2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項前的字母填在題干后的括號內(nèi)，每題2分，共20分）1.下列哪項不屬于生物醫(yī)學(xué)成像的基本要素？（）A.對比度B.分辨率C.偽影D.時間分辨率2.在正電子發(fā)射斷層顯像（PET）中，常用的放射性核素^18F-FDG的化學(xué)本質(zhì)是？（）A.脂肪酸B.葡萄糖類似物C.氨基酸類似物D.核苷酸類似物3.與熒光顯微鏡相比，共聚焦顯微鏡的主要優(yōu)勢在于？（）A.更高的穿透深度B.能觀察到更精細(xì)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)C.能抑制雜散光，提高圖像對比度和分辨率D.更容易標(biāo)記活細(xì)胞4.光聲成像（PA）主要利用哪種物理效應(yīng)？（）A.原子核衰變與探測B.聲波與光子相互作用C.磁場對原子核的影響D.電流通過組織產(chǎn)生的電阻變化5.用于磁共振成像（MRI）的核磁共振現(xiàn)象發(fā)生在？（）A.原子核自旋在強電場中進動B.原子核在外加磁場中發(fā)生能級躍遷C.電磁波與原子核相互作用D.以上都是6.以下哪種分子成像探針通常用于活細(xì)胞內(nèi)pH值的成像？（）A.堿性磷酸酶底物B.熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）探針C.基于碳酸酐酶活性的探針D.活性氧（ROS）探針7.PET-MRI等多模態(tài)成像技術(shù)的主要優(yōu)勢是？（）A.提高單模態(tài)成像的空間分辨率B.同時獲取不同物理性質(zhì)的信息，提供更全面的診斷依據(jù)C.顯著縮短檢查時間D.降低輻射劑量8.在設(shè)計腫瘤靶向光學(xué)探針時，通常需要考慮的關(guān)鍵因素不包括？（）A.探針的光學(xué)特性（如熒光量子產(chǎn)率、光譜）B.靶向分子的選擇與識別能力C.探針的細(xì)胞毒性D.探針在體內(nèi)的代謝和排泄途徑9.超分辨率顯微鏡技術(shù)，如STED，主要克服了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的哪種限制？（）A.空間分辨率限制（受衍射極限）B.光學(xué)切片厚度限制C.光毒性限制D.樣品制備復(fù)雜度限制10.下列哪種技術(shù)通常不用于血流動力學(xué)相關(guān)的成像？（）A.動態(tài)對比增強MRI（DCE-MRI）B.血氧水平依賴性MRI（BOLD-MRI）C.正電子發(fā)射斷層顯像（PET）D.瞬態(tài)光聲成像（SPA）二、填空題（請將答案填在題干后的橫線上，每空2分，共20分）1.核醫(yī)學(xué)成像的基本原理是利用放射性核素作為______，在體外探測其發(fā)出的射線來成像。2.磁共振成像（MRI）中，決定組織信號強度的主要因素之一是______，它反映了組織中的水含量和質(zhì)子密度。3.超聲成像利用了超聲波在不同組織界面上的______以及在不同介質(zhì)中的______不同來進行成像。4.分子探針的設(shè)計需要考慮其______、______和______等關(guān)鍵特性。5.光學(xué)成像技術(shù)中，熒光顯微鏡和共聚焦顯微鏡通常都依賴于熒光物質(zhì)吸收______后發(fā)射______的特性。6.基于納米材料的生物醫(yī)學(xué)成像探針，如金納米粒子，可以利用其獨特的______效應(yīng)來增強成像信號。7.在功能成像中，通過分析圖像隨時間的變化，可以研究______等生理過程。8.圖像重建算法在磁共振成像（MRI）中扮演著______的角色，將采集到的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可供分析的圖像。9.生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)除了用于疾病診斷，還在______、______等方面發(fā)揮著重要作用。10.影像劑的安全性評估需要關(guān)注其潛在的______和______風(fēng)險。三、名詞解釋（請給出下列名詞的簡要定義，每題3分，共15分）1.分子成像2.圖像分辨率3.多模態(tài)成像4.光聲效應(yīng)5.原位成像四、簡答題（請簡要回答下列問題，每題5分，共20分）1.簡述熒光顯微鏡和共聚焦顯微鏡在成像原理和主要優(yōu)勢方面的主要區(qū)別。2.簡述正電子發(fā)射斷層顯像（PET）的基本原理及其在分子水平研究中的主要應(yīng)用。3.簡述光聲成像（PA）技術(shù)的優(yōu)勢及其在生物醫(yī)學(xué)成像中的獨特地位。4.簡述設(shè)計用于腫瘤靶向的光學(xué)探針時，需要重點考慮的幾個關(guān)鍵因素。五、論述題（請就下列問題進行深入論述，每題10分，共20分）1.論述多模態(tài)生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)（如PET-MRI）在整合不同類型信息方面的優(yōu)勢，并舉例說明其在疾病研究或診斷中的應(yīng)用前景。2.論述納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中的發(fā)展?jié)摿捌涿媾R的主要挑戰(zhàn)。六、計算題（請根據(jù)要求完成計算，每題10分，共20分）1.某放射性核素^X的半衰期T?為6小時。如果初始活度為A?，請計算18小時后的活度A。2.假設(shè)某組織的磁化率差異導(dǎo)致其縱向弛豫時間T?不同于周圍組織，T?組織=1000ms，T?周圍=1500ms。如果通過MRI測量得到該組織的T?為1200ms，請嘗試解釋這個測量值，并討論T?組織和T?周圍對該測量值的影響。七、案例分析題（請結(jié)合案例進行分析，共15分）案例:某研究團隊開發(fā)了一種基于量子點的靶向葉酸受體（FR）的近紅外熒光探針，用于檢測卵巢癌。該探針在體外實驗中表現(xiàn)出良好的靶向性和信號強度。在小鼠異種移植腫瘤模型中，通過活體熒光成像技術(shù)觀察到腫瘤部位有明顯的熒光信號富集，而正常組織信號較弱。問題:請分析該案例中，該近紅外熒光探針的設(shè)計思路、成像原理以及實驗結(jié)果可能提供的信息。同時，討論該技術(shù)在臨床轉(zhuǎn)化過程中可能需要考慮的關(guān)鍵問題。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.B5.D6.C7.B8.D9.A10.D二、填空題1.示蹤劑2.縱向弛豫時間(T?)/磁化率3.反射/傳播速度(或聲衰減/聲速，根據(jù)側(cè)重點選擇)4.光學(xué)特性/靶向能力/生物相容性5.光/熒光6.等離子體共振7.血流/腦活動8.轉(zhuǎn)換9.藥物遞送/疾病監(jiān)測10.毒性/免疫原性三、名詞解釋1.分子成像：利用特異性探針（分子探針）在體內(nèi)外對生物分子進行檢測和成像的技術(shù)，旨在從分子水平上揭示生理和病理過程。2.圖像分辨率：指圖像能夠分辨的最小細(xì)節(jié)或結(jié)構(gòu)的能力，通常用空間分辨率（像素大小或線對數(shù)lp/mm）和時間分辨率（觀察動態(tài)過程的能力）來描述。3.多模態(tài)成像：結(jié)合兩種或多種不同物理原理或成像方式的成像技術(shù)，以獲取更全面、更豐富的生物信息。4.光聲效應(yīng)：光子進入生物組織后被吸收產(chǎn)生熱效應(yīng)，導(dǎo)致組織內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度和機械應(yīng)力，進而產(chǎn)生超聲波的現(xiàn)象。5.原位成像：在生物體內(nèi)部或接近生理環(huán)境的位置進行成像，以直接觀察特定位置發(fā)生的生物過程，區(qū)別于離體或活體表面成像。四、簡答題1.解析思路:對比兩種顯微鏡的基本原理是關(guān)鍵。熒光顯微鏡利用熒光物質(zhì)吸收激發(fā)光后發(fā)射熒光成像。其分辨率受限于點擴散函數(shù)（PSF），通常在幾百微米。共聚焦顯微鏡通過pinhole限制雜散光，只采集焦點處的熒光信號，本質(zhì)上實現(xiàn)了光學(xué)切片，提高了軸向分辨率，并有效抑制了背景噪聲，空間分辨率（橫向）也可達微米量級。STED（受激拉曼散射）等超分辨率技術(shù)則進一步突破了衍射極限。答案要點:熒光顯微鏡通過吸光發(fā)射熒光成像，分辨率受衍射極限限制；共聚焦顯微鏡通過pinhole選擇性采集焦點熒光，實現(xiàn)光學(xué)切片，提高分辨率（軸向和橫向），抑制背景。2.解析思路:PET的基本原理是利用放射性示蹤劑（探針）在生物體內(nèi)分布的差異進行成像。示蹤劑通常具有與目標(biāo)分子（如葡萄糖、氨基酸、受體）相似的生化特性，在體內(nèi)發(fā)生特定代謝或與特定靶點結(jié)合。通過體外探測示蹤劑衰變產(chǎn)生的正電子與電子湮滅形成的γ射線（通常為120keV），并記錄其空間位置關(guān)系，即可重建出示蹤劑在體內(nèi)的分布圖像。在分子水平研究上，PET可用于追蹤生物標(biāo)志物（如受體、酶、代謝物）的動態(tài)變化、藥物靶點的驗證、藥物代謝過程監(jiān)測等。答案要點:PET利用放射性示蹤劑探測其衰變產(chǎn)生的γ射線進行成像。示蹤劑與體內(nèi)目標(biāo)分子結(jié)合或代謝。通過探測湮滅γ射線并重建圖像，顯示示蹤劑分布。分子水平應(yīng)用包括追蹤生物標(biāo)志物、研究藥物靶點與代謝。3.解析思路:光聲成像結(jié)合了光學(xué)成像的高對比度和超聲成像的無創(chuàng)穿透性。其優(yōu)勢在于：①利用近紅外光穿透深度較好，可對深層組織成像；②利用超聲對光學(xué)散射不敏感，可獲取高對比度的組織結(jié)構(gòu)信息；③通過探測吸收和散射兩種信息，同時獲得組織的光學(xué)吸收（反映分子濃度、血管灌注等）和聲速（反映組織彈性、密度等）信息。這種結(jié)合彌補了單一光學(xué)成像穿透差和單一超聲成像對比度低的缺點。答案要點:光聲成像結(jié)合了光學(xué)和高超聲的優(yōu)勢。利用近紅外光實現(xiàn)較深組織穿透；利用超聲克服光學(xué)散射，實現(xiàn)高對比度結(jié)構(gòu)成像；同時獲取組織光學(xué)吸收和聲速信息。4.解析思路:設(shè)計腫瘤靶向光學(xué)探針需綜合考慮多個因素。①光學(xué)特性：熒光量子產(chǎn)率高、發(fā)光光譜明確且與激發(fā)光匹配、信噪比好，以便于檢測。②靶向能力：探針需能特異性識別并結(jié)合腫瘤細(xì)胞表面的過表達受體、酶或其他分子。③生物相容性：探針本身需具有良好的細(xì)胞毒性、體液相容性和低免疫原性，確保在活體成像中的安全性。答案要點:需考慮光學(xué)特性（高量子產(chǎn)率、明確光譜）、靶向能力（特異性識別腫瘤標(biāo)志物）、生物相容性（低毒、良好相容性）。五、論述題1.解析思路:多模態(tài)成像的核心優(yōu)勢在于信息互補和整合。不同模態(tài)（如PET的分子代謝、MRI的結(jié)構(gòu)和功能、超聲的實時動態(tài)）提供不同維度的生物信息。整合這些信息可以更全面地理解復(fù)雜的生理病理過程。例如，在腫瘤研究中，PET-MRI可同時評估腫瘤的葡萄糖代謝（PET）和腫瘤體積、血供、血管滲透性（MRI），為診斷、分期和療效評估提供更可靠的依據(jù)。在神經(jīng)科學(xué)中，fMRI-PET結(jié)合可同時研究腦血流變化和神經(jīng)活動相關(guān)的葡萄糖代謝。前景在于更精準(zhǔn)的疾病診斷、個性化治療規(guī)劃和基礎(chǔ)研究。答案要點:優(yōu)勢在于信息互補、整合，提供更全面生物信息。不同模態(tài)（如PET、MRI、超聲）提供互補數(shù)據(jù)。整合實現(xiàn)更全面理解，提高診斷準(zhǔn)確性（如腫瘤綜合評估）、指導(dǎo)治療（個性化）、深化研究。舉例說明在腫瘤或神經(jīng)科學(xué)中的應(yīng)用價值。2.解析思路:納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的潛力巨大，體現(xiàn)在：①作為新型成像探針：利用納米材料（如金納米粒子、量子點、磁性納米粒子）的獨特光學(xué)、磁學(xué)或聲學(xué)性質(zhì)，開發(fā)高靈敏度、高特異性、多功能（可同時成像和診療）的探針。②增強現(xiàn)有成像技術(shù)：如利用納米粒子作為造影劑增強MRI、CT或超聲成像的信號。③實現(xiàn)靶向成像和診療一體化。面臨的挑戰(zhàn)主要包括：①生物相容性與安全性：納米材料在體內(nèi)的長期毒性、免疫原性、生物降解和排泄途徑等問題需深入評估。②靶向效率和特異性：如何有效將納米探針遞送至目標(biāo)部位并精確識別靶點。③成像設(shè)備兼容性：新型納米探針的信號讀數(shù)可能需要改進現(xiàn)有成像設(shè)備。④規(guī)?；a(chǎn)和成本控制。答案要點:潛力：開發(fā)新型多功能探針、增強現(xiàn)有成像效果、實現(xiàn)診療一體化。挑戰(zhàn)：生物安全性評估、靶向效率與特異性、設(shè)備兼容性、規(guī)?；a(chǎn)與成本。六、計算題1.解析思路:計算放射性活度衰減，使用指數(shù)衰減公式A=A?*(1/2)^(t/T?)。其中，A?是初始活度，A是t時間后的活度，T?是半衰期，t是經(jīng)歷的時間。題目給出T?=6小時，t=18小時。18小時經(jīng)歷了18/6=3個半衰期。代入公式計算。答案步驟:A=A?*(1/2)^3=A?*1/8。2.解析思路:MRI信號強度與組織的縱向弛豫時間（T?）密切相關(guān)，T?越短，信號衰減越快，圖像上信號越弱（或?qū)Ρ榷仍降停?。測量到的T?(1200ms)介于T?組織(1000ms)和T?周圍(1500ms)之間。這表明該組織的T?特性受到周圍組織和自身組織特性的“平均”或“加權(quán)平均”影響。由于測量值偏向于T?組織，說明該組織的T?特性更接近于T?組織，但周圍組織（T?周圍）的存在也對測量結(jié)果產(chǎn)生了一定的“稀釋”效應(yīng)。這反映了組織間磁化率差異或水質(zhì)子密度差異的復(fù)雜性。答案步驟:分析測量值（1200ms）與兩個參考值（1000ms,1500ms）的關(guān)系。解釋測量值是組織自身特性與周圍環(huán)境影響（磁化率不均勻等）的綜合體現(xiàn)。說明測量值偏向于哪個參考值及其原因（組織特性更接近，但受周圍環(huán)境影響）。七、案例分析題解析思路:分析案例需從探針設(shè)計（靶向性、信號）、成像原理（熒光、活體成像）、實驗結(jié)果（腫瘤靶向成像效果）和臨床轉(zhuǎn)化（安全性、有效性）四個層面展開。設(shè)計思路基于葉酸受體在腫瘤細(xì)胞上高表達的特