2025年生物醫(yī)學(xué)工程基礎(chǔ)知識考試試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.以下關(guān)于生物力學(xué)中應(yīng)力與應(yīng)變的描述，正確的是：A.應(yīng)力是單位面積上的內(nèi)力，應(yīng)變是絕對變形量B.應(yīng)力的單位是帕斯卡（Pa），應(yīng)變是無量綱量C.彈性模量等于應(yīng)變除以應(yīng)力D.塑性變形是指外力去除后能完全恢復(fù)的變形答案：B解析：應(yīng)力定義為單位面積上的內(nèi)力，單位為Pa；應(yīng)變是相對變形量（ΔL/L?），無量綱。彈性模量E=應(yīng)力/應(yīng)變（胡克定律），塑性變形不可恢復(fù)，故B正確。2.醫(yī)用鈦合金作為骨科植入材料的主要優(yōu)勢是：A.密度高，力學(xué)支撐強B.生物活性高，可誘導(dǎo)骨生長C.彈性模量與骨組織接近，減少應(yīng)力屏蔽D.抗腐蝕性差，可緩慢降解答案：C解析：鈦合金密度約4.5g/cm3，低于不銹鋼（7.9g/cm3），彈性模量（110GPa）接近皮質(zhì)骨（10-30GPa），可減少應(yīng)力屏蔽；生物活性需表面改性（如羥基磷灰石涂層），抗腐蝕性優(yōu)異（表面氧化膜保護(hù)），故C正確。3.關(guān)于心電圖（ECG）的P波，正確的生理意義是：A.反映心室去極化過程B.反映心房復(fù)極化過程C.正常時限為0.06-0.11秒D.振幅超過0.25mV提示心室肥大答案：C解析：P波反映心房去極化，時限0.06-0.11秒，振幅<0.25mV（肢體導(dǎo)聯(lián)）或<0.20mV（胸導(dǎo)聯(lián)）；心室去極化對應(yīng)QRS波，故C正確。4.超聲成像中，B型超聲的“B”代表：A.Brightness（亮度）B.Beam（波束）C.Band（頻帶）D.Binary（二進(jìn)制）答案：A解析：B型超聲（BrightnessMode）通過灰度亮度表示回波強度，形成二維斷層圖像，故A正確。5.以下屬于生物醫(yī)學(xué)信號特點的是：A.信噪比較高，干擾少B.具有確定性，可精確預(yù)測C.多為非平穩(wěn)、非線性信號D.頻率范圍集中在高頻段（>10kHz）答案：C解析：生物信號（如腦電、心電）易受噪聲干擾（信噪比較低），具有隨機性和非平穩(wěn)性（如睡眠腦電的時變特征），頻率多在低頻段（腦電0.5-30Hz，心電0.05-100Hz），故C正確。6.微流控芯片的核心功能是：A.實現(xiàn)微尺度下流體的精確操控B.放大生物信號至可檢測范圍C.存儲大量生物樣本D.替代傳統(tǒng)大型醫(yī)療設(shè)備答案：A解析：微流控芯片通過微通道（微米級）實現(xiàn)流體混合、分離、反應(yīng)等操作，具有體積小、試劑用量少、分析速度快的特點，核心是微尺度流體操控，故A正確。7.關(guān)于計算機斷層掃描（CT）的成像原理，錯誤的是：A.利用X射線穿透人體不同組織的衰減差異B.探測器接收透射X射線并轉(zhuǎn)換為電信號C.圖像重建采用傅里葉變換或濾波反投影算法D.軟組織對比度高于磁共振成像（MRI）答案：D解析：CT對骨組織顯示清晰，但軟組織對比度低于MRI（MRI基于氫質(zhì)子弛豫差異），故D錯誤。8.人工心臟瓣膜的主要性能要求不包括：A.抗血栓形成能力B.與血液的相容性C.長期機械耐久性D.可完全降解吸收答案：D解析：人工瓣膜（機械瓣或生物瓣）需長期植入，無需降解；降解特性是可吸收縫合線等短期植入物的要求，故D不包括。9.生物醫(yī)學(xué)工程中，“阻抗plethysmography（阻抗體積描記術(shù)）”主要用于測量：A.組織的電阻抗變化B.血流速度C.神經(jīng)動作電位D.肌肉張力答案：A解析：該技術(shù)通過測量人體某段阻抗變化（如肢體血容量變化引起的電阻抗改變），用于檢測血流、呼吸等生理參數(shù)，故A正確。10.以下屬于生物陶瓷材料的是：A.聚乳酸（PLA）B.羥基磷灰石（HA）C.鈦-6鋁-4釩合金D.硅橡膠答案：B解析：羥基磷灰石（Ca??(PO?)?(OH)?）是骨組織的主要無機成分，屬于生物活性陶瓷；PLA是可降解高分子，鈦合金是金屬材料，硅橡膠是高分子彈性體，故B正確。11.關(guān)于光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的特點，正確的是：A.穿透深度可達(dá)數(shù)厘米，適用于腹部成像B.分辨率約1-10微米，接近組織學(xué)水平C.基于X射線的衰減特性成像D.需使用放射性對比劑答案：B解析：OCT利用近紅外光的低相干干涉原理，分辨率1-10μm（優(yōu)于超聲的100μm），穿透深度約1-3mm（適用于眼、皮膚等表淺組織），無需對比劑，故B正確。12.生物醫(yī)學(xué)傳感器的基本組成不包括：A.敏感元件B.信號調(diào)理電路C.顯示終端D.轉(zhuǎn)換元件答案：C解析：傳感器由敏感元件（感受被測量）、轉(zhuǎn)換元件（將非電信號轉(zhuǎn)為電信號）和信號調(diào)理電路（放大、濾波等）組成，顯示終端屬于后續(xù)處理設(shè)備，故C不包括。13.關(guān)于骨組織工程支架材料的要求，錯誤的是：A.具有三維多孔結(jié)構(gòu)（孔隙率>60%）B.力學(xué)性能需遠(yuǎn)高于皮質(zhì)骨（>100MPa）C.表面需具備生物活性（如RGD肽修飾）D.可降解速率與新骨形成速率匹配答案：B解析：支架力學(xué)性能需與宿主骨匹配（皮質(zhì)骨抗壓強度80-150MPa，松質(zhì)骨2-12MPa），過高會導(dǎo)致應(yīng)力屏蔽，故B錯誤。14.以下屬于生物電信號的是：A.血壓信號B.體溫信號C.肌電信號（EMG）D.心音信號答案：C解析：生物電信號是活組織細(xì)胞的電活動（如神經(jīng)、肌肉、心肌細(xì)胞的動作電位），肌電信號由肌肉纖維去極化產(chǎn)生；血壓、體溫、心音為非電生理信號，故C正確。15.磁共振成像（MRI）中，T1加權(quán)像主要反映組織的：A.質(zhì)子密度差異B.縱向弛豫時間（T1）差異C.橫向弛豫時間（T2）差異D.擴(kuò)散系數(shù)差異答案：B解析：T1加權(quán)像（T1WI）通過短TR（重復(fù)時間）和短TE（回波時間）突出組織T1差異（縱向磁化恢復(fù)速度），T2加權(quán)像（T2WI）突出T2差異（橫向磁化衰減速度），故B正確。二、填空題（每空1分，共20分）1.生物力學(xué)中，描述黏彈性材料特性的兩個基本模型是______模型（彈簧與阻尼器并聯(lián)）和______模型（彈簧與阻尼器串聯(lián)）。答案：Kelvin（開爾文）；Maxwell（麥克斯韋）2.醫(yī)用高分子材料按降解性可分為______（如聚乙烯）和______（如聚乙醇酸PGA）兩大類。答案：非降解型；可降解型3.心電圖的ST段是指______波終點至______波起點的線段，正常應(yīng)在等電位線上下偏移不超過______mV（肢體導(dǎo)聯(lián)）。答案：QRS；T；0.14.超聲成像的換能器核心材料是______，其工作原理基于______效應(yīng)（電能與聲能的相互轉(zhuǎn)換）。答案：壓電陶瓷（或壓電晶體）；壓電5.生物醫(yī)學(xué)信號處理中，常用的時頻分析方法有______（適用于線性信號）和______（適用于非線性非平穩(wěn)信號）。答案：短時傅里葉變換（STFT）；希爾伯特-黃變換（HHT）6.微流控芯片的加工技術(shù)主要包括______（用于硅/玻璃芯片）和______（用于高分子聚合物芯片）。答案：光刻-腐蝕；熱壓成型（或注塑成型）7.人工耳蝸的工作原理是將聲音信號轉(zhuǎn)換為______，直接刺激______中的聽神經(jīng)纖維。答案：電信號；耳蝸螺旋神經(jīng)節(jié)8.組織工程的三要素是______、______和______。答案：種子細(xì)胞；支架材料；生長因子（或生物活性因子）9.光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的分辨率主要取決于光源的______，穿透深度主要取決于光源的______。答案：相干長度（或譜寬）；波長（或組織對光的吸收散射特性）10.生物相容性包括______相容性（材料對宿主的影響）和______相容性（宿主對材料的影響）。答案：組織；血液三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述骨的各向異性力學(xué)特性及其生物學(xué)意義。答案：骨的各向異性指其力學(xué)性能隨加載方向不同而變化（2分）。皮質(zhì)骨沿骨長軸（縱向）的彈性模量（10-30GPa）和強度（80-150MPa）顯著高于橫向（約為縱向的1/3-1/2）（2分）。生物學(xué)意義：適應(yīng)生理載荷方向（如長骨主要承受縱向壓縮/彎曲應(yīng)力），優(yōu)化材料利用效率（以最小質(zhì)量實現(xiàn)最大承載能力），同時避免橫向過度剛性導(dǎo)致的脆性斷裂（4分）。2.說明生物材料表面改性的目的及常用方法。答案：目的：改善生物相容性（如減少血栓、促進(jìn)細(xì)胞黏附），賦予功能特性（如抗菌、藥物緩釋），調(diào)節(jié)降解速率（2分）。常用方法：①物理改性：等離子體處理（增加表面能）、激光刻蝕（構(gòu)建微納結(jié)構(gòu)）（2分）；②化學(xué)改性：接枝反應(yīng)（如固定RGD肽）、自組裝單分子層（SAMs）（2分）；③生物改性：涂層技術(shù)（羥基磷灰石、膠原蛋白）、酶處理（2分）。3.比較X射線成像與超聲成像的優(yōu)缺點（各列舉4項）。答案：X射線成像優(yōu)點：空間分辨率高（可達(dá)0.1mm）、成像速度快、對骨組織顯示清晰、設(shè)備成本較低（2分）；缺點：軟組織對比度低、有電離輻射風(fēng)險、無法實時動態(tài)觀察、難以顯示器官運動（2分）。超聲成像優(yōu)點：無輻射、可實時動態(tài)成像、便攜（床旁使用）、能顯示血流（多普勒超聲）（2分）；缺點：穿透深度有限（深部組織顯示差）、圖像易受氣體/骨干擾、空間分辨率較低（約0.5-1mm）、依賴操作者經(jīng)驗（2分）。4.簡述生物醫(yī)學(xué)信號預(yù)處理的主要步驟及其目的。答案：主要步驟及目的：①信號采集：通過傳感器獲取原始信號，需注意電極接觸、噪聲抑制（2分）；②濾波：去除高頻噪聲（如工頻干擾50Hz）和低頻漂移（如基線波動），常用帶通濾波器（2分）；③放大：將微弱信號（如腦電μV級）放大至可處理范圍（mV-V級），需低噪聲放大器（2分）；④去噪：采用小波變換、自適應(yīng)濾波等方法抑制隨機噪聲，提高信噪比（2分）。5.解釋“應(yīng)力屏蔽”現(xiàn)象及其在骨科植入物設(shè)計中的應(yīng)對策略。答案：應(yīng)力屏蔽指植入物（如骨釘、假體）因彈性模量遠(yuǎn)高于骨組織，承擔(dān)大部分載荷，導(dǎo)致宿主骨承受的應(yīng)力減少，引發(fā)骨吸收和骨質(zhì)疏松（3分）。應(yīng)對策略：①材料選擇：使用低彈性模量材料（如鈦合金、多孔金屬），使其接近骨組織（3分）；②結(jié)構(gòu)設(shè)計：采用多孔/梯度結(jié)構(gòu)（如3D打印鈦合金，孔隙率50%-70%時彈性模量降至2-10GPa），分散載荷傳遞（2分）。四、論述題（每題15分，共30分）1.結(jié)合生物力學(xué)與材料科學(xué)，設(shè)計一款用于橈骨遠(yuǎn)端骨折固定的接骨板，并闡述其關(guān)鍵設(shè)計要點。答案：設(shè)計目標(biāo)：橈骨遠(yuǎn)端骨折（常見于骨質(zhì)疏松患者）需接骨板提供穩(wěn)定固定，同時促進(jìn)骨愈合，減少應(yīng)力屏蔽（2分）。關(guān)鍵設(shè)計要點：（1）材料選擇：采用鈦合金（如Ti-6Al-4VELI）或可降解鎂合金（Mg-6Zn-0.5Zr）。鈦合金生物相容性好、強度高（抗拉強度900MPa），適合長期固定；鎂合金可降解（降解速率與骨愈合匹配，6-12個月完全降解），避免二次手術(shù)（3分）。（2）力學(xué)匹配：接骨板彈性模量需接近皮質(zhì)骨（10-30GPa）。鈦合金彈性模量110GPa，可通過多孔結(jié)構(gòu)（孔隙率40%-60%）降至20-50GPa；鎂合金彈性模量45GPa，通過表面微弧氧化處理優(yōu)化力學(xué)性能（3分）。（3）幾何形狀：貼合橈骨遠(yuǎn)端解剖形態(tài)（掌傾角10°-15°，尺偏角20°-25°），減少應(yīng)力集中。板體設(shè)計為變厚度（骨折端增厚至2-3mm，兩端減薄至1-1.5mm），兼顧強度與靈活性（3分）。（4）表面處理：鈦合金接骨板表面涂覆羥基磷灰石（HA）涂層（厚度50-100μm），促進(jìn)成骨細(xì)胞黏附；鎂合金接骨板進(jìn)行氟化物處理（形成MgF?保護(hù)層），減緩初期降解速率（2分）。（5）螺釘設(shè)計：采用鎖定螺釘（與接骨板鎖定孔形成角度穩(wěn)定結(jié)構(gòu)），防止螺釘松動；螺釘尖端設(shè)計自攻螺紋，減少骨損傷（2分）。2.分析生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)在癌癥早期診斷中的應(yīng)用進(jìn)展，重點說明兩種以上代表性技術(shù)的原理及優(yōu)勢。答案：癌癥早期診斷的關(guān)鍵是提高微小病灶（<1cm）的檢測靈敏度和特異性（2分）。（1）液體活檢技術(shù)：原理：檢測血液中的循環(huán)腫瘤DNA（ctDNA）、循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）或外泌體。ctDNA是腫瘤細(xì)胞凋亡/壞死釋放的短鏈DNA（160bp左右），攜帶腫瘤特有的突變（如EGFR、KRAS）；CTC是從原發(fā)灶脫落進(jìn)入血液循環(huán)的腫瘤細(xì)胞（每毫升血液中僅1-10個）（3分）。優(yōu)勢：微創(chuàng)（僅需外周血）、可重復(fù)檢測（監(jiān)測治療效果及復(fù)發(fā)）、能檢測傳統(tǒng)影像學(xué)無法發(fā)現(xiàn)的微轉(zhuǎn)移灶（如ctDNA檢測靈敏度可達(dá)0.1%突變等位基因頻率）（2分）。（2）高分辨率光學(xué)成像技術(shù)（如共聚焦顯微內(nèi)鏡）：原理：將共聚焦顯微鏡集成于內(nèi)鏡（如胃鏡、腸鏡），通過激發(fā)光（488nm）照射組織，收集反射/熒光信號，經(jīng)物鏡聚焦形成實時組織學(xué)圖像（分辨率1-2μm）（3分）