.与骨骼肌相比，心肌的特点有哪些？21.简述高分子载体药物的优点？22.目前，PACS系统研究主要集中在哪些领域？23.简述生物医用复合材料按基分类？24.X-CT图像重建问题的本质是什么？25.肌电图的作用是什么？26.静脉血流和动脉血流的区别是什么？27.简述生物材料的性能是什么？28.康复工程新技术的发展趋势？29.简述CT的优点及局限性？30.远程医疗的意义和潜在的效益？31.激光治疗的手段有哪三种？32.脑电图的作用和特征是什么？33.人工肽类生物材料的优点有哪些？34.生物医学工程的概念、内涵和特点？35.生物体的磁场主要来自哪三个方面？36.简述X线成像的原理？37.发展“省钱”的生物医学工程学的重点？38.人工肺的概念、原理及人工心肺机的设计要求？39.组织工程支架的要求？40.医学图像的未来发展趋势是什么？41.真核细胞核和原核细胞的区别是什么？42.X射线的性质有哪些？43.生物医学工程学的发展趋势？44.胶原的概述、特点及应用？理想的皮肤修复材料应具备哪些特点？45.简述心脏搏动的力学过程？46.简述人工心脏的组成及其特性？47.简述生物医学材料的基本要求？48.简述临床数字制造技术的研究目标、内容？49.生物传感器的特点？50.传统的投影X射线成像方法有哪两种？51.远程医疗的几个重要的应用领域？52.生物医学工程学发展的战略原则？53.无机生物材料的特性及分类？54.简述手术导航的基本步骤？55.生命的基本特征有哪些？56.简述PACS概念的提出？57.简述肌肉的成分及在人体中的比重。58.生物材料区别于其它材料的一个显著特征是什么？简述生物材料与组织工程、再生医学的联系与区别。59.请论述纳米光学探针在活体动物成像中的应用？60.简述人体肌纤维的特征。61.光学分子成像的特点是什么？可用于活体小动物光学成像的技术主要有哪几种？主流的分子成像技术有哪些？结合自己的研究方向，描述分子成像在本领域的应用及其发展前景。62.简述生物体构成的基本成分（类生命物质）。63.简述人工胰腺的概念、原理及其优点？64.简述生物材料的分类？65.什么是毫米波，毫米波在医学应用中有哪些特色与优点？66.简述生物医学信号处理方法中相关分析的作用。67.简述现代医学仪器系统的组成及其工作原理？68.简述生物玻璃的特性、分类？69.无机生物材料在临床上的几种应用？70.简述基因工程载体的基本要求和特点？71.简述生物软组织的黏弹性？72.现代生物材料的发展分为哪三个阶段？73.康复工程的研究方法？74.简述透视X射线成像系统的工作原理？75.简述脉冲回波成像的基本原理？第1卷参考答案一.参考题库1.参考答案： （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。2.参考答案： 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： （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。4.参考答案： 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。5.参考答案：利用生物活性物质具有的选择识别待测生物化学物质的能力制成的传感器是生物传感器，它以固定化得生物体成分（如酶、抗原、抗体、激素）或生物体本身（如组织、细胞、细胞器）作为敏感元件。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：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。8.参考答案： （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；9.参考答案：Kubelka-Munk理论、漫射近似法（diffusionapproximation）和蒙特卡洛模拟（MonteCarlosimulation）10.参考答案： 神经－肌肉系统康复是脑血管意外（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。11.参考答案：超声应用于医学可分为两类：超声诊断和超声治疗。 超声诊断研究如何利用各种组织的差异来区分不同的组织，特别是区分正常和病变组织。超声波在生物组织中的传播规律及诊断信息提取方法是超声诊断的物理基础。 超声治疗则研究如何利用超声波得生物效应（超声波照射引起的组织结构、功能和生物过程的变化）来治疗某些疾病，其物理基础是超声神武效应的机理和超声计量学。12.参考答案： （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。13.参考答案： （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4～8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。14.参考答案： （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；15.参考答案： X.射线由旋转阳极X射线管产生。X射线管由阴极、阳极和真空玻璃管等部分组成。阳极由一个带倾斜角的圆盘构成，四周嵌有环状钨面，圆盘后壁与转子轴相连，可以旋转。给阴极的灯丝加一个低电压，灯丝加热后就能发射电子。再给X射线管的阳极与阴极间加上高压，自由电子群就会在电场的作用下高速向阳极端靶面撞击。当高速运动的电子突然受阻时，其中的一部分能量转换成了X射线。 X.射线具有下列性质： 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、钨酸钙等）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：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。17.参考答案：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。18.参考答案：根据所用敏感物质的不同，分为酶传感器、免疫传感器、微生物传感器、组织传感器和细胞传感器等；根据所用的信号转换器的不同，又可将生物传感器分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器和测声型生物传感器。为了更明确反映传感器的敏感特性和转换特性，实用中常综合使用上述两种分类法，如酶传感器中常分酶电极、酶热敏电阻、酶光极等。19.参考答案： （1）种类： ①运动功能障碍：主要指由于截肢、脑瘫、截瘫、偏瘫、儿麻病引起的肢体活动功能障碍。以及外科手术后引起的运动功能障碍。 ②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。 ③感观功能障碍：主要指视觉、听觉障碍。 ④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： ①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。 ②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。 ③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肢实现行走或取物功能等。 ④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。 ⑤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。 ⑥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。20.参考答案： （1）概念：家庭保健（HomeHealthCare，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： ①手术后在家中恢复的病人； ②残疾和老年人； ③高发病人群的家庭监护； ④健康人的家庭监护。21.参考答案： （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。22.参考答案：1.机械效应：声波能量作用于介质，会引起质点高速细微的震动，产生速度、加速度、声压、生强等力学量得变化，从而引起机械效应。 2.空化效应：当超声波作用于生物组织或液体中的微气泡（空化核）时，在周期性交变的声压作用下，空化核体积急剧膨胀，压缩，直至破裂，引起生物组织的破碎或位移，这就是空化效应。 3.热效应：超声在人体或在其他介质中均可显著产热，产热过程既是机械能在介质中转变成热能的能量转换过程。 4.弥散效应和触变效应：超声波的弥散效应是指治疗剂量超声可增强生物膜弥散过程，促进物质交换，继而加速代谢，改善组织营养。触变效应是超声波引起生物组织物理或化学性质变化，如血液黏性降低，血浆变稀等。23.参考答案：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。24.参考答案：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。25.参考答案：动物的肌肉有3类：骨骼肌、心肌和平滑肌。26.参考答案：在医学上，红血球的浓度常用血球比积H来表示，它是血液中红血球体积与血样总体积之比。27.参考答案： 甲壳素主要用于：吸收型手术缝合线、伤口包扎材料、人造皮肤材料。 （1）治疗外伤、创伤：甲壳素、壳聚糖等产品生物相容性好，且具有止血、止痛、抑菌、促进肉芽组织和上皮组织的形成等作用，是外伤、创伤治疗的理想产品。 （2）治疗烧伤、烫伤：壳聚糖的线型分子链结构使其具有优良的成纤性，其纤维可作为可吸收医用手术缝合线、人造皮肤、止血材料、手术包扎材料等。壳聚糖与胶原、明胶、抗菌药物等复合，改善物理性能和功能特性，可应用于烧伤、烫伤病人的治疗。 （3）治疗溃疡； （4）治疗褥疮；28.参考答案：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。29.参考答案： （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。30.参考答案：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。31.参考答案： （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。32.参考答案： （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；33.参考答案： 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。fMRI测量的是伴随神经活动的代谢变化。而且磁信号基本不受周边组织的影响。 正电子发射成像：正电子发射成像（Position Emission Tomography，PET）使用人工引入的放射性代谢物质。这种放射性代谢物质被注射入血管。PET设备检测改物质在脑内衰变时产生的正电子，来产生脑功能图像。常用的放射性标注物质包括含氧-15的水和含氟-18的氯代脱氧葡萄糖。 单光子发射计算机断面成像：单光子发射计算机断面成像（Single photon emission computer tomography， SPECT）的基本原理与PET相似，但是改技术检测的是放射性物质衰变时产生的伽玛射线。与MRI相比，PET和SPECT的共同缺点是较低的空间分辨率，以及对放射性物质的使用。他们的主要优点在于使用不同放射性标注物质的灵活性。34.参考答案：1.提供诊断信息：如心音、血压、脉搏、血流、体温、呼吸等信息，以提供临床诊断和研究。 2.监护仪器：手术后，病人需要被监视体温、心电等生理参数，以便了解病人的恢复情况。 3.临床检验：利用化学传感器和生物传感器从人体的各种体液获取生化信息，是诊断疾病的重要依据。35.参考答案： （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。36.参考答案： 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。37.参考答案：1.DNA测序技术 2.DNA文库的构建 3.体外DNA扩增技术 4.功能蛋白质基因的分离技术 5.基因工程载体及其构建 6.重组DNA导入受体细胞技术 7.重组子的筛选技术38.参考答案： （1）细胞体系的研究： ①种子细胞（SeedCell）干细胞（StemCells）定向分化（Directeddifferentiation）。 ②适于组织工程需要的种子细胞应解决的问题。 （2）生物材料： ①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。 ②组织工程材料种类： A.天然ECM：胶原、脱细胞技术 B.人工的ECM：聚乳酸、聚羟基乙酸、两者的共聚物（PGA-PLA）、聚β-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。39.参考答案：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。40.参考答案：心脏和血管组成了机体的循环系统，血液沿血管不停的流动——从心脏经动脉至毛细血管，再由毛细血管经静脉返回心脏——有赖于心脏相互更迭的有节律的收缩与舒张。心血管系统一旦不正常，必然对生命产生重大的影响。随着人们生活水平的日益提高，心血管疾病已成为当今发达国家死亡率最高的疾病。世界卫生组织（WHO）已将心血管病列为21世纪危害人类健康的头号疾病。根据美国心脏学会的估计，美国有超过4000万人口患有各种各样的心脏和血管疾病。心血管疾病在我国也是死亡率最高的一类疾病，估计有25％的人口患有从高血压到各种各样的心血管疾病，各年龄阶段的人群都普遍分布。41.参考答案：由探头对着血管发射频率为f0的超声波，血管内运动的红血球产生的后向散射信号就会出现多普勒频偏。多普勒频偏fD取决于入射超声的频率、超声波在人体中的传播速度c、血流运动的速度v以及声束与流速之间的夹角θ。如果已知f0、c、θ，那么就可根据fD得到v。当血流运动的方向朝向探头时（定义为正向流），多普勒频偏为正；当血流运动的方向背离探头时（定义为反向流），多普勒频偏为负。因此，利用超声多普勒方法可以测量血流的速度大小及方向，进而可以获得血流的其它信息。42.参考答案： 生物医学工程的研究对象是生物体，尤其是人体。人体是一个多层次的复杂的巨系统。因此，生物医学工程学必定具有层次结构。从目前情况来看，大体上可以分为三个层次，即整体层次、器官和组织层次以及微观层次。 ①整体层次 把人看作一个整体，或者把人和环境（自然的和人为的）看作一个整体，考虑人的生命运动规律和影响因素，进而进行能动的协调和控制。如：人-机环境系统工程研究人和工作环境之间的相互关系。 ②系统、器官、组织层次 1.发展人体器官、组织的某些功能的补偿技术或代用装置及人工生物医学材料。 2.发展医用传感器和人体参数测量技术，特别是无创诊断技术和装置。如生物传感技术和各种成像技术。 3.发展新型的医疗技术制备的系统监测装置。 系统、器官、组织层次的研究涉及现代科学技术，同时又需要生理学、材料科学、生物力学和信息科学的相应进展。 ③微观层次 主要是指细胞和生物大分子层次上的生物医学工程问题。涉及生物技术、生化（生物化学）、分子生物学等。43.参考答案：血流，特别是形成紊流以后，对血管壁将施加较高的剪应力和交变的正压力。这有可能引起血管壁的增长或萎缩。剪应力较大时还会引起血管壁的损伤。44.参考答案： （1）概念：在人体心脏因病损而部分或完全丧失功能，不能维持全身正常循环时，可移植一种用人工材料制造的机械装置以暂时或永久地部分或完全代替心脏功能、推动血液循环，这种装置即人工心脏。 （2）原理：利用机械的方法把血液输送到全身各器官以代替心脏的功能的装置。 （3）分类： ①按用途分类： A.全人工心脏 B.长时间心室辅助循环：左心室辅助循环；右心室辅助循环；双心室辅助循环 ②按时限分类： A.暂时性：即部分取代心脏的辅助性人工心脏 B.长期性：即取代整个心脏的安全人工心脏45.参考答案： 美国国立卫生研究院（NIH）对生物医学工程的定义： 生物医学工程学是结合物理学、化学、数学和计算机科学与工程学原理，从事生物学、医学、行为学和卫生学的研究；提出基本概念，产生从分子水平到器官水平的知识，开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息学方法，用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改善卫生状况等目的。 人们习惯理解为：生物医学工程学是综合运用工程技术的相应理论和方法，深入研究人体结构和功能，解决医学中出现有关问题的一门新兴边缘学科。46.参考答案： （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。47.参考答案：一方面，如果辐射剂量控制适当，对人体和动物可以产生良好的刺激作用：加速血液循环，血管扩张；刺激器官功能，促进新陈代谢，改善局部营养，从而促进机体的修复与再生；甚至选择性杀灭肿瘤细胞，增强机体抗电离辐射的能力。 另一方面，高强度微波辐射或低强度的长时间照射都有可能对人体健康产生不良影响，形成所谓的“无线电波作用综合症”。48.参考答案： 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。49.参考答案： （1）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）50.参考答案：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）。51.参考答案： （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。52.参考答案：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。53.参考答案：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。54.参考答案：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。55.参考答案： 时间减影、能量减影、混合减影。56.参考答案： （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。57.参考答案： （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。58.参考答案： （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。59.参考答案： （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。60.参考答案： （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。61.参考答案： （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；62.参考答案： （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，生物传感器，细胞传感器，组织传感器，免疫传感器。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：生物电极传感器，半导体生物传感器，光生物传感器，热生物传感器，压电晶体生物传感器，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。63.参考答案： （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：将摄像头信号转化为图像信号； ⑥显示器； （3）缺点： ①系统庞大，需要占用较大的面积。除了机器手器械及其固定系统占用较大空间外，手术医师还需要在专用的控制台通过手柄和脚踏板操作，控制台含有若干台电脑、显示器和传输设备。 ②在人体内操作空间小，机器手器械之间容易发生碰撞。 ③由于是通过操纵手柄和脚踏板进行间接操作，所以触觉感知差。 ④系统支持最多3个机器手器械通道，除了视觉感像系统外只有2个操作通道，在出现炎症出血等情况时处理困难。 ⑤手术操作前建立系统的时间长，经常超过手术时间。 ⑥设备昂贵，目前平均每套设备超过100万美元，每年的维护费用达到10万美元，国内仅北京、上海、济南和深圳等地的极少数大型医院拥有这类手术系统。64.参考答案： （1）概念：主要研究模拟人体器官的结构和功能，用人工材料和电子技术制成部分或全部替代人体自然器官功能的机械装置和电子装置。 （2）分类： ①按原理分类： A.机械式装置（如人工心脏瓣膜、人工气管、人工晶体等）； B.电子式装置（如人工耳蜗、人工胰、人工肾、心脏起搏器等）； ②按使用方式分类： A.植入式：如人工关节、人工心脏瓣膜、心脏起搏器； B.体外式：如人工肾、人工肺、人工胰。这些体外式人工器官实际上都是由电子控制的精密机械装置。 （3）特点： 人工器官是多种学科研究的结晶，该学科是生物材料、生物力学、组织工程学、电子学（包括计算机）特别是微电子学以及临床医学相结合的多学科的交叉学科。65.参考答案： （1）分类：药用高分子按其应用目的不同分为药用辅助材料和高分子药物两类。 （2）药用高分子应具备的基本性能： ①高分子药物本身以及它们的分解产物都应是无毒的，不会引起炎症和组织变异反应，无致癌性； ②进入血液系统的药物，不会引起血栓； ③具有水溶性或亲水性，能在生物体内水解下有药理活性的基团。 ④能有效地到达病灶处，并在病灶处积累，保持一定浓度。 ⑤对于口服的药剂，聚合物主链应不会水解，以便高分子残骸能通过排泄系统被排出体外。如果是导入循环系统的药物，为避免其在体内积累，聚合物主链必须是易分解的，才能排出人体或被人体所吸收。66.参考答案： （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，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。67.参考答案： （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。68.参考答案： （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。69.参考答案： （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。70.参考答案： ①神经调节是指由神经系统的活动调节生理功能的调节方式。神经调节具有快速、局限、准确、精确、协调的特点。神经调节的基本过程是反射，反射的结构基础是反射弧。反射弧包括五个基本环节：感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器。 ②例如，当血液中氧分压下降时，颈动脉体等化学感受器发生兴奋，通过传入神经将信息传至呼吸中枢导致中枢兴奋，再通过传出神经使呼吸肌运动加强，吸入更多的氧使血液中氧分压回升，维持内环境的稳态。71.参考答案： （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；72.参考答案： （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。73.参考答案：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。74.参考答案：1.随机性 2.强噪声 3.非线性75.参考答案： （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。第2卷参考答案一.参考题库1.参考答案：1.物理化学方法 离子束技术 等离子体技术 辐射技术 光化学技术 自组装技术 2.形态学方法 3.生物化学方法2.参考答案： （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。3.参考答案：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。4.参考答案：1.利用脉冲电场使药物分子进入细胞内，使肿瘤组织摄取的药物量增加数倍。 2.利用直流电流引起的化学变化杀死肿瘤细胞。5.参考答案： （1）分类：根据使用材料而分为两大类： 机械瓣：全部用人造材料制成的； 生物瓣：全部或部分用生物组织制成的。 （2）演变过程： ①球型瓣：球型瓣是植入人体的第一种人工心脏瓣膜，包括一个支架和球体，是临床使用最早的心脏瓣膜。他们是一组最可靠及持久的瓣膜设计。 ②不缝合瓣：采用不缝合的技术植入人体内。在瓣膜缘的四周有小的钩子，手术者将其安置在合适位置后，用小钩子固定。可能造成球体移位，球体随脂质吸收后体积增加，有可能造成流出道阻塞。 ③碟型瓣：分单页和双页碟瓣，双叶瓣的血流为平流，有效开口面积相对更大些，单叶瓣为偏心血流，另外双叶瓣的杂音普遍比单叶瓣要小。 ④生物瓣：生物瓣由采用的材料来源为动物或人体组织。组织类型可以是瓣膜组织，也可以不是瓣膜组织。人体组织瓣无排斥反应：同种异体移植；自身移植。6.参考答案： （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。 （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。7.参考答案： （1）概念：合成高分子生物材料是指利用聚合方法制备的一类生物材料。由于合成高分子可以通过组成和结构控制而具有多种多样的物理和化学性质。 （2）生物不可降解的：硅橡胶、聚氨酯、环氧树脂、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯水凝胶、α一氰基丙烯酸酯类、聚酸胺和饱和聚酯等。 （3）生物可降解的：聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙内酯、乳酸一乙醇酸共聚物和聚β一羟基丁酸酯等。 （4）不可降解生物材料各类别的特点及应用： ①硅橡胶： 平均分子量>40万，有机硅弹性体的主要成分，是含有硅原子的特种合成橡胶的总称。 无毒无味、生物相容性好、耐生物老化、较好的抗凝血性、长期植入体内物理性能下降甚微、耐高温严寒（-90°－250°）良好的电绝缘性、耐氧老化性、耐光老化性以及防霉性、化学稳定性等，用于粘合剂、导管、整形和修复外科、缓释和控释等。防噪音耳塞，鼓膜修补片，胎头吸引器，人造血管。 ②聚氨酯（PU，Polyurethane）：聚醚、聚酯和二异氰酸酯的总称。具有良好的延伸性和抗挠曲性，强度高、耐磨损，血液相容性、抗血栓性能好，且不损伤血液成分，使其在医疗领域得到广泛应用。主要用于人工心脏搏动膜、心血管医学元件、人工心脏、辅助循环、人工血管、体外循环血液路、药物释放体系、缝合线与软组织粘合剂绷带、敷料、吸血材料、人工软骨和血液净化器具的密封剂等。 ③环氧树脂： A.与玻璃布一起用于骨折的开放性复位和固定； B.粘合骨头加强氧化铝的髋关节髁； C.牙科充填材料； D.电子起搏器与体液分开的保护层（灌封） E.眼睑修补术和加固颅动脉瘤和脑电极探针的绝缘等； ④聚氯乙烯（PVC）：在医学中用量最大的是制作塑料输血输液袋，可提高红细胞和血小板的生存率；还可用于医用导管、人工输尿管、胆管和心脏瓣膜、血泵隔膜、增补面部组织、青光眼引流管和中耳孔等。软质PVC的毒性问题仍有争议，目前只能用于制造与人体短期接触的制品。 ⑤聚四氟乙烯（PTFE）：又名泰氟隆（Teflon），热塑性塑料，最好的耐高温塑料，结晶熔点高达327℃，几乎完全是化学惰性的，具有自润滑性或非粘性，不易被组织液浸润。主要用于人工输尿管、胆管、气管、喉、韧带和肌腱、人工血液、人工心脏瓣膜、下颌骨、髋关节、人工皮肤、增强皮肤、修复眼眶骨、组织引导再生材料、人工血管；食管扩张器、心脏瓣膜的缝合环、血液相容性丝绒、修补肺动脉和室间隔的缺损、血管闭塞物、缝线及动脉修补、包裹动脉癌及内淋巴液分流器等。 ⑥聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）：又称有机玻璃，属于丙烯酸类塑料，是目前塑料中透明度最好的一种。具有良好的生物相容性、耐老化性，机械强度较高。用于剜出后的植入物、隐形眼镜、可植入透镜、人工角膜和假牙、人工喉、食管和腕骨、闭塞器、喉支持膜、牙科夹板等。增补面部的软和硬组织，特别是修补眼窝的爆裂骨折；颅骨缺损时的替代骨片；充填乳突切除后的遗留腔隙；颅内动脉瘤的加固和充填静脉瘤囊以使之稳定，牙科某些直接充填树脂的基础等。8.参考答案： 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。9.参考答案：1.信/噪比 2.对比度 3.空间分辨率 4.调制传递函数10.参考答案： （1）材料问题：它的电极、导线及外壳材料不能与肌肉组织发生有害化学反应； （2）电池寿命问题：电池寿命也就是起搏器的寿命，一定要长寿命。现在使用锂电池，寿命可达8~10年。要求体积小、容量大、缓慢释放能量、密封性能好、性能可靠。 （3）体积尽可能要小：可使用大规模集成电路以缩小体积，现在其厚度可达10～16mm，重量仅40～60克； （4）控制技术：一般采用微处理器，进行按需式程序控制；11.参考答案： （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。12.参考答案： （1）光学手术导航的基本原理：用光学定位系统把手术部位的组织结构和手术器械同时登陆到计算机中，并精确的跟踪他们的位置变化，事医生通过观察屏幕上的器械与手术路径，精确实施手术。 医学图像处理→建模与手术规划→导航仪与红外光学定位系统→患者坐标架与手术器械坐标架。 （2）基于C形臂X光影像手术导航系统概述：在手术现场获取若干幅患部X线图像，手术过程中可实时提供患部与手术工具相对空间位置的直观视觉信息。从而可以引导医生调整手术工具的方位，以协助医生完成高质量手术。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：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。15.参考答案： 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。16.参考答案：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