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)的探討對象、內(nèi)容、基本方法和主要特點(20,)

定義：生物力學(xué)是說明生命及其活動的力學(xué)，是力學(xué)及醫(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。

探討對象：力及生物體運動、生理、病理之間的關(guān)系。

探討目的：通過生物力學(xué)的探討，用力學(xué)分析的手段了解、學(xué)習(xí)、利

用、治療、愛護并協(xié)作創(chuàng)建生物。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。

探討內(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)上探討動物的能量，力

及位移、速度及加速度之間的關(guān)系。

(2)生物流體力學(xué)：探討血液、各種體液等流體的特性及

生物體內(nèi)的流體狀況，探討生物及空氣、水之間的相對運動。

(3)生物固體力學(xué)：探討生物體內(nèi)形態(tài)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態(tài)況。

(4)綜合問題：同時考慮多項介質(zhì)的相關(guān)影響。

探討方法：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)場進行分析探討。

特點：另外，生物力學(xué)在探討方法上有有別于其他各種物理問題或工

程問題的探討方法：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

試驗方法對他們進行探討。③在體試驗分麻醉態(tài)和非麻醉態(tài)。

2.簡述細胞力學(xué)的探討內(nèi)容、試驗手段及其應(yīng)用和發(fā)展趨勢。（10'）

探討內(nèi)容：

試驗手段：

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，進行獨創(chuàng)

創(chuàng)建。

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

工程等探討起先深化到細胞-分子水平。

3.試述下肢假肢接受腔及殘端之間存在哪些生物力學(xué)問題。（10'）

接受腔/殘肢界面應(yīng)力測試。

I2'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）方法中隨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射線被準直后成為一條很窄的射線束。當X射線管沿一

個方向平移時，及之相對應(yīng)的檢測器也跟著作平移運動。這樣，射線

束就對整個感愛好的平面進行了一次掃描，檢測器接收到了及臟器衰

減系數(shù)干脆相關(guān)的投影數(shù)據(jù)。

圖像的特點:及投影成像比較，X-CT具有以下優(yōu)越性：

能鑒別處較小的衰減系數(shù)差，對軟組織的辨別實力高；

可獲得隨意部位的斷層圖象，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)推斷。

及MRI等成像比較，X-CT的特點是：

辨別率高；

骨組織及軟組織的辨別實力較強；

軟組織之間的辨別實力差；

對人體有肯定的輻射；

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:進入人體的超聲波遇到密度變更的組織界面時，產(chǎn)生較強

的回波信號。反射波的延遲確定界面的位置，依據(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:無損害性，可以動態(tài)顯示體內(nèi)器官的運動狀況；

（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，無高能輻射的危急，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、供應(yīng)精確的解剖結(jié)構(gòu)信息，MRI辨別率高達0.5mm,獲得的三維圖

像數(shù)據(jù)較簡潔；

4、可以不注射造影劑就可對血管成像；

5、干脆產(chǎn)生二維數(shù)據(jù)，無需重建。

（4）核素成像

原理：把放射性同位素標記在藥物上引入病人體內(nèi)，當他被人體汲取

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視察這些同位素在體內(nèi)的分布狀況,

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，但辨別率較低，圖

像質(zhì)量差。

4、試從空間辨別率、功能（圖像所供應(yīng)的信息）方面對X射線斷層

成像、磁共振成像、正電子放射斷層成像和超聲成像進行比較分析:

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)備簡潔斷層攝影斷層攝影斷層攝影無創(chuàng)、無電離

電離輻射電離輻射設(shè)備昂貴辨別率低輻射

影像重疊非實時非實時放射性藥斷層成像實時

物動態(tài)

形態(tài)功能及定

征

設(shè)備價格便宜

空間辨別辨另IJ率辨另IJ率辨別率較辨別率低辨別力低，圖

率低，能區(qū)高，骨組X-CT低，像質(zhì)量差

分軟組織織、軟組對軟組織

的細微環(huán)織辨別力的診斷實

-4-P強，軟組力強

織之間辨

別力差

主要應(yīng)用骨骼、血腦、骨、腦、神經(jīng)、人腦、心肝器外形及大

領(lǐng)域管等鈣化血管、肌臟、全身小、柔度或可

肉等軟組其他器官動度；病邊緣

織及腫瘤回聲；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、信息測量中簡潔引入外界環(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)測量的平安要求：電平安性、機械平安性、化學(xué)平安性。

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:信息獲得、信號加工、記錄及顯示三大部

分。

功能：

1'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得的新信號做放大、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，并供應(yīng)應(yīng)記錄及顯

示部分；

3'將各種測量結(jié)果最終以肯定形式顯示給須要者，并按其須要記錄

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得裝置，計算機系統(tǒng)為信息技工裝

置，而顯示器為記錄及顯示裝置。

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

(1)醫(yī)學(xué)圖像增加

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，達到消退圖像中的噪聲或者增

加邊緣等提高圖像質(zhì)量，有利于操作者的視察；采納圖像處理往往能

有效地改善圖像的視察效果；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，在變換域中簡潔，便利的完成。

(3)醫(yī)學(xué)圖像分割

內(nèi)容：依據(jù)某種勻整性的原則，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樣性的要求，而隨意兩個相鄰部分合并都

會破壞這種一樣性。

意義：對人體各種組織的正確分割和分類為臨床組織病變供應(yīng)計

算機協(xié)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)材料依據(jù)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、生物平安性

生物功能性：指生物醫(yī)學(xué)材料在植入位置行使功能的實力，或為執(zhí)行

實力，其自身和植入位置應(yīng)當滿意適當?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，除及其自身的物理化學(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需具有的

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：采納物理或化學(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，是活體材料及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)成及修復(fù)功

能上及其他復(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

程中除了滿意基本性能要求外，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，將酶及體內(nèi)蛋

白分開，避開了免疫反應(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胞，可抑制酶的活動，阻擋

酶通過細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)整實力，不易損壞或

斷裂。植入材料不具有自行調(diào)整實力，須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)材料很少單獨運用，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，進行協(xié)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，鈦合金具有肯定的形態(tài)記憶效應(yīng)(材料變形后，通過加熱可復(fù)

原原狀)，因此是矯形外科、管狀器官治療的志向材料。

8、什么是自然生物材料？在自然生物材料的應(yīng)用中，對生物組織進

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'）

自然生物材料：來自人體自身組織同體（如人尸體）或異體（如動物）

同類器官及組織的材料，是自然高分子材料。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：自然蛋白質(zhì)材

料；自然多糖類材料；經(jīng)特殊處理的自然生物材料=＞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)型而進行的固定、滅菌和消退抗原性

和較稍微處理。

2、拆散原有構(gòu)型，重建新的物理形態(tài)的劇烈處理。

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)當是無毒、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、承力的懿關(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；及人骨彈性模量相近，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)致組織及材料之間形成鍵合。

特征：可降解，可誘導(dǎo)成骨，組織及材料之間形成鍵合。

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行置

換的鈣、磷等元素，或含有能及人體組織發(fā)生鍵合的羥基(0H-)等基

團

9、什么是人工器官？它的主要作用是什么？試比較自然器官移植及

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)人體自然器官或其功能的人造裝置，都可認為是人工器官。

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

人工器官和自然器官的對比：

自然器官一般都具有多種功能，而人工器官僅能代替自然器官的部分

功能。自然器官都具有生命活性，而人工器官很難有。同種自然器官

的生物相容性好，而人造材料及機體相容性不好。自然器官無需加以

限制，而人工器官需加以限制。自然器官可生長及自我修復(fù)，而人工

器官不生長及自我修復(fù)，但自然器官供體有限，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、堵塞體

應(yīng)用：置于心臟的相應(yīng)位置（不肯定是自然心瓣的原位置），替代自

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

②ECM0體外膜式氧合器

③ECC0R體外CO?解除法

@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人工肺協(xié)助

血液透析：將血液用人造的裝置來加以過濾。

作用：對血液進行過濾，濾除血液中有毒的含氮化合物，調(diào)整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自然異體腎的移

植的過渡或橋梁。用于排泄和調(diào)整。

生物醫(yī)學(xué)材料的生物平安性—-采納生物學(xué)方法檢測材料對復(fù)合

體的毒副作用,從而預(yù)料該材料在醫(yī)學(xué)實際應(yīng)用中的平安性。

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、簡述人工機械心瓣及人工生物心瓣的優(yōu)缺點。（7,）

機械生物

優(yōu)點：運用壽命長，終生及機械心瓣相比，人工生物心瓣：

運用1、中心流型，血流狀態(tài)接近自然

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、堵塞體(瓣葉等)多為1、瓣開口面積較小。

非中心流型；2、跨瓣壓差較大。

阻礙正常的血流狀態(tài)，3、有類射流效應(yīng)。

即使是最好的雙葉瓣，也4、類脂質(zhì)沉積。

僅是近中心流型。5、鈣化衰變。

2、人工材料及人體組織相

容性差，易

產(chǎn)生血栓。

3、必需終生抗凝，因此易

導(dǎo)致大出血。

4、有時會發(fā)朝氣械結(jié)構(gòu)失

靈，會干脆

威逼生命。

5、機械瓣多是剛性材料，

關(guān)閉不是

特別柔軟。

填空題(2019)

1、人工器官的作用主要是功能及置換兩個方面。

2、器官移植可分為同種異體器官移植及異種器官移植。

3、按應(yīng)用部位分類，可以將人工器官分為體內(nèi)及體外兩大

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，它是由氧合器、血復(fù)、插管及管道、血液回收器、

過濾器、熱交換系統(tǒng)等組成。

5、以工作原理進行分類，人工肺可分為干脆接觸式及間接接

觸式O

6、膜式人工腎可以分為平板式及中空纖維式o

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、人工心臟協(xié)助、

全人工心臟O

9、人工心瓣按材料分為機械瓣和生物瓣o

10、人工機械心瓣由瓣環(huán)、瓣架和堵塞體三基本部分組

成。

11、全人工心臟由血泵、功能系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、自動

檢測限制系統(tǒng)四部分組成。

12、人工肝分為非生理人工肝協(xié)助、生理人工肝協(xié)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)o

14、克隆器官的關(guān)鍵是克隆技術(shù)及定向分化培育o

15、克隆器官有技術(shù)、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)工程探討的目標

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)的角度在多種程度探討生物體，特殊是人體的結(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)的相識，供應(yīng)防病、治病、衛(wèi)生保健、

康復(fù)、平安防護的新理論和新方法，設(shè)計和研制用于防病治病等

的新材料、人工器官裝置及系統(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。

探討的基本任務(wù)：

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

三、六十年頭將生物醫(yī)學(xué)材料的定義為“植入活體內(nèi)或及活體結(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年頭則將生

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自然的

材料”。請從生物醫(yī)學(xué)材料定義的演化分析生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展。

(10')

60年頭對生物醫(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)一一生物材料及藥物的區(qū)分。

惰性一一化學(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)生物材料的功能及

范疇的飛速發(fā)展一一載藥生物材料，生物活性材料。

80年頭的定義

不限制：人造/自然，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，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50年頭，各種困難人工器官的出現(xiàn)，使生物醫(yī)學(xué)材料

學(xué)科及其他相關(guān)技術(shù)的交叉及滲透更趨深化，進入新階段。

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胞在體外進行分別培育，種植到三維支架上

植入體內(nèi)，使細胞借助支架和養(yǎng)分物漸漸生長出新的細胞和器官。

從材料學(xué)及工程觀點看，這種具有生命的活體組織科視為細胞的

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，以培育更多的細胞，為再

生器官供應(yīng)足夠的

細胞。

（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-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，去相識動

物的正常和病態(tài)的結(jié)構(gòu)一一功能的關(guān)系，建立一種生物裝置來維護、

增進人體細胞核組織成長，已復(fù)原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及方法，

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，人工材料的探討必需先行。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)及組織工程的關(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)都是組織工程的不行或缺的基礎(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)力一一細胞發(fā)育、增殖、分化的關(guān)系。

3、細胞---材料表面之間的mechano-chemicaleffects.

4、細胞粘附，變形，運動的力度規(guī)律及生物學(xué)圖式形成和變

更的動力學(xué)規(guī)律。

5、離體培育組織植入體內(nèi)后和機體組織的相互作用。

6、細胞/組織三維培育系統(tǒng)的流淌和傳質(zhì)規(guī)律。

7、離體培育組織的力學(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，是組織工程將來發(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

按測量條域分有創(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、MRKUS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，故采納心導(dǎo)管手術(shù)等有創(chuàng)方法進行測量。

f植入式測量

微創(chuàng)測重

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)和限制心臟起搏器等人工器官裝

置及某些自動輸藥系統(tǒng)。平安性和可接受性均優(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，只會引起稍微的組織擦傷和不適，信息失真小,

信號強，測量精確。

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）（）=rrr_二（，）（.+

-）

（2）（）=（,）=（,）其中

為極坐標中的變量，

且=，=

()=/：二()-n(,)=

叮:二(，)11(+)

(3)F(x,y)=jn[jr()||1]

(1)表示函數(shù)f(x,y)沿直線+

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全部的投影值，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)在方向上投影函數(shù)的一維Fourier變換，等

于極坐標下該函數(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，就可復(fù)原函數(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(w,)形式，得到須要重建

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，磁軸原為隨意取向的自旋質(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“進動”

運動。

因此，靜磁場的作用是使自旋質(zhì)子進動。

射頻場的作用：具有肯定進動頻率的自旋質(zhì)子，當受到相同頻率（拉

摩爾頻率）的脈沖電磁波（射頻脈沖）B1呈肯定的方向進行“激勵”

時，部分低能態(tài)的自旋質(zhì)子，則可汲取脈沖電磁波的能量，“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，并將它們所汲取的能量，以

電磁波的形式，重新釋放到質(zhì)子的四周環(huán)境。這時，在質(zhì)子四周（受

檢人體四周）假如置有探測器，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

（及B0相比很?。琙方向的不同點受到不同的磁場（BO+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)圖像增加中，點處理事實上是一種圖像灰度變換，而圖

像增加的頻域處理中，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)、沃爾什一一哈達瑪變換WHT等圖像變換方式對信息進

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。用小波進行

醫(yī)學(xué)圖像閾值分割的思想是利用二進制小波變換將圖像直方圖分解

為不同層次的小波系數(shù)，依照給定的分割準則和小波系數(shù)選擇閾值門

限，整個過程由粗到細，由尺度來限制。

十、簡述膜式人工肺原理，比較膜肺及鼓泡式人工肺。(10')0(為

什么鼓泡式人工肺最終被膜肺所取代？)

模式人工肺依據(jù)自然肺的原理設(shè)計，血液及氣體不干脆接觸，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氣體自由

通透，而不允許血球和血漿通過。由于血液和氧氣不干脆接觸，避開

了血細胞的破壞和蛋白質(zhì)的變性，削減了氣栓和微栓的形成，可用于

長期體外循環(huán)，適用于呼吸協(xié)助支持(ECM0)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,)

依據(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

探討方法手段和探討現(xiàn)狀等。（20'）

在口腔正畸翠域，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，以探究矯治機制。r口腔正畸中的多層次

（宏觀、細胞等層次）的生物力學(xué)機制探討

12'口腔正畸的系統(tǒng)建模及仿真及其應(yīng)用探討；

生物力學(xué)問題3'“無托槽正牙新技術(shù)”的生物力學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)

用性探討

4,口腔正畸微植體支抗、舌側(cè)矯治器的生物力

學(xué)探討

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

6'及口腔正畸中的應(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、疲憊及破壞等均及生物力學(xué)有親密的關(guān)系。

1'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

探討，

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

3'機械應(yīng)力下成骨細胞、軟骨細胞在骨改建中的細胞、分子機制生

物力學(xué)探討；

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)探討等。

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

測等及生物力學(xué)關(guān)系親密。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)特性以及種植牙及頜骨

遜緩磔避合成為本事域最為關(guān)注的探討焦點。

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，對四周組織不呈現(xiàn)異物感

特征）是指生命體組織及非生命材料產(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

確定于材料及活體間的相互作用。

（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)腐蝕變更，甚至破壞。因此，對生物醫(yī)學(xué)材料必需進行生物

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)

必需保持在可接受的水平。

材料的生物相容性及其運用目的和條件親密相關(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)合體系及復(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

自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：增加、改進、功能化

如：HA加入到聚乳酸中，(1)粉體加入，強度上升；

(2)調(diào)整聚乳酸降解速率(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加的目的是什么？(2)空域和頻

域增加的方法主要有哪些？試分別舉例說明。

(1)目的：采納某種技術(shù)手段，改善圖像的視覺效果，或?qū)D像轉(zhuǎn)

換成更適合人眼視察和機器分析識別的行式，以便從圖像中獲得更有

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（2019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,

制成及自然心瓣相識的形態(tài)，置于心臟的相應(yīng)位置，替代自然心瓣

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自然胰臟內(nèi)beta細胞的功能,

輸送供應(yīng)或分泌胰島素以治療糖尿病。

9.導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)置換的嘴主要緣由是骨關(guān)節(jié)炎。

11.人工器官探討及開發(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。（20,）

定義：采納物理或化學(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。是活體材料及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，將酶及體內(nèi)蛋白

分開，避開了免疫反應(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，達到治療目的。

五、試從診斷、治療和基礎(chǔ)及臨床的探討三個方面說明醫(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、探討三方面。

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，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)供應(yīng)探討手段

＞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）？

試依據(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干脆Fourier逆變換重建算法

②干脆反投影重建算法

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）計算全部角度的投影，形成Fourier變換域的函數(shù)

F（3,0）；

3）計算F（co,0）在極坐標下的二維Fourier逆變換。

八、請寫出一種描述血液的本構(gòu)方程，并加以說明（20,）

血液的穩(wěn)態(tài)方程：Casson模型

rc為Casson屈服應(yīng)力，nc為Casson粘度。

Casson方程描述血液剛好間發(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)，人血及母牛血同

Casson方程符合很好。不但紅細胞懸浮液，而且白血球懸浮液也符

合Casson方程。

滿意Casson方程的物質(zhì)是一類較簡潔的非牛頓流體，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，促進和維持健康；

(2)解除由疾病引起的難受和苦痛；

(3)治療和照料那些無法治愈者；

(4)避開早死，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,探討和解決生物學(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)建巨大的經(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擇性對其血液相容

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)血液及材料表面接觸，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、Y球蛋白和纖維蛋白原。

2)材料表面對蛋白的吸附速度及蛋白的種類、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特別大。白

蛋白的吸附使表面變得更相容，而Y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)

閉時卻阻擋血液反向流淌，人工心瓣是人工制成的閥門，代替出故障

的自然心瓣的功能。

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、堵塞體

基本問題：人工機械瓣：1、堵塞體（瓣葉等）多為非中心流型；阻

礙正常的血流狀態(tài)。

2、人工材料及人體組織相容性差，易產(chǎn)生

血栓。

3、必需終生抗凝，因此易導(dǎo)致大出血。

4、有時會發(fā)朝氣械結(jié)構(gòu)失靈，會干脆威逼生命。

5、機械瓣多是剛性材料，關(guān)閉不是特別柔軟。

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。（15'）

分類：非生理人工肝協(xié)助：在體外血液灌流一過濾、吸附解毒、血漿

換解毒；

生理人工肝協(xié)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：用細胞材料及細胞雜化混合解毒（組

織工程人工肝）。

改進：（1）分別正常的人類肝細胞，以便將人肝而不是動物的肝細胞

用于人工肝的支持系統(tǒng)。

（2）采納新的支持物、生長因子、及其他類型的細胞共同培育，

或?qū)⒏渭毎奂蚯蛐位虺纱?/p>

（3）確定人工肝支持系統(tǒng)的最佳肝細胞用量。

（4）改進技術(shù)，探究便于運用的人工肝協(xié)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）改進血漿分別的方法以使之更長時間運用。

（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、信息測量中簡潔引入外界環(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)測量的平安要求：電平安性、機械平安性、化學(xué)平安性。

“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，在測量中必需實行措施抑制肌電信號（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

充分相識人體噪聲的性質(zhì)和特點，實行有效方法（如濾波、相關(guān)或自

適應(yīng)處理，改進信號耦合方法等），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，影響大小及哪些因素有關(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

及輻射頻率、電磁場強度、波的性質(zhì)、弛豫時間、機體及輻射源的距

離和方位、暴露部位的的大小、組織含水量、有無脂肪層、散熱實力

以及有無防護措施等因素有關(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

么采納濾波反投影法？已知一個四像素圖像令即葬俎六小投

影數(shù)據(jù)，包括兩個水平方向，兩個垂直方向不

是11、9、7、13、12和8,如圖所示,解出這

分）

迭代起先，先令全部的重建單元的值為0,由

計算出垂直方向的投影值，分別都是0,如Z.I、

把這個計算值及實測值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

垂亡4433小彳才一右下圖。

工⑴"⑴=0+一=5.5

在Ia9-0-方向的迭代，

力⑴"⑴=。+中=4.5

此時另1T舁但1U、1U,實測值為12、8,

將它們比較后求出差值，分別加到有關(guān)

的象素上去，結(jié)果是：

最終再作對角線方向的迭代，就得到了所由據(jù)。

反投影重建:把每次測得的投影數(shù)據(jù)原路6.投影若1射線送1過的各個象

國A

素上。也就是說，指定投影線上全部各象漆?點的借等干月「測得的投影

而

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重建中為什么采納濾波反投影法：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)及投影波形相加，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)圖像的探討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)圖像處理及分析：對已獲得的圖像，采納各種算法進一步處

理；

增加、特征提取、分類、分割、識別等。

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

1、生物醫(yī)學(xué)工程的目標是什么？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)、探討目標、特點、內(nèi)容）

目標：幾乎全部工程學(xué)和物理學(xué)都可及生物醫(yī)學(xué)相互結(jié)合，探究人類

正常生理學(xué)；表征組織及器官的病變機理；給出探討和技術(shù)開發(fā)的最

佳手段；供應(yīng)治療及預(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：病毒及細菌的隔離;

病毒及細菌的殺滅；

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)、Y-刀

超聲碎石

癌癥的放射治療及化學(xué)治療

靶向藥物及生物導(dǎo)彈

器官修復(fù)中的組織工程

人工胰一一血糖測定及胰島素注射

(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、快速發(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)工程是社會效益及經(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”原理及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)氣體快速放空，造成主動脈壓力瞬間下降，心臟射血阻

力降低，心臟后負荷下降，心臟排血量增加，心肌耗氧量削減。舒張

期主動脈瓣關(guān)閉同時氣囊快速充盈向主動脈遠近兩側(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、活體組織或病理標本之類生物

樣本所進行的測量。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（6個以上），并對其中一

個加以具體說明。（15,）

（1）靈敏度（2）頻率特性（3）精密度（4）非線性度（5）

精確度

(6)漂移(7)辨別率(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)下輸出量變更及輸入量之比。

可表示為：s=對于線性儀器，靈敏度為常數(shù)，并可用滿量程的

△Ai

輸出量及相應(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實力的反應(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°o

1.二頭肌(bicep)須出力多少以維持前臂平衡？

2.前臂施加多少力于肱骨(humerus)?

解：依據(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,

臂重心位于rOp=0.31m處。

對于肘之支點0,其力矩之和

2M=-r0EX(-FA)+r0BX(-5*9.8j)+r0PX(-1.65*9.8j)=0

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

???手肘的垂直力為FA=472.6N

而依據(jù)力平衡式，

2F=Fci-FAj+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=Fei-FAj=144.li-472.6j(N)

10、醫(yī)學(xué)圖像探討包括哪三方面的內(nèi)容？簡述它們的探討內(nèi)容和任務(wù)o

(1)醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)

探討內(nèi)容：探討圖像形成的過程和設(shè)備。包括成像機理、成像原

理及算法、成像設(shè)備、成像系統(tǒng)的分析等。

任務(wù)：把人體中醫(yī)生感愛好的信息提取出來，并以圖像的形式表

現(xiàn)出來。

(2)醫(yī)學(xué)圖像處理

探討內(nèi)容：針對已獲得的圖像作進一步的處理，使之更有利于醫(yī)

生視覺視察，或進行計算機分析，從而獲得從圖像中無法干脆獲得的

信息。

任務(wù)：在獲得醫(yī)學(xué)圖像以后，對其進行處理、分析、識別、采樣、

分類等，以把某些部分增加，或提取某些特征。

(3)醫(yī)學(xué)應(yīng)用探討

應(yīng)用醫(yī)學(xué)成像所提取的信息，進行生理或病理學(xué)探討，從而相識

人體生理活動的規(guī)律，探究疾病的機理。

11、X-CT圖像重建的目的是什么？X-CT機上普遍采納的是濾波反投

影重建法，簡述其優(yōu)點和重建步驟。(10')

目的：依據(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

脈沖，同時其相鄰一邊又加上了反

修正脈沖。將這些濾波函數(shù)及投影

相加，云暈狀陰影就抵消了。抵消

徹底，反投影重建圖像就越接近原

重建步驟：書P214

12、什么是圖像增加，其目的是什么？圖像增加主要包括哪四個方面

的作用？圖像增加方法往往分為兩大類，分別是什么，其中包括哪些

基本方法？圖像增加中往往采納一些微分算子（模板），圖1,圖2

兩種3*3的模板，在圖像增加中分別起到什么作用？（10'）

圖1圖2

目的：采納某種技術(shù)手段，改善圖像的視覺效果，或?qū)D像轉(zhuǎn)換成更

適合人眼視察和機器分析識別的形式，以便從圖像中獲得更有用的信

息。

作用：1、對比度調(diào)整

2、對圖像濾波達到消退圖像噪聲，或增加邊緣等提高圖像質(zhì)

量，利于視察。

3、采納圖像濾波處理使之有效的改善視覺效果。

4、抑制噪聲。

5、突出邊緣。

方法：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。

3、金屬離子在人體內(nèi)致毒的緣由是什么？什么是生物降解？酶在醫(yī)

學(xué)高分子的生物降解中有什么作用？（10'）

金屬致毒：任何金屬材料進入人體后，由于腐蝕作用和摩擦磨損作用

金屬離子或金屬顆粒將會釋放進入組織，從而在機體組織中聚集。金

屬致毒的緣由是由于金屬復(fù)合物干擾了機體重要的生化反應(yīng)所致。不

同的金屬產(chǎn)生不同的毒性效應(yīng)，是由于金屬形成的復(fù)合物的不同和復(fù)

合物的濃度不同所致。

生物降解：在某些特殊的、具有生命力的環(huán)境中發(fā)生的降解。真正的

生物降解必定發(fā)生在體內(nèi)，通過新陳代謝活動中某些成份而進行，即

通過宿主或傳播給宿主的某些微生物的生命活力而進行。

酶在醫(yī)用高分子材料生物降解中的作用：

有酶存在時，可大大的降低降解反應(yīng)所需的激活能量，促進聚合物的

降解。當聚合物植入人體時,在各種酶的作用下，聚合物會發(fā)生肯定

程度的降解。另外，當酶溶液中有低濃度小分子量的肽存在時，酶的

活性將受到抑制。當分子量超過40,000的聚氨酸發(fā)生降解，液體中