生物醫(yī)學(xué)工程基礎(chǔ)歷年真題及答案

生物醫(yī)學(xué)工程基礎(chǔ)

1.簡述生物力學(xué)的研究對象、內(nèi)容、基本方法和主要特點（20，）

定義：生物力學(xué)是解釋生命及其活動的力學(xué)，是力學(xué)與醫(yī)學(xué)，生物學(xué)等多種學(xué)科相互結(jié)合、

相互滲透而形成的一門新興交叉學(xué)科。

研究對象：力與生物體運動、生理、病理之間的關(guān)系。

研究目的：通過生物力學(xué)的研究，用力學(xué)分析的手段了解、學(xué)習(xí)、利用、治療、保護(hù)并配合

創(chuàng)造生物。另有仿生學(xué)、聽診器、血壓計等都利用了生物力學(xué)的原理。

研究內(nèi)容：（1）生物運動學(xué)：任務(wù)是分析動物的運動。用一個有限的自由度系統(tǒng)的運動模擬

動物的運動，在此基礎(chǔ)上研究動物的能量，力與位移、速度與加速度之間的關(guān)系。

（2）生物流體力學(xué)：研究血液、各種體液等流體的特性及生物體內(nèi)的流體情況,

研究生物與空氣、水之間的相對運動。

（3）生物固體力學(xué)：研究生物體內(nèi)形狀穩(wěn)定部分的受力特性和變形性，以及一些

醫(yī)療體育器械的強度和變形情況。

（4）綜合問題：同時考慮多項介質(zhì)的相關(guān)影響。

研究方法：用解析方法或數(shù)值方法求解數(shù)學(xué)模型。

用試驗方法測定物理模型或?qū)嵨镌嚰?/p>

對現(xiàn)場進(jìn)行分析研究。

特點：另外，生物力學(xué)在研究方法上有有別于其他各種物理問題或工程問題的研究方法：①

生物力學(xué)的試驗有“在體”和“離體”之分。②一部分生物材料（如肌肉）能產(chǎn)生主動力，

因此不能用常規(guī)的材料試驗方法對他們進(jìn)行研究。③在體實驗分麻醉態(tài)和非麻醉態(tài)。

2.簡述細(xì)胞力學(xué)的研究內(nèi)容、實驗手段及其應(yīng)用和發(fā)展趨勢。（10，）

研究內(nèi)容：

實驗手段：

應(yīng)用：①仿生學(xué)。在對生物了解的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)生物的優(yōu)點，進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造。

②體育競技等。通過對生物所做的力學(xué)分析，可以更好地發(fā)揮生物的效能。

③對疾病的治療：聽診器、血壓計、人體器官（人工心臟、假肢）等基于生物力學(xué)。

④從力學(xué)的角度改造生物，可以指導(dǎo)運動員的訓(xùn)練等。

發(fā)展趨勢：主要集中在細(xì)胞-分子力學(xué)、骨力學(xué)、血液動力學(xué)、組織工程方面。宏-微觀結(jié)合

的趨勢明顯，如骨力學(xué)，生物流變學(xué)，組織工程等研究開始深入到細(xì)胞-分子水平。

3.試述下肢假肢接受腔與殘端之間存在哪些生物力學(xué)問題。（10，）

〈1'接受腔/殘肢界面應(yīng)力測試。

T接受腔CAD/CAM

13,有限元分析

4,假肢三維剛體動力學(xué)的模型

、5,假肢步態(tài)分析、足底受力系統(tǒng)

4.簡述主要醫(yī)學(xué)成像（X-CT成像、超聲成像、磁共振成像、核素成像）方法中任意三種

方法的基本原理和所得圖像的特點（圖像特征適用范圍、不同于其他方法的特殊之處）。（18,）

（1）X-CT：

基本原理:X射線被準(zhǔn)直后成為一條很窄的射線束。當(dāng)X射線管沿一個方向平移時，與之

相對應(yīng)的檢測器也跟著作平移運動。這樣，射線束就對整個感興趣的平面進(jìn)行了一次掃描,

檢測器接收到了與臟器衰減系數(shù)直接相關(guān)的投影數(shù)據(jù)。

圖像的特點:與投影成像比較，X-CT具有以下優(yōu)越性：

能鑒別處較小的衰減系數(shù)差，對軟組織的分辨能力高；

可獲得任意部位的斷層圖象，并可重建三維圖象；

可精確測定組織的衰減系數(shù)，有利于組織性質(zhì)判斷。

與MRI等成像比較，X-CT的特點是：

分辨率高；

骨組織與軟組織的分辨能力較強；

軟組織之間的分辨能力差；

對人體有一定的輻射；

只給出解剖結(jié)構(gòu)信息，幾乎無功能信息。

(2)超聲成像

基本原理:進(jìn)入人體的超聲波遇到密度變化的組織界面時，產(chǎn)生較強的回波信號。反射波的

延遲確定界面的位置，根據(jù)接收到的回波成像，反映人體斷面結(jié)構(gòu)，對多普勒回波信號頻移

的分析，可得血流運動方向和速度信息；

圖像特點:無傷害性，可以動態(tài)顯示體內(nèi)器官的運動情況；

(3)MRI成像

基本原理:將人體置入一個強磁場中，對人體施加一個一點頻率的交變射頻場，使探測的質(zhì)

子振動向外輻射能量，人體接受線圈中就會有感應(yīng)電勢產(chǎn)生，收到電信號經(jīng)計算機處理后，

得到人體的斷層圖像，圖像灰度代表磁共振信號的強度，弛豫時間T1和T2,典型MRI對

氫核和質(zhì)子成像。

圖像特點：1、基于核磁共振，無高能輻射的危險，對人體無創(chuàng)；

2、可以對人體組織作出形態(tài)和功能的診斷，fMRI：磁共振功能成像；

3、提供精確的解剖結(jié)構(gòu)信息，MRI分辨率高達(dá)0.5mm,獲取的三維圖像數(shù)據(jù)較容易；

4、可以不注射造影劑就可對血管成像；

5、直接產(chǎn)生二維數(shù)據(jù)，無需重建。

(4)核素成像

原理：把放射性同位素標(biāo)記在藥物上引入病人體內(nèi)，當(dāng)他被人體吸收后，人體成了放射源。

放射性同位素在衰變的過程中，將向體外輻射r射線。用核素探測器體外定量的觀察這些同

位素在體內(nèi)的分布情況，以此成像。

目前是心臟功能評價和心臟疾病診斷的主要手段，但分辨率較低，圖像質(zhì)量差。

4、試從空間分辨率、功能(圖像所提供的信息)方面對X射線斷層成像、磁共振成像、正

電子發(fā)射斷層成像和超聲成像進(jìn)行比較分析：

X線機X-CT磁共振PETUS

功能透視斷層結(jié)構(gòu)斷層結(jié)構(gòu)代謝功能結(jié)構(gòu)形態(tài)

拍片代謝功能血流測量

組織定征

特點設(shè)備簡單斷層攝影斷層攝影斷層攝影無創(chuàng)、無電離輻射

電離輻射電離輻射設(shè)備昂貴分辨率低斷層成像實時動態(tài)

影像重疊非實時非實時放射性藥物形態(tài)功能與定征

設(shè)備價格便宜

空間分辨率分辨率低，能分辨率高，骨分辨率較分辨率低分辨力低，圖像質(zhì)

區(qū)分軟組織組織、軟組織X-CT低，對量差

的細(xì)節(jié)分辨力強，軟軟組織的診

組織之間分?jǐn)嗄芰?/p>

辨力差

主要應(yīng)用領(lǐng)域骨骼、血管等腦、骨、鈣化腦、神經(jīng)、血人腦、心臟、肝器外形及大小、

管、肌肉等軟全身其他器柔度或可動度；病

組織官及腫瘤邊緣回聲；內(nèi)部結(jié)

構(gòu)特征；同臨關(guān)系

等，心臟功能評價、

心臟疾病診斷

5、簡述生物醫(yī)學(xué)測量的特點。簡述生物測量系統(tǒng)組成及各部分的功能，并舉一具體儀器加

以說明。

特點：1、生物醫(yī)學(xué)測量基本屬于弱信號測量；

2、生物體內(nèi)噪聲對測量有重要影響；

3、信息測量中容易引入外界環(huán)境的干擾；

4、生物醫(yī)學(xué)信息的多變性；

5、生物醫(yī)學(xué)測量的安全要求：電安全性、機械安全性、化學(xué)安全性。

生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的組成：a、被測對象b、測量儀器c、測量環(huán)境

生物醫(yī)學(xué)測量儀器的組成:信息獲取、信號加工、記錄與顯示三大部分。

功能：

r感知被測信息并使之轉(zhuǎn)換成為易于測量和加工的電信號或其他性質(zhì)的信號；

2,用以對電機或傳感器獲取的新信號做放大、存儲、信號處理等必要加工，以適于對測量

結(jié)果的分析、識別和量化，并提供給記錄與顯示部分；

3'將各種測量結(jié)果最終以一定形式顯示給需要者，并按其需要記錄下來供存儲分析。

如X-CT醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，由X射線源、檢測器、計算機和顯示器構(gòu)成。其中，X射線源和檢

測器為信息獲取裝置，計算機系統(tǒng)為信息技工裝置，而顯示器為記錄與顯示裝置。

6、任舉三例，說明醫(yī)學(xué)圖像處理與分析內(nèi)容和意義。

(1)醫(yī)學(xué)圖像增強

內(nèi)容：空域處理(點處理、鄰域處理)，頻域處理

意義:對比度調(diào)整;對圖像濾波,達(dá)到消除圖像中的噪聲或者增強邊緣等提高圖像質(zhì)量，

有利于操作者的觀察；采用圖像處理往往能有效地改善圖像的觀察效果；抑制噪聲；突出邊

緣。

(2)醫(yī)學(xué)圖像變換

內(nèi)容：傅里葉變換、離散余弦變換、正弦變換、沃-哈變換

意義：把原先二維空間域中的數(shù)據(jù)變換到另外一個'‘變換域"，使一些在空間域不易實

現(xiàn)的操作，在變換域中簡單，方便的完成。

(3)醫(yī)學(xué)圖像分割

內(nèi)容：根據(jù)某種均勻性的原則，將圖像分成若干有意義的部分，使得每一部分都符合

某種一致性的要求，而任意兩個相鄰部分合并都會破壞這種一致性。

意義：對人體各種組織的正確分割和分類為臨床組織病變提供計算機輔助的依據(jù)，也

是圖像三維重建，醫(yī)學(xué)圖像可視化的基礎(chǔ)。

7、簡述醫(yī)學(xué)材料的基本性能要求有哪些？生物醫(yī)學(xué)材料生物功能性內(nèi)涵式什么？生物醫(yī)學(xué)

材料按照化學(xué)組成可劃分為哪些種類？雜化生物已足額材料的構(gòu)成特征是什么？基本性能

要求：A、生物功能性B、生物相容性C、生物安全性

生物功能性：指生物醫(yī)學(xué)材料在植入位置行使功能的能力，或為執(zhí)行能力，其自身和植入位

置應(yīng)當(dāng)滿足適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)要求；生物醫(yī)學(xué)材料能否有效的行使功能，除與其自身的物理化

學(xué)性質(zhì)相關(guān)外，還和其所處的生物環(huán)境相關(guān)。生物功能性即指材料本身行使功能必須具有的

物理化學(xué)性質(zhì)也包括材料對其植入位置的物理化學(xué)要求。

按化學(xué)組成分類：

1、無機生物醫(yī)學(xué)材料

2、金屬及合金生物醫(yī)學(xué)材料

3、高分子生物醫(yī)學(xué)材料

4、復(fù)合生物醫(yī)學(xué)材料

5、生物功能材料（雜化生物醫(yī)學(xué)材料）

雜化生物醫(yī)學(xué)材料構(gòu)成特征：采用物理或化學(xué)的方法將生物活性分子加抗體、抗原等固定在

人工材料表面或內(nèi)部，構(gòu)成具有生理功能的生醫(yī)材料，是活體材料與非活體材料雜化組成的

新型復(fù)合生材。

7\列舉一種典型生物功能材料，說明其在材料體系構(gòu)成與修復(fù)功能上與其他復(fù)合生物醫(yī)學(xué)

材料的異同，分析金屬生物醫(yī)學(xué)材料應(yīng)用過程中除了滿足基本性能要求外，還有哪些特殊

要求？

列舉：將酶固定高分子微膠囊內(nèi)，利用高分子半透膜，將酶與體內(nèi)蛋白分開，避免了免疫反

應(yīng)，小分子物質(zhì)和酶反應(yīng)產(chǎn)物又可以自由通過高分子膜，達(dá)到治療目的。用類似方法，利用

生物活性分子固定在材料上以制備各種雜化人工器官，代替和修復(fù)人體器官，可實現(xiàn)生物功

能的目的。

金屬材料特殊要求：1、腐蝕問題：金屬浸在體液中被腐蝕，降低或破壞金屬的機械性能，

導(dǎo)致斷裂，產(chǎn)生腐蝕物對人體有刺激性和毒性。

2、毒性問題：金屬的毒性主要作用于細(xì)胞，可抑制酶的活動，阻止酶通過細(xì)胞膜擴散和破

壞溶酶體。某些金屬會引起過敏反應(yīng)。

3、金屬材料的機械性能：健康骨骼具有自行調(diào)節(jié)能力，不易損壞或斷裂。植入材料不具有

自行調(diào)節(jié)能力，需要比自然骨更高的強度和彈性模量，一般要求強度不低于450MPa。

4、其它問題：冶煉工藝添加劑問題、消毒方法問題、抗凝血及溶血問題、松動問題及多孔

材料等。

1、生物醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用特征是什么？什么是載藥生物醫(yī)學(xué)材料？

答：生物醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用特征：生物醫(yī)學(xué)材料很少單獨使用，通常是結(jié)合在醫(yī)學(xué)裝置中替代

發(fā)生病變或失去功能的生命體器官。

載藥生物醫(yī)學(xué)材料：在材料中（最常見是修復(fù)材料）復(fù)合治療藥物植入人體后緩慢釋放，進(jìn)

行輔助治療。

金屬醫(yī)學(xué)材料在臨床上的應(yīng)用：

（1）不銹鋼作為生物醫(yī)學(xué)材料，在臨床上已有多年實際應(yīng)用，一般作為人工骨、人工關(guān)節(jié)、

接骨板、銷釘?shù)龋?/p>

（2）鉆基合金目前主要用作人工關(guān)節(jié)及關(guān)節(jié)修復(fù)體；

（3）由于鈦合金抗剪切強度較低，一般不作為骨螺釘、骨片及類似應(yīng)用，鈦合金具有一定

的形狀記憶效應(yīng)（材料變形后，通過加熱可恢復(fù)原狀），因此是矯形外科、管狀器官治療的

理想材料。

8、什么是天然生物材料？在天然生物材料的應(yīng)用中，對生物組織進(jìn)行處理的方法主要有哪

兩種？接近惰性的生物陶瓷材料的行為特征是什么？有哪些主要性能要求？常用的接近惰

性的生物陶瓷有哪些？有什么主要用途？（20，）

天然生物材料：來自人體自身組織同體（如人尸體）或異體（如動物）同類器官與組織的材

料，是天然高分子材料。人類和動物機體的皮膚，肌肉組織和器官，成機體的基本物質(zhì)，如

蛋白質(zhì)、多糖、核酸都是高分子化合物，他們在機體內(nèi)行使各種生理功能。醫(yī)用：天然蛋白

質(zhì)材料；天然多糖類材料；經(jīng)特殊處理的天然生物材料=＞生物再生材料（生物衍生材料）。

處理方法：1、維持組織原有構(gòu)型而進(jìn)行的固定、滅菌和消除抗原性和較輕微處理。

2、拆散原有構(gòu)型，重建新的物理形態(tài)的強烈處理。

接近惰性的生物陶瓷行為特征和主要性能要求：

在宿主內(nèi)能維持其物理、化學(xué)和力學(xué)性能，并由此而長期的維持其生物功能。

應(yīng)該是無毒、非致癌、不過敏、不發(fā)生炎癥的。

常用的惰性生物陶瓷主要有:氧化鋁陶瓷、氧化錯陶瓷、單相鋁酸鈣陶瓷、碳素材料等。

氧化鋁陶瓷一由于氧化鋁陶瓷具有優(yōu)良的抗腐蝕性能、良好的生物相容性、高的強度和耐

磨損性能，常將其應(yīng)用于承重、承力的骸關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)置換體、牙科種植體等。

氧化錯陶瓷一一基于氧化錯陶瓷優(yōu)良的生物相容性、良好的斷裂韌性、高斷裂強度和低彈性

模量，適合制作需承受高剪切應(yīng)力的人工關(guān)節(jié)。

碳素材料一制作人工心臟瓣膜等。生物碳素材料具有良好的生物相容性和血液相容性，廣

泛用于心血管材料；與人骨彈性模量相近，可作為牙科種植體構(gòu)成材料。

什么是生物活性材料？生物活性材料的組成特征？

生物活性材料是一類能在材料界面上誘發(fā)出特殊生物反應(yīng)的材料，這種反應(yīng)導(dǎo)致組織與材料

之間形成鍵合。

特征：可降解，可誘導(dǎo)成骨，組織與材料之間形成鍵合。

生物活性陶瓷的組成中含有能夠通過人體正常新陳代謝途徑進(jìn)行置換的鈣、磷等元素，或含

有能與人體組織發(fā)生鍵合的羥基（OH-）等基團

9、什么是人工器官？它的主要作用是什么？試比較天然器官移植與人工器官的優(yōu)缺點。（13，）

人工器官：廣義：不論體內(nèi)或體外、短期或長期、局部或全部的補償、替代或修復(fù)人體天然

器官或其功能的人造裝置，都可認(rèn)為是人工器官。人工器官作為一種醫(yī)療方法或裝置，是對

人體器官的某種模擬。狹義：只有那些替代了原自然器官的位置，并能發(fā)揮其余全部功能的

和具有生物活性的人造裝置才是人工器官。

主要功能：功能和置換倆方面

人工器官和天然器官的對比：

自然器官一般都具有多種功能，而人工器官僅能代替天然器官的部分功能。天然器官都具有

生命活性，而人工器官很難有。同種天然器官的生物相容性好，而人造材料與機體相容性不

好。天然器官無需加以控制，而人工器官需加以控制。天然器官可生長與自我修復(fù)，而人工

器官不生長與自我修復(fù)，但天然器官供體有限，而人工器官可大量生產(chǎn)。

試舉一例說明一種工器官的分類、基本組成、應(yīng)用和組成的基本問題。（以工心瓣為例）（10，）

分類：機械瓣：籠球瓣、籠碟瓣、斜碟瓣、雙葉瓣

生物瓣：同種生物瓣、異種生物瓣

基本組成：瓣環(huán)、瓣架、阻塞體

應(yīng)用：置于心臟的相應(yīng)位置（不一定是天然心瓣的原位置），替代天然心瓣開放或阻斷功能

（止逆閥）的人造裝置。

基本問題：（機械瓣）：血液相容性問題始終存在，導(dǎo)致凝血和血栓。更換機械瓣的病人需終

生抗凝。此外在流體力學(xué)和機械性能上也存在欠缺。

（生物瓣）：瓣開口面積小，跨瓣壓差大，有類射流效應(yīng)，類脂質(zhì)沉積，鈣化衰變。

10、人工肺有哪些（各種臨床應(yīng)用）？什么是血液透析？它的主要作用是什么？

人工肺的作用：①CPB心肺旁路

②ECMO體外膜式氧合器

③ECCOR體外CO2排除法

@CPCR心肺腦復(fù)蘇

⑤IVOX靜脈血管內(nèi)氧合器（植入式人工肺）

⑥重要器官保存

⑦人造子宮

⑧人工肺輔助

血液透析：將血液用人造的裝置來加以過濾。

作用：對血液進(jìn)行過濾，濾除血液中有毒的含氮化合物，調(diào)節(jié)PH值，維持正常的血漿電解

質(zhì)平衡。

人工腎叫血液透析器，廣義地說，體內(nèi)或體外的部分或全部地短時或長期的替代人體腎及其

功能的裝置可稱為人工腎，主要用于治療急慢性腎衰和尿毒癥，目前的人工腎主要用于治療

和作為天然異體腎的移植的過渡或橋梁。用于排泄和調(diào)節(jié)。

生物醫(yī)學(xué)材料的生物安全性--采用生物學(xué)方法檢測材料對復(fù)合體的毒副作用,從而預(yù)

測該材料在醫(yī)學(xué)實際應(yīng)用中的安全性。

包括,材料對受體局部組織、血液和整體的反應(yīng),對受體的遺傳效應(yīng)等。

11＞簡述人工機械心瓣與人工生物心瓣的優(yōu)缺點。（79

機械生物

優(yōu)點：使用壽命長，終生使用與機械心瓣相比，人工生物心瓣：

1、中心流型，血流狀態(tài)接近天然心瓣狀態(tài)。

2、瓣葉有柔性，撓性，對血液損傷小。

3、表面相容性好，血栓生成少。

4、不用終身抗凝

5、無噪音。

缺點：1、阻塞體（瓣葉等）多為非中心流型；1、瓣開口面積較小。

阻礙正常的血流狀態(tài)，即使是最好2、跨瓣壓差較大。

的雙葉瓣，也僅是近中心流型。3、有類射流效應(yīng)。

2、人工材料與人體組織相容性差，易4、類脂質(zhì)沉積。

產(chǎn)生血栓。5、鈣化衰變。

3、必須終生抗凝，因此易導(dǎo)致大出血。

4、有時會發(fā)生機械結(jié)構(gòu)失靈，會直接

威脅生命。

5、機械瓣多是剛性材料，關(guān)閉不是

十分柔和。

一、填空題(2005)

1、人工器官的作用主要是功能與置換兩個方面。

2、器官移植可分為同種異體器官移植與異種器官移植。

3、按應(yīng)用部位分類，可以將人工器官分為體內(nèi)與體外兩大類。

4、心肺旁路是人工肺最早最基本的應(yīng)用，體外循環(huán)是它實現(xiàn)的前提，它是由重合

器、、插管與管道、血液回收器、過濾器、熱交換系統(tǒng)等組成。

5、以工作原理進(jìn)行分類，人工肺可分為直接接觸式與間接接觸式-

6、膜式人工腎可以分為平板式與中空纖維式。

7、人工輸尿管的關(guān)鍵是抗返瓣的設(shè)計。

8、心血管系統(tǒng)人工器官主要是人工心瓣、人工心臟輔助、全人工心臟o

9、人工心瓣按材料分為機械瓣和生物瓣0

10、人工機械心瓣由瓣環(huán)、瓣架和阻塞體三基本部分組成。

11、全人工心臟由血泵、功能系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、自動檢測控制系統(tǒng)四部分

組成。

12、人工肝分為非生理人工肝輔助、生理人工肝輔助和雜化式人工肝三類。

13、在運動系統(tǒng)的人工器官中，最普及用量最大的事人工肝和人工關(guān)節(jié)-

14、克隆器官的關(guān)鍵是克隆技術(shù)與定向分化培育。

15、克隆器官有技也、社會和倫理等問題。

二、簡述生物醫(yī)學(xué)工程的一般定義；說明生物醫(yī)學(xué)工程研究的目標(biāo)是什么？(10)

一般定義：綜合運用現(xiàn)代自然科學(xué)和工程技術(shù)的原理、方法，從工程學(xué)的角度在

多種程度研究生物體，特別是人體的結(jié)構(gòu)、功能和其他生命現(xiàn)象，揭示和論證生命運動

的規(guī)律，深化對生命系統(tǒng)的認(rèn)識，提供防病、治病、衛(wèi)生保健、康復(fù)、安全防護(hù)的新理

論和新方法，設(shè)計和研制用于防病治病等的新材料、人工器官裝置與系統(tǒng)的新興交叉學(xué)

科。

應(yīng)用物理學(xué)和工程學(xué)的技術(shù)來解決生命系統(tǒng)中的問題,突出強調(diào)人類疾病的診斷、

治療和預(yù)防。

研究的基本任務(wù)：

運用工程技術(shù)手段研究和解決生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中的有關(guān)問題。

三、六十年代將生物醫(yī)學(xué)材料的定義為“植入活體內(nèi)或與活體結(jié)合而設(shè)計的生活體系

統(tǒng)不起藥物反應(yīng)的惰性物質(zhì)”；80年代則將生物醫(yī)學(xué)材料定義為“用于取代、修復(fù)活

體組織的人造的或天然的材料”。請從生物醫(yī)學(xué)材料定義的演變分析生物醫(yī)學(xué)材料的

發(fā)展。(10,)

60年代對生物醫(yī)學(xué)材料的定義特征為：人造、非生命、應(yīng)用、生物相容、無藥物

反應(yīng)一生物材料與藥物的區(qū)別。

惰性一化學(xué)穩(wěn)定，生物穩(wěn)定。

隨著生物材料的發(fā)展，該定義已明顯不適應(yīng)生物材料的功能與范疇的飛速發(fā)展一

一載藥生物材料，生物活性材料。

80年代的定義

不限制：人造/天然，體內(nèi)/體外，活性/惰性，長期/短期。

范圍：醫(yī)用、生物相容。

生物醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用特征：通常結(jié)合在醫(yī)學(xué)裝置中替代發(fā)生病變成失去功能的生

命體器官。

最早的應(yīng)用追溯至公元前3500年（棉花纖維、木片修補顱骨缺損等）

20世紀(jì)，高分子材料的應(yīng)用帶來了生物醫(yī)學(xué)材料的巨大發(fā)展。

20世紀(jì)50年代，各種復(fù)雜人工器官的出現(xiàn)，使生物醫(yī)學(xué)材料學(xué)科與其他相關(guān)技術(shù)

的交叉與滲透更趨深入，進(jìn)入新階段。

骨修復(fù)材料的基本功能特性：（特征：可降解，可誘導(dǎo)成骨）硬度，強度，彈性模量。

四、什么是組織工程材料？組織工程材料有什么優(yōu)點？骨組織工程支架材料有什么性

能要求？（15'）

組織工程材料：為解決器官或組織損傷的修復(fù)，利用組織工程將活體某一器官的細(xì)

胞在體外進(jìn)行分離培養(yǎng)，種植到三維支架上植入體內(nèi)，使細(xì)胞借助支架和營養(yǎng)物慢慢生

長出新的細(xì)胞和器官。從材料學(xué)與工程觀點看，這種具有生命的活體組織科視為細(xì)胞的

復(fù)合生物材料，即為組織工程材料。

優(yōu)點：無抗原性，來源不受限制，可按預(yù)先設(shè)計塑性，具有生命力和功能比較。

學(xué)術(shù)：（1）高的孔隙率，大的表面積，以培養(yǎng)更多的細(xì)胞，為再生器官提供足夠的

細(xì)胞。

（2）高的結(jié)構(gòu)強度，這對修復(fù)硬組織尤為重要。

（3）特殊的三維構(gòu)型。

（4）加工的技術(shù)先須使其制備的支架構(gòu)型不引起不利于生物相容性的效應(yīng)。

（5）待成熟后自行降解，降解的碎片不引起炎癥和毒性（骨組織工程化材料常用

課降解的磷酸鈣陶瓷，如0-磷酸鈣陶瓷作支架材料）

四'、簡述組織工程的概念及其在人工器官中的應(yīng)用（8,）

組織工程：應(yīng)用生命科學(xué)和工程學(xué)的原理和方法，去認(rèn)識動物的正常和病態(tài)的結(jié)構(gòu)

——功能的關(guān)系，建造一種生物裝置來維護(hù)、增進(jìn)人體細(xì)胞核組織成長，已恢復(fù)或重建受

損組織或器官的結(jié)構(gòu)和功能，維持或改善組織器官的一門新興邊緣學(xué)科

組織工程在人工器官中的應(yīng)用：利用組織工程的概念與方法，產(chǎn)生具有生物活性的

組織，可成為器官的部分替代物。人工器官的關(guān)鍵是材料。為了發(fā)展人工器官，人工材料

的研究必須先行。在活性生物材料的基礎(chǔ)上開發(fā)具有生物活性的人工器官，這就是仿生人

工器官。目前主要的途徑就是組織工程器官。

組織工程材料用于制備組織工程化人工器官和組織（仿生人工器官和組織），如人

造血管,骨和軟骨,人工胰臟,腎上腺,人工皮膚,神經(jīng)再生等。

五、盡你所能論述生物力學(xué)與組織工程的關(guān)系（25，）

無論是廣義而言還是狹義而言；無論從科學(xué)基礎(chǔ)層面還是從工程技術(shù)層面來看，生

物力學(xué)都是組織工程的不可或缺的基礎(chǔ)。大體而言，主要包括：

1、組織、器官在體力學(xué)環(huán)境（應(yīng)力分布等）的分析和在體力等環(huán)境外模擬（調(diào)控）。

2、應(yīng)力一細(xì)胞發(fā)育、增殖、分化的關(guān)系。

3、細(xì)胞---材料表面之間的mechano-chemicaleffects.

4、細(xì)胞粘附，變形，運動的力度規(guī)律及生物學(xué)圖式形成和變化的動力學(xué)規(guī)律。

5、離體培養(yǎng)組織植入體內(nèi)后和機體組織的相互作用。

6、細(xì)胞/組織三維培養(yǎng)系統(tǒng)的流動和傳質(zhì)規(guī)律。

7、離體培養(yǎng)組織的力學(xué)性能及其和自然組織性能的比較等等。

生物力學(xué)和生命科學(xué)的真正結(jié)合，是組織工程未來發(fā)展中至關(guān)重要的一點。

六、描述有創(chuàng)/無創(chuàng)測量方法的分類和定義，并舉出實際的例子(30，)

‘無創(chuàng)測量

按測量條件分有創(chuàng)測量

、微創(chuàng)測量

無創(chuàng)測量：又稱非侵入式測量，其測量系統(tǒng)的探測部分不侵入生物體組織，不造成

機體創(chuàng)傷，是生物醫(yī)學(xué)測量技術(shù)的發(fā)展方向。如大量高速發(fā)展的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)(X-CT、

MRLUS等)。舉X—CT

有創(chuàng)測量：又稱侵入式測量，其測量系統(tǒng)的探測部分需侵入生物體內(nèi)，會造成機體不同

程度的創(chuàng)傷。慎用，一般用于危重病人監(jiān)測、動物監(jiān)測。如心內(nèi)或大血管內(nèi)的血壓或血流形，

因難以從體表有效傳遞生物信息，故采用心導(dǎo)管手術(shù)等有創(chuàng)方法進(jìn)行測量。

「植入式測量

微創(chuàng)測量J

L內(nèi)窺檢查

植入式測量：將測量系統(tǒng)的部分或全部經(jīng)手術(shù)埋植于體內(nèi)，多用于長期連續(xù)測量生物

體的功能狀態(tài)和控制心臟起搏器等人工器官裝置及某些自動輸藥系統(tǒng)。安全性和可接受性均

優(yōu)于有創(chuàng)測量。

內(nèi)窺鏡檢查：如胃鏡、直腸鏡、膀胱鏡等，它們基本不損傷皮膚，不侵入機體的組織，

只會引起輕微的組織擦傷和不適，信息失真小，信號強，測量準(zhǔn)確。

七、CT成像的原理可用以下三個公式來描述，請說明每個公式的含義及其在X—CT中的

實現(xiàn)方法。

(1)Po(t)=/爹f(x,y)8(xcos0+ysin0—t)dxdy

(2)S0((o)=F(w,0)=F((ocos0,a)sin0)其中3,。為極坐標(biāo)中的變量，

且u=(ocos0,v=(osin0；

S0((o)=虞Po(t)e-j2n3tdt;f(x,y)=「口虞F(3,6)42ngxcose+ysin。)3d3d&

(3)F(x,y)=.[J：；se(3)|3|ej2n3td3]g

(1)表示函數(shù)f(X,y)沿直線xcos0+yCOS0=t線積分，此投影稱為函數(shù)f(x,

y)的Radon變換。

即假設(shè)要重建的圖象性質(zhì)用一個密度函數(shù)f(x,y)表示。設(shè)某一投影方向，對每一條

投影線計算密度函數(shù)的線積分，可得該投影線上的投影值。計算出該投影方向上所有的

投影值，可得該方向的投影函數(shù)。

(2)Fourier中心切片定理

函數(shù)f(x,y)在e方向上投影函數(shù)的一維Fourier變換，等于極坐標(biāo)下該函數(shù)二

維Fourier變換中沿同一方向且過原點的直線上的值。

取無窮多個角度，F(xiàn)(u,v)在u-v平面上的每一個值都可得到對F(u,v)作Fourier

變換，就可恢復(fù)函數(shù)f(x,y)

(3)濾波一反投影圖像重建法

將f(x,y)轉(zhuǎn)變?yōu)闃O坐標(biāo)(w,0)形式，得到需要重建的圖像的公式。

八、MRI成像系統(tǒng)中存在三種主要的磁場，即靜磁場，射頻場和梯度磁場。請分別說明這三

種磁場的作用。(10)

靜磁場的作用：在靜磁場B0的作用下，磁軸原為任意取向的自旋質(zhì)子，將依外磁場的方向

重新取向，并依拉摩爾方程(LarmourEquation)的規(guī)律，以新的角速度(自旋頻率)自旋，

產(chǎn)生自旋質(zhì)子的“進(jìn)動”運動。

因此，靜磁場的作用是使自旋質(zhì)子進(jìn)動。

射頻場的作用：具有一定進(jìn)動頻率的自旋質(zhì)子，當(dāng)受到相同頻率(拉摩爾頻率)的脈沖電磁

波(射頻脈沖)B1呈一定的方向進(jìn)行“激勵”時，部分低能態(tài)的自旋質(zhì)子，則可吸收脈沖

電磁波的能量，“逆轉(zhuǎn)”為高能態(tài)質(zhì)子。一旦射頻脈沖處于暫停的瞬時，由低能態(tài)逆轉(zhuǎn)為高

能態(tài)的自旋質(zhì)子，將會回復(fù)為低能態(tài)質(zhì)子，并將它們所吸收的能量，以電磁波的形式，重新

釋放到質(zhì)子的周圍環(huán)境。這時，在質(zhì)子周圍(受檢人體周圍)如果置有探測器，便可檢測到

電磁波信號、即磁共振信號。上述過程，也就是自旋質(zhì)子的磁共振現(xiàn)象。

因此，射頻電磁場的作用是產(chǎn)生磁共振。

梯度磁場的作用：為了檢測3D空間中每一點的T1和T2,施加梯度磁場定位空間點，并使

B0沿z軸方向。在z方向施加線性梯度場Gz(與B0相比很小)，Z方向的不同點受到不同

的磁場(B0+Gz)作用，受激后不同的射頻信號，從而定位來自不同空間點(Z方向)的信號。

同理，在X、Y方向也施加線性梯度場，以全面實現(xiàn)信號源的空間定位。

因此，梯度場的作用是實現(xiàn)磁共振信號源的空間定位。

九、試述圖像變換在醫(yī)學(xué)圖像壓縮和醫(yī)學(xué)圖像分割中的作用(10)。

(1)在醫(yī)學(xué)圖像增強中，點處理實際上是一種圖像灰度變換，而圖像增強的頻域處理中，

圖像經(jīng)過濾波器對信號頻率成分的濾波可在變換域?qū)崿F(xiàn)，即把原始圖像進(jìn)行正變換，設(shè)計一

個濾波器用點操作的方法加上頻譜數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行變換。

(2)圖像壓縮：在醫(yī)學(xué)圖像壓縮中，有一類“變換編碼”是利用余弦變換(DCT)、沃爾什

—哈達(dá)瑪變換WHT等圖像變換方式對信息進(jìn)行壓縮的，壓縮效果很好。

(3)醫(yī)學(xué)圖像分割的算法中，有基于小波變換的方法。用小波進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像閾值分割的思

想是利用二進(jìn)制小波變換將圖像直方圖分解為不同層次的小波系數(shù)，依照給定的分割準(zhǔn)則和

小波系數(shù)選擇閾值門限，整個過程由粗到細(xì)，由尺度來控制。

十、簡述膜式人工肺原理，比較膜肺與鼓泡式人工肺。(10')o(為什么鼓泡式人工肺最終

被膜肺所取代？)

模式人工肺根據(jù)天然肺的原理設(shè)計，血液與氣體不直接接觸，而由一層人造薄膜相互隔開,

即氣液兩相各走自己的通道。氣體通過膜的傳質(zhì)是通過膜內(nèi)點陣、孔穴或微孔進(jìn)行的。

由于膜孔的尺寸較小，同時選用疏水性的人造膜材料，這層膜允許氧氣和二氧化碳?xì)怏w自由

通透，而不允許血球和血漿通過。由于血液和氧氣不直接接觸，避免了血細(xì)胞的破壞和蛋白

質(zhì)的變性，減少了氣栓和微栓的形成，可用于長期體外循環(huán)，適用于呼吸輔助支持(ECMO)

和人工肺的其他多種用途。

2、試述口腔正畸、修復(fù)、種植醫(yī)學(xué)領(lǐng)域存在哪些生物力學(xué)問題？（20,）

根據(jù)口腔的結(jié)構(gòu)和臨床治療，簡述2-3個口腔醫(yī)學(xué)中的力學(xué)問題及其研究方法手段和研究

現(xiàn)狀等。（20'）

在口腔正畸領(lǐng)域，生物力學(xué)角度所涉及的問題是探討矯治力傳遞所致應(yīng)力分布和規(guī)律，以探

索矯治機制。C1'口腔正畸中的多層次（宏觀、細(xì)胞等層次）的生物力學(xué)機制研究

2,口腔正畸的系統(tǒng)建模與仿真及其應(yīng)用研究；

生物力學(xué)問題I3，“無托槽正牙新技術(shù)”的生物力學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用性研究

]4,口腔正畸微植體支抗、舌側(cè)矯治器的生物力學(xué)研究

5,顆下頜關(guān)節(jié)（TMJ）改建的生物力學(xué)研究；

、6,與口腔正畸中的應(yīng)用軟件和儀器開發(fā)

修復(fù)：口腔修復(fù)體的材料力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)的的應(yīng)力分析、構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計、疲勞與破壞等均與

生物力學(xué)有密切的關(guān)系。

r固定修復(fù)和可摘局部義齒修復(fù)基牙及牙周組織的生物力學(xué)特性研究，

2,與潁下頜關(guān)節(jié)的生物力學(xué)研究，牙頜面畸形矯治的生物力學(xué)研究；

3,機械應(yīng)力下成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞在骨改建中的細(xì)胞、分子機制生物力學(xué)研究；

4,口腔修復(fù)體，如樁冠修復(fù)、橋、精密附著體的生物力學(xué)研究等。

種植：口腔種植體構(gòu)型設(shè)計、骨整合、口腔種植體材料的力學(xué)特性評測等與生物力學(xué)關(guān)系密

切。生物力學(xué)問題：種植牙作為一個生物仿生器官，其行使咀嚼功能時所應(yīng)具有的生物力學(xué)

特性以及種植牙與頜骨間的牢固骨整合成為本領(lǐng)或最為關(guān)注用｝研究焦點、。

3、試從宿主反應(yīng)和材料反應(yīng)兩個方面說明生物醫(yī)學(xué)材料生物相容性的意義。（20，）

生物相容性（不引起急性或慢性炎癥，對周圍組織不呈現(xiàn)異物感特征）是指生命體組織

與非生命材料產(chǎn)生合乎要求的反應(yīng)（生物學(xué)行為）的一種性能，即生物相容性表征生物醫(yī)學(xué)材

料的生物學(xué)性能，它決定于材料與活體間的相互作用。

（1）宿主反應(yīng)：包括局部和全身反應(yīng)，如：炎癥、細(xì)胞毒性、凝血、溶血、刺激性、

致敏、致癌、致誘變、致畸、免疫反應(yīng)等。其結(jié)果可導(dǎo)致對機體的毒副作用和機體對材料的

排斥。

（2）材料反應(yīng)：主要來自生物環(huán)境對材料的腐蝕和降解，可能使材料性質(zhì)腐蝕變化，

甚至破壞。因此,對生物醫(yī)學(xué)材料必須進(jìn)行生物相容性評價,要求生物醫(yī)學(xué)材料植入人體后，

其宿主反應(yīng)和材料反應(yīng)必須保持在可接受的水平。

材料的生物相容性與其使用目的和條件密切相關(guān)，如血液相容性、組織相容性等。

4、簡述復(fù)合生物醫(yī)學(xué)材料的定義及其復(fù)合體系與復(fù)合方式的種類；試舉一典型復(fù)合生物醫(yī)

學(xué)材料，分析其復(fù)合的目的和意義。（16，）

定義：廣義的講，由兩種或多種有機高分子、無機非金屬、金屬或天然生物等幾類不同材

料通過物理、化學(xué)或生物不同工藝組合而成的具有生物相容性的材料。

復(fù)合體系：有機/有機復(fù)合；有機/無機復(fù)合；無機/無機復(fù)合；金屬/無機復(fù)合。

復(fù)合方式：表面復(fù)合；整體復(fù)合；多層復(fù)合。

復(fù)合目的：增強、改進(jìn)、功能化

如：HA加入到聚乳酸中，（1）粉體加入，強度上升；

（2）調(diào)節(jié)聚乳酸降解速率（增大表面積）；

（3）降解的乳酸呈酸性，產(chǎn)生無菌炎癥，抑制成骨細(xì)胞生長增殖，用HA中和乳酸的酸性。

列舉三種金屬生物醫(yī)學(xué)材料并說明其在臨床中的用途

（1）不銹鋼：人工骨、人工關(guān)節(jié)、接骨板、銷釘?shù)龋?/p>

（2）鉆基合金：人工關(guān)節(jié)及關(guān)節(jié)修復(fù)體；

（3）鈦及鈦合金：人工骨替代材料，人工心瓣等人工器官的基本材料。

10、（1）醫(yī)學(xué)圖像處理中的圖像增強的目的是什么？（2）空域和頻域增強的方法主要有哪

些？試分別舉例說明。

（1）目的：采用某種技術(shù)手段，改善圖像的視覺效果，或?qū)D像轉(zhuǎn)換成更適合人眼觀察和

機器分析識別的行式，以便從圖像中獲取更有用的信息。

（2）空域處理：點處理（圖像灰度變換、直方圖均衡、偽彩色處理等）；

鄰域處理（線性、非線性平滑和銳化等）。

頻域處理：高、低通濾波，同態(tài)濾波等。

一、填空題（2006年）

3.人工機械心瓣是指用人工制造或合成的無機或有機的材料,制成與天然心瓣相識的

形狀，置于心臟的相應(yīng)位置，替代天然心瓣開放或阻斷功能的人造裝置。

4.鈣化是人工生物瓣的最大缺點。它不僅限制了病人的適用范圍，還限制了瓣的壽命。

7.人工胰的主要功能和作用是替代天然胰臟內(nèi)上心細(xì)胞的功能，輸送供給或分泌胰

島素以治療糖尿病。

9.導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)置換的嘴主要原因是骨關(guān)節(jié)炎。

11.人工器官研究與開發(fā)中的問題主要是材料、價格和社會倫理道德等問題。

四、簡述生物功能材料的定義；試舉一典型生物功能材料，簡述其制備方法并分析其在植

入人體后的行為特點。（209

定義：采用物理或化學(xué)的方法將生物活性分子如酶、抗體、抗原、多糖類、酯類、藥物及細(xì)

胞等固定在材料表面或內(nèi)部，構(gòu)成具有生理功能的生物醫(yī)學(xué)材料。是活體材料與非活體材料

雜化組成的新型復(fù)合生物醫(yī)學(xué)材料，也稱為雜化生物醫(yī)學(xué)材料。

如：將酶固定高分子微膠囊內(nèi)，利用高分子半透膜，將酶與體內(nèi)蛋白分開，避免了免疫反應(yīng)，

小分子物質(zhì)和酶反應(yīng)產(chǎn)物又可以自由通過高分子膜，達(dá)到治療目的。

五、試從診斷、治療和基礎(chǔ)與臨床的研究三個方面說明醫(yī)學(xué)圖像的作用。（15，）

醫(yī)學(xué)圖像的作用主要表現(xiàn)在診斷、治療、研究三方面。

醫(yī)學(xué)圖象在臨床診斷中的應(yīng)用：

＞提高臨床診斷的水平

＞實現(xiàn)治療中的監(jiān)護(hù)，提高治療中的有效性

＞外科手術(shù)的規(guī)劃

＞為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)提供研究手段

＞圖象的計算機管理

六、二維X-CT圖像重建主要有哪幾種方法（至少列舉三種方法）？試根據(jù)圖說明X-CT

中用傅里葉變換法重建圖像的基本原理。

重建方法：①直接Fourier逆變換重建算法

②直接反投影重建算法

③濾波一反投影圖像重建算法

④卷積一反投影重建算法

基本原理：1）對每一個角度的投影，計算其一維的Fourier變換；

2）計算所有角度的投影，形成Fourier變換域的函數(shù)F（s⑼；

3）計算F?S）在極坐標(biāo)下的二維Fourier逆變換。

八、請寫出一種描述血液的本構(gòu)方程，并加以解釋（20，）

血液的穩(wěn)態(tài)方程：Casson模型

="■+n.'Y

rc為Casson屈服應(yīng)力，nc為Casson粘度。

Casson方程描述血液與時間發(fā)展無關(guān)的本構(gòu)方程，描述高剪切條件下血液的流變行為,

在較高的切變率范圍內(nèi)，人血與母牛血同Casson方程符合很好。不但紅細(xì)胞懸浮液.而且

白血球懸浮液也符合Casson方程。

滿足Casson方程的物質(zhì)是一類較簡單的非牛頓流體，其主要特點是存在屈服應(yīng)力。

1、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的主要任務(wù)是什么？生物醫(yī)學(xué)工程的主要任務(wù)是什么？舉例說明生物醫(yī)學(xué)工程

在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的作用。（15，）

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的主要任務(wù)：診斷一一治療一一康復(fù)一一預(yù)防

（1）預(yù)防疾病和損傷，促進(jìn)和維持健康；

（2）解除由疾病引起的疼痛和痛苦；

（3）治療和照料那些無法治愈者；

（4）避免早死，追求安詳死亡。

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基本任務(wù)：運用工程技術(shù)手段,研究和解決生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中的有關(guān)問題。

作用:生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)在保障人類的健康和為疾病的預(yù)防、診斷、治療、康復(fù)服務(wù)等方面發(fā)

揮著巨大作用。另外，又由于它的高技術(shù)含量大，正在創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益。如人工肺的應(yīng)

用……

2、分析生物材料表面對血漿蛋白的吸附程度及選癢性對其血液相容性的主要影響。

蛋白質(zhì)的吸附對生物材料的生物相容性影響巨大。

1）血液與材料表面接觸，首先發(fā)生的是血漿蛋白在表面上的吸附。表面吸附的蛋白包括白

蛋白、丫球蛋白和纖維蛋白原。

2）材料表面對蛋白的吸附速度與蛋白的種類、材料表面性質(zhì)、吸附條件等有關(guān)，其吸附曲

線都屬于Langmuir型。

3）這三種蛋白在材料表面的吸附對其血液相容性的影響非常大。白蛋白的吸附使表面變得

更相容，而了球蛋白和纖維蛋白原的吸附則加速了凝血。

4）材料表面性質(zhì)對蛋白的吸附量有明顯影響，親水性表面比疏水性表面吸附蛋白量少。

選擇性:蛋白質(zhì)在材料表面的另一特征是吸附相的選擇，從而導(dǎo)致其蛋白質(zhì)相對其他蛋白質(zhì)

的富集。

4、人工心瓣的概念、分類、基本組成和存在的基本問題。（15，）

人工心瓣：心瓣是一種單向止逆閥，它開放允許血液流向下游，而關(guān)閉時卻阻止血液反向流

動，人工心瓣是人工制成的閥門，代替出故障的天然心瓣的功能。

分類：按材料分機械瓣（人造的材料制成）：籠球瓣、籠碟瓣、斜碟瓣、雙葉瓣

生物瓣：（動物或人體的組織材料加工制成）同種生物瓣、異種生物瓣

基本組成：瓣環(huán)、瓣架、阻塞體

基本問題：人工機械瓣：1、阻塞體（瓣葉等）多為非中心流型；阻礙正常的血流狀態(tài)。

2、人工材料與人體組織相容性差，易產(chǎn)生血栓。

3、必須終生抗凝，因此易導(dǎo)致大出血。

4、有時會發(fā)生機械結(jié)構(gòu)失靈，會直接威脅生命。

5、機械瓣多是剛性材料，關(guān)閉不是十分柔和。

生物瓣：1、瓣開口面積較小。2、跨瓣壓差較大。

3、有類射流效應(yīng)。4、類脂質(zhì)沉積。5、鈣化衰變。

5、簡述人工肝的分類及改進(jìn)。（15，）

分類：非生理人工肝輔助：在體外血液灌流一過濾、吸附解毒、血漿換解毒；

生理人工肝輔助：用動物肝臟替代人的肝功能（即交叉式灌流）；

雜化式（混合式）人工肝：用細(xì)胞材料與細(xì)胞雜化混合解毒（組織工程人工肝）。

改進(jìn)：（1）分離正常的人類肝細(xì)胞，以便將人肝而不是動物的肝細(xì)胞用于人工肝的支持系統(tǒng)。

（2）采用新的支持物、生長因子、與其他類型的細(xì)胞共同培養(yǎng)，或?qū)⒏渭?xì)胞聚集或球

形或成串。

（3）確定人工肝支持系統(tǒng)的最佳肝細(xì)胞用量。

（4）改進(jìn)技術(shù)，探索便于使用的人工肝輔助裝置，從而更普遍的應(yīng)用之。

（5）開發(fā)更為相容的體系。

（6）改進(jìn)血漿分離的方法以使之更長時間使用。

（7）發(fā)展新技術(shù)手段，如組織工程人工肝。

7、試列舉出3個生物醫(yī)學(xué)測量的特點，并對其中一個舉實例加以說明。（15，）

特點：1、生物醫(yī)學(xué)測量基本屬于弱信號測量；

2、生物體內(nèi)噪聲對測量有重要影響；

3、信息測量中容易引入外界環(huán)境的干擾；

4、生物醫(yī)學(xué)信息的多變性；

5、生物醫(yī)學(xué)測量的安全要求：電安全性、機械安全性、化學(xué)安全性。

“生物體內(nèi)的噪聲對測量有重要影響”中

例如在人體表電極提取人體信號時，同時可以提取到肌電信號，兩者疊加在一起，因此，

在測量中必須采取措施抑制肌電信號（肌電噪聲）。

在生物醫(yī)學(xué)測量中，不僅要抑制儀器系統(tǒng)的噪聲，更重要的是要充分認(rèn)識人體噪聲的性

質(zhì)和特點，采取有效辦法（如濾波、相關(guān)或自適應(yīng)處理，改進(jìn)信號耦合方法等），從人體噪

聲中提取出有用信號。

9、什么是輻射？什么是電離輻射？什么是射頻輻射？射頻輻射對機體是否有不良影響，影

響大小與哪些因素有關(guān)，有哪些表現(xiàn)？MRI的輻射屬于電離輻射還是射頻輻射？降低MRI

中被檢者所受電磁損傷的核心是什么？（10，）

電離輻射：在輻射防護(hù)領(lǐng)域，能在生物物質(zhì)中產(chǎn)生離子對的輻射。

射頻輻射：是非電離附設(shè)的一種，主要是高頻，微波。

射頻輻射對機體會產(chǎn)生不同程度的不良影響，其影響的大小主要與輻射頻率、電磁場

強度、波的性質(zhì)、弛豫時間、機體與輻射源的距離和方位、暴露部位的的大小、組織含水量、

有無脂肪層、散熱能力以及有無防護(hù)措施等因素有關(guān)，其中頻率是個主要因素；高頻輻射對

機體影響較小，主要表現(xiàn)在引起神經(jīng)衰弱綜合征和心血管系統(tǒng)的植物神經(jīng)功能失調(diào)；微波輻

射對人體影響較大，主要為熱作用和非熱作用兩方面。

MRI的輻射屬于射頻輻射。

核心是鐵磁性物質(zhì)的投射效應(yīng)；體內(nèi)置入物。

10、什么是反投影重建？反投影重建的缺點是什么？CT重建中為什么采用濾波反投影法?

已知一個四像素圖像（2*2）,分別獲得六個投影數(shù)據(jù)，包括兩個水平方向，兩個垂直方向

和兩個對角線方向，分別是11、9、7、13、12和8,如圖所示，解出這四個像素各像素值。

（10分）

迭代開始，先令所有的重建單元的值為0,第一步

計算出垂直方向的投影值，分別都是0,如右下圖。

把這個計算值與實測值11和9相比較后，將其差

值除以2以后分別加到相應(yīng)的單元上去,就可得到

垂直方向的迭代結(jié)果，如右下圖。

/⑴=力⑴=0+號=5.5

力⑴=/『=0+一=45

1~5-1|1~5~|

在此基礎(chǔ)上可以再做水平方向的迭代，-E3

此時有計算值10、10,實測值為12、8,

將它們比較后求出差值，分別加到有關(guān)咽

的象素上去，結(jié)果是：固血

/；(2)=5.5+12-10=6.5

8-10

力⑵=5.5+=4.5

2

12-10

”4.5+8；°=3.5舟為=4.5+=5.5

最后再作對角線方向的迭代，就得到了所要求的真實數(shù)據(jù)。

力⑶=6.5+7；。=5公—3”"

力⑶=4.5+】3；0=6力⑶=3.5+7；。=2

反投影重建:把每次測得的投影數(shù)據(jù)原路反投影到射線經(jīng)過的各個象素上。也就是說，指定

投影線上所有各象素點的值等于所測得的投影值。

缺點:反投影重建的圖像會出現(xiàn)圖像的邊緣失銳(即為一種偽像)現(xiàn)象。

CT重建中為什么采用濾波反投影法：經(jīng)濾波處理后,每個投影波形不僅包含了代表X線強

度的正向脈沖，同時其相鄰一邊又加上了反向的修正脈沖-將這些濾波函數(shù)與投影波形相加,

云暈狀陰影就抵消了。抵消得越徹底，反投影重建圖像就越接近原來物體。

11、醫(yī)學(xué)圖像的研究包括哪三個方面的內(nèi)容？試分別加以說明。(10，)

A.醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)：圖像形成的過程；成像機理、成像設(shè)備、成像系統(tǒng)分析

B.醫(yī)學(xué)圖像處理與分析：對已獲得的圖像，采用各種算法進(jìn)一步處理；

增強、特征提取、分類、分割、識別等。

C.醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用研究：臨床；基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)。

1、生物醫(yī)學(xué)工程的目標(biāo)是什么？舉例說明生物醫(yī)學(xué)工程在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的疾病預(yù)防、診斷、治

療及康復(fù)中的作用？(15，)(一般定義、基本任務(wù)、研究目標(biāo)、特點、內(nèi)容)

目標(biāo)：幾乎所有工程學(xué)和物理學(xué)都可與生物醫(yī)學(xué)相互結(jié)合，探索人類正常生理學(xué);表征組織

與器官的病變機理；給出研究和技術(shù)開發(fā)的最佳手段;提供治療與預(yù)防的有效方法。

舉例：

(1)、疾病預(yù)防中的生物醫(yī)學(xué)工程：病毒與細(xì)菌的隔離；

病毒與細(xì)菌的殺滅；

有毒、有害物質(zhì)的清除。

(2)、醫(yī)學(xué)診斷中的生物醫(yī)學(xué)工程：醫(yī)學(xué)圖像：超聲圖像、CT、X-光片……

生物信號：心電、腦電...

醫(yī)學(xué)檢驗：核磁共振、內(nèi)窺檢驗……

(3)、醫(yī)學(xué)治療中的生物醫(yī)學(xué)工程：激光手術(shù)、上刀

超聲碎石

癌癥的放射治療與化學(xué)治療

靶向藥物與生物導(dǎo)彈

器官修復(fù)中的組織工程

人工胰一一血糖測定與胰島素注射

(4)、醫(yī)學(xué)康復(fù)中的生物醫(yī)學(xué)工程：畸形矯正

人工義肢

可視義眼

人工耳膜

特點：A、迅速發(fā)展的新興學(xué)科

B、大跨度、多學(xué)科的綜合性應(yīng)用學(xué)科

C、生物醫(yī)學(xué)工程是醫(yī)學(xué)和生物學(xué)發(fā)展的重要動力

D、生物醫(yī)學(xué)工程是社會效益與經(jīng)濟效益的綜合

5、簡述主動脈氣囊反搏（IABP）的基本原理和操作原理。（10，）

基本原理：假定病人尚有血壓維持，用機械的方法將外界能量引入循環(huán)系統(tǒng)，以支持病

人的血液循環(huán)，挽救病人的生命。

利用“反搏”原理與心臟的心動周期同步運行，使冠狀動脈的血流量增加，和心臟的后

負(fù)荷下降的裝置。

操作原理：用一根帶有氣囊的導(dǎo)管插入降主動脈得近心端，在心臟收縮期氣囊內(nèi)氣體迅速

放空，造成主動脈壓力瞬間下降，心臟射血阻力降低，心臟后負(fù)荷下降，心臟排血量增加,

心肌耗氧量減少。舒張期主動脈瓣關(guān)閉同時氣囊迅速充盈向主動脈遠(yuǎn)近兩側(cè)驅(qū)血，使主動脈

根部舒張壓增高，增加了冠狀動脈血流和心肌供氧，全身灌流增加。

7、什么是在體測量和離體測量？并舉出對應(yīng)的生物醫(yī)學(xué)儀器。（15，）

（1）在體測量：指在生物體活體上對組織結(jié)構(gòu)和功能狀態(tài)所進(jìn)行的測量。特點是測量過程

中保持生物體的自然生理狀態(tài)，能實時反應(yīng)生物體的各種被測參數(shù)。主要用于生理檢查、病

人監(jiān)護(hù)等中。

其對應(yīng)的生物醫(yī)學(xué)儀器：脈搏測量儀、心音測量儀器、聽力計、眼壓計等。

（2）離體測量：指對離體的血、尿、活體組織或病理標(biāo)本之類生物樣本所進(jìn)行的測量。主

要用于病理檢查和生化分析中。

儀器：臨床生化分析儀、醫(yī)用分光光度計、血氣分析儀、電泳儀等。

8、列舉生物醫(yī)學(xué)測量儀器的主要技術(shù)指標(biāo)（6個以上），并對其中一個加以詳細(xì)說明。（15，）

（1）靈敏度（2）頻率特性（3）精密度（4）非線性度（5）準(zhǔn)確度

（6）漂移（7）分辨率（8）輸入阻抗和輸出阻抗（9）漏電流

如靈敏度：靈敏度是指儀器在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化與輸入量之比。可表示為：S=詈。

AA1

對于線性儀器，靈敏度為常數(shù)，并可用滿量程的輸出量與相應(yīng)輸入量之比來計。靈敏度是將

儀器的輸出量校正為輸入量的依據(jù)，也是儀器測量弱信號能力的反應(yīng)。儀器靈敏度愈高，愈

有利于小信號的測量；但對于干擾信號也愈敏感，儀器的穩(wěn)定性愈差。

9、某人重75kg,手握重5kg的球，而手肘呈90°。

1.二頭?。╞icep）須出力多少以維持前曾于衡工

2.前臂施加多少力于肱骨（humerus）?j?|

radius

1

ulna

解：根據(jù)靜力平衡和靜力矩平衡

前臂的重量為體重的0.022,

故m=0.022*75=1.65kg,

16一I7Z

臂重心位于POP=0.31m處。2

O.682L

0.38tn

對于肘之支點O,其力矩之和

EM=-rOEX(-FA)+rOBX(-5*9.8j)+ropX(-1.65*9.8j)=0

=>0.05FAk-18.62k-5.01k=0

.??手肘的垂直力為FA=472.6N

而根據(jù)力平衡式，

SF=Fci-Fj+FB(-cos75°i+sin75°j)-49j-16.17j=0

=>FC-0.259FB=0and-537.77+0.966FB=0

二頭肌施力為FB=556.7N

???手肘的水平力為Fc=144.1N

故前臂的施力為F=Fci-FJ=144.1i-472.6j(N)

10、醫(yī)學(xué)圖像研究包括哪三方面的內(nèi)容？簡述它們的研究內(nèi)容和任務(wù)。

(I)醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)

研究內(nèi)容：研究圖像形成的過程和設(shè)備。包括成像機理、成像原理與算法、成像設(shè)備、

成像系統(tǒng)的分析等。

任務(wù)：把人體中醫(yī)生感興趣的信息提取出來，并以圖像的形式表現(xiàn)出來。

(2)醫(yī)學(xué)圖像處理

研究內(nèi)容：針對已獲得的圖像作進(jìn)一步的處理，使之更有利于醫(yī)生視覺觀察，或進(jìn)行計

算機分析，從而獲得從圖像中無法直接獲得的信息。

任務(wù)：在獲得醫(yī)學(xué)圖像以后，對其進(jìn)行處理、分析、識別、采樣、分類等，以把某些

部分增強，或提取某些特征。

(3)醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究

應(yīng)用醫(yī)學(xué)成像所提取的信息，進(jìn)行生理或病理學(xué)研究，從而認(rèn)識人體生理活動的規(guī)律，

探索疾病的機理。

11、X-CT圖像重建的目的是什么？X-CT機上普遍采用的是濾波反投影重建法，簡述其優(yōu)

點和重建步驟。(10')

目的：根據(jù)所得到的某種形式的投影數(shù)據(jù)，解算出成像平面上各體素點上的CT數(shù)的具

體數(shù)值，并以不同的圖像灰度或顏色直觀反映不同組織之間這些性質(zhì)的差別。

優(yōu)點：經(jīng)濾波處理后，每個投影波形不僅包含了代表X線強度的正向脈沖，同時其相

鄰一邊又加上了反向的修正脈沖。將這些濾波函數(shù)與投影波形相加，云暈狀陰影就抵消了。

抵消得越徹底，反投影重建圖像就越接近原來物體。

重建步驟：書P214

12、什么是圖像增強，其目的是什么？圖像增強主要包括哪四個方面的作用？圖像增強方

法往往分為兩大類，分別是什么，其中包括哪些基本方法？圖像增強中往往