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)在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.下列哪項物理現(xiàn)象是X射線成像的基礎(chǔ)？A.光的干涉B.原子核衰變C.物質(zhì)的電離與吸收D.核磁共振2.MRI成像中，T1加權(quán)像和T2加權(quán)像的主要區(qū)別在于：A.成像時間不同B.對比度來源不同C.信號采集方式不同D.磁場強度不同3.在正電子發(fā)射斷層掃描（PET）中，常用的放射性示蹤劑是什么？A.氫離子（H+）B.氧原子（O）C.碳-14（1?C）D.芬太尼（F-18FDG）4.超聲成像的主要優(yōu)勢在于：A.提供高空間分辨率B.無電離輻射C.成本低廉D.以上都是5.分子影像（MolecularImaging）的核心目標(biāo)是：A.提高圖像的對比度B.顯示解剖結(jié)構(gòu)C.早期探測和量化生物分子事件D.實現(xiàn)三維重建6.以下哪種成像技術(shù)主要基于原子核的自旋進動和共振吸收電磁波？A.CTB.MRIC.PETD.超聲7.在臨床應(yīng)用中，MRI相對于CT的主要優(yōu)勢之一是：A.對骨骼成像更清晰B.對鈣化灶更敏感C.無電離輻射D.掃描速度更快8.能夠同時提供解剖結(jié)構(gòu)和功能信息的技術(shù)是：A.CTB.PET-CTC.MRID.超聲9.下列哪項屬于功能成像的范疇？A.增強CTB.磁共振波譜（MRS）C.平面X光D.超聲彈性成像10.影像探針（ImagingProbe）在分子影像中的作用是：A.提供外部強磁場B.發(fā)射或探測信號以反映特定分子事件C.減少圖像噪聲D.引導(dǎo)藥物靶向二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填在橫線上。）1.生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)（BMIT）是指利用各種物理或化學(xué)方法，從生物體內(nèi)部獲取__________信息的技術(shù)總稱。2.MRI成像中，自旋原子核在磁場中吸收和釋放能量的兩種主要方式稱為__________和__________。3.PET成像中，放射性示蹤劑在體內(nèi)的分布（即__________）反映了特定生物分子的空間分布和功能狀態(tài)。4.超聲成像利用__________在人體不同組織界面的反射來形成圖像。5.分子影像探針的設(shè)計需要考慮其__________、__________和生物相容性等因素。6.CT成像中，X射線束以__________的方式穿過人體，探測器接收衰減后的信號。7.影像診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”通常指的是能夠直接顯示病灶解剖結(jié)構(gòu)的__________成像技術(shù)。8.人工智能在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的應(yīng)用包括圖像分割、病灶檢測和輔助診斷等。9.磁共振波譜（MRS）可以提供關(guān)于生物體__________和代謝狀態(tài)的信息。10.多模態(tài)成像是指將來自__________種或多種不同成像模態(tài)的信息進行融合或聯(lián)合采集的技術(shù)。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請給出每個名詞的精確定義。）1.信號空間分辨率（SpatialResolution）2.偽影（Artifacts）3.正電子發(fā)射斷層掃描（PositronEmissionTomography,PET）4.弛豫（Relaxation）5.分子探針（MolecularProbe）四、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述X射線計算機斷層掃描（CT）的基本工作原理。2.分子影像技術(shù)與傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)（如CT、MRI）相比，有哪些主要區(qū)別？3.影像技術(shù)如何在腫瘤的診斷、分期和治療監(jiān)測中發(fā)揮作用？4.結(jié)合分子科學(xué)與工程的知識，簡述設(shè)計一種有效分子影像探針需要考慮的關(guān)鍵因素。五、論述題（每小題10分，共20分。請圍繞下列問題展開論述。）1.試述生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)在理解疾病發(fā)生發(fā)展分子機制方面的作用和意義。2.闡述多模態(tài)生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)（如PET-MRI）的優(yōu)勢及其在臨床應(yīng)用中的前景。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。）1.C*解析：X射線成像基于X射線穿過人體不同組織時會發(fā)生不同程度的吸收（電離現(xiàn)象），探測器接收吸收后的射線并形成圖像。2.B*解析：T1加權(quán)像主要反映組織間T1弛豫時間的差異，提供良好的解剖結(jié)構(gòu)對比度；T2加權(quán)像主要反映組織間T2弛豫時間的差異，對含水量高的組織（如腦脊液）顯示更清晰。3.D*解析：F-18FDG是PET最常用的放射性示蹤劑，它是一種葡萄糖類似物，可用于檢測腫瘤的代謝活性。4.D*解析：超聲成像無電離輻射、成本低廉、可進行實時動態(tài)觀察，同時也能提供一定的空間分辨率，是多種優(yōu)勢的結(jié)合。5.C*解析：分子影像的核心目標(biāo)是直接、在體、實時地可視化與疾病相關(guān)的特定生物分子事件。6.B*解析：MRI利用原子核（主要是氫質(zhì)子）在強磁場中的共振現(xiàn)象來成像。7.C*解析：MRI不使用電離輻射，相對于CT在檢查安全性方面有顯著優(yōu)勢，尤其適用于需要多次檢查或?qū)椛涿舾械幕颊摺?.B*解析：PET-CT結(jié)合了PET的功能信息（如腫瘤代謝活性）和CT的解剖結(jié)構(gòu)信息，實現(xiàn)了兩者優(yōu)勢互補。9.B*解析：磁共振波譜（MRS）能夠檢測體內(nèi)特定原子核（如1H,13C）的化學(xué)位移，提供關(guān)于代謝物的信息，屬于功能成像。10.B*解析：分子影像探針是能夠特異性地靶向體內(nèi)特定分子或細(xì)胞，并能夠被影像設(shè)備（如PET、SPECT、光學(xué)成像系統(tǒng)）檢測到的示蹤劑，其核心作用是可視化分子事件。二、填空題（每空2分，共20分。）1.結(jié)構(gòu)與功能*解析：生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的目的是獲取生物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和功能信息。2.T1弛豫/T2弛豫*解析：原子核在退磁場中恢復(fù)到平衡狀態(tài)的過程稱為弛豫，主要分為T1和T2兩種方式。3.放射性分布*解析：PET成像通過檢測放射性示蹤劑在體內(nèi)的分布來反映其代謝、受體結(jié)合等過程。4.超聲波/聲波*解析：超聲成像利用超聲波在人體不同組織界面處的反射和衰減原理成像。5.特異性/信號強度*解析：理想的分子探針需要能特異性地結(jié)合目標(biāo)分子，并產(chǎn)生足夠強的信號以便于檢測。6.環(huán)形/同步旋轉(zhuǎn)*解析：CT使用X射線管和探測器圍繞病人身體進行旋轉(zhuǎn)掃描（通常是環(huán)形軌跡），以獲取數(shù)據(jù)。7.X射線/CT*解析：通常認(rèn)為X射線CT是診斷學(xué)中的“金標(biāo)準(zhǔn)”，因為它能提供高對比度的解剖結(jié)構(gòu)圖像。8.一/多*解析：人工智能可以應(yīng)用于單一模態(tài)的圖像分析，也可以融合多模態(tài)信息進行更全面的診斷。9.代謝物*解析：MRS通過檢測不同原子核的化學(xué)位移來識別和量化體內(nèi)的各種代謝物。10.兩/多*解析：多模態(tài)成像是指結(jié)合兩種或多種不同成像技術(shù)（如PET和MRI）的信息。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。）1.信號空間分辨率（SpatialResolution）：指在圖像上區(qū)分兩個相鄰最小結(jié)構(gòu)的能力，通常用像素大小或角度來衡量，分辨率越高，圖像越精細(xì)，能顯示的細(xì)節(jié)越多。2.偽影（Artifacts）：指在成像過程中，由于設(shè)備限制、操作不當(dāng)或生理運動等原因，在圖像上出現(xiàn)的非真實的信號或結(jié)構(gòu)，干擾圖像判讀。3.正電子發(fā)射斷層掃描（PositronEmissionTomography,PET）：一種基于正電子發(fā)射核素示蹤劑的分子影像技術(shù)，通過檢測正電子與電子湮滅產(chǎn)生的γ射線來確定示蹤劑在體內(nèi)的分布。4.弛豫（Relaxation）：指置于磁場中的自旋原子核（如氫質(zhì)子）在受到射頻脈沖激發(fā)后，從激發(fā)狀態(tài)返回到低能級平衡狀態(tài)的過程，包括T1弛豫（自旋-晶格弛豫）和T2弛豫（自旋-自旋弛豫）。5.分子探針（MolecularProbe）：一種設(shè)計用于特異性地靶向體內(nèi)特定分子（如受體、酶、基因）或細(xì)胞，并能被影像設(shè)備（如PET、SPECT、光學(xué)成像系統(tǒng)）檢測到的分子示蹤劑。四、簡答題（每小題5分，共20分。）1.簡述X射線計算機斷層掃描（CT）的基本工作原理。*解析：CT的基本原理是X射線管和探測器圍繞人體某一層面進行同步旋轉(zhuǎn)掃描。在掃描過程中，X射線管發(fā)射出扇形束X射線穿過該層面的不同組織，由于組織對X射線的吸收程度不同，穿過后的X射線強度會發(fā)生衰減。探測器接收這些衰減后的射線信號，并將其轉(zhuǎn)換成電信號。計算機收集所有探測器的信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，利用數(shù)學(xué)算法（如傅里葉變換或迭代算法）重建該層面上的組織衰減系數(shù)分布，最終形成該層面的二維圖像。通過逐層掃描，可以獲得人體某一區(qū)域的三維數(shù)據(jù)。2.分子影像技術(shù)與傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)（如CT、MRI）相比，有哪些主要區(qū)別？*解析：主要區(qū)別在于：1）關(guān)注點不同：傳統(tǒng)影像技術(shù)主要關(guān)注解剖結(jié)構(gòu)（形態(tài)學(xué)）或宏觀生理功能（如血流、灌注），而分子影像技術(shù)關(guān)注的是疾病相關(guān)的分子事件和生物標(biāo)志物；2）可視化方式不同：傳統(tǒng)技術(shù)通常檢測組織細(xì)胞整體的平均信號，而分子影像技術(shù)利用特異性探針直接可視化目標(biāo)分子在細(xì)胞或組織中的定位、分布和數(shù)量；3）信息維度不同：分子影像能提供更早期、更定量的信息，與疾病的發(fā)生機制聯(lián)系更緊密。3.影像技術(shù)如何在腫瘤的診斷、分期和治療監(jiān)測中發(fā)揮作用？*解析：影像技術(shù)在腫瘤診療中作用關(guān)鍵：1）診斷：通過CT、MRI等形態(tài)學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)腫瘤；2）分期：評估腫瘤的體積、范圍、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移情況（如使用PET-CT評估轉(zhuǎn)移）；3）鑒別診斷：區(qū)分腫瘤與良性病變；4）治療監(jiān)測：在治療過程中或治療后，通過對比影像變化評估治療效果（如腫瘤大小變化、代謝活性改變）；5）指導(dǎo)治療：如PET引導(dǎo)下的放療定位、評估生物標(biāo)志物指導(dǎo)的靶向治療或免疫治療效果。4.結(jié)合分子科學(xué)與工程的知識，簡述設(shè)計一種有效分子影像探針需要考慮的關(guān)鍵因素。*解析：設(shè)計有效分子影像探針需考慮：1）靶向分子特異性：探針的分子部分（如配體）必須能與目標(biāo)分子（如受體、酶）高度特異性結(jié)合；2）合適的成像模式與探針類型：根據(jù)待測分子和臨床需求選擇合適的核素（PET/SPECT）或熒光團（光學(xué)成像），并設(shè)計合適的分子結(jié)構(gòu)；3）良好的藥代動力學(xué)特性：探針應(yīng)具有合適的體內(nèi)分布，如快速的血液清除或組織攝取/清除速率，以獲得清晰的圖像和避免背景干擾；4）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)效率：探針與靶點結(jié)合后，應(yīng)能有效產(chǎn)生可檢測的信號（如放射性衰變或熒光）；5）生物相容性與安全性：探針本身及其代謝產(chǎn)物應(yīng)無毒、無免疫原性，具有良好的生物相容性；6）合成與標(biāo)記：探針的合成路線應(yīng)可行、高效、純度高，并能方便、穩(wěn)定地連接到顯像劑上。五、論述題（每小題10分，共20分。）1.試述生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)在理解疾病發(fā)生發(fā)展分子機制方面的作用和意義。*解析：生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)在理解疾病分子機制方面發(fā)揮著革命性作用：1）提供可視化窗口：傳統(tǒng)方法難以直接觀察活體內(nèi)分子水平的變化，影像技術(shù)（特別是分子影像）能將特定分子事件（如受體過表達、信號通路激活、炎癥介質(zhì)釋放）的空間分布和時間動態(tài)可視化；2）揭示機制關(guān)聯(lián)：通過觀察分子探針在特定疾病模型中的分布，可以直接關(guān)聯(lián)分子改變（如腫瘤相關(guān)基因突變導(dǎo)致的受體表達變化）與疾病表型（如腫瘤生長、侵襲轉(zhuǎn)移），闡明疾病發(fā)生的分子通路和機制；3）發(fā)現(xiàn)新的生物標(biāo)志物：影像技術(shù)可用于發(fā)現(xiàn)和驗證與疾病狀態(tài)或進展相關(guān)的新的分子標(biāo)志物，這些標(biāo)志物可能成為新的診斷或治療靶點；4）研究治療反應(yīng)：動態(tài)影像監(jiān)測分子探針信號的變化，可以評估靶向治療或免疫治療對分子通路的影響，揭示治療機制和預(yù)測療效；5）促進轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)：將基礎(chǔ)研究的分子發(fā)現(xiàn)與臨床應(yīng)用聯(lián)系起來，加速基于分子機制的疾病診斷和治療方法的開發(fā)。總之，影像技術(shù)使我們在分子水平上理解疾病成為可能，是推動精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要工具。2.闡述多模態(tài)生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)（如PET-MRI）的優(yōu)勢及其在臨床應(yīng)用中的前景。*解析：多模態(tài)生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)（如PET-MRI）結(jié)合了不同成像模態(tài)的優(yōu)勢，具有顯著優(yōu)勢并在臨床應(yīng)用中前景廣闊：1）優(yōu)勢：a)互補信息：PET提供功能、代謝、受體結(jié)合等信息，而MRI提供高分辨率的解剖結(jié)構(gòu)、水分布和部分生理功能（如血流）信息，兩者結(jié)合可獲得更全面、更準(zhǔn)確的診療信息；b)提高診斷準(zhǔn)確性：整合信息可減少誤診和漏診，尤其在腫瘤學(xué)中，可更好地區(qū)分良惡性、評估分期和療效；c)精準(zhǔn)治療規(guī)劃：融合解剖和功能信息有助于更精確地制定放療、手術(shù)或介入治療計劃；d)減少檢查次數(shù)和輻射劑量：對于需要同時評估功能和結(jié)構(gòu)的患者，PET-MRI融合一次掃描即可替代多次單一模態(tài)檢查，可能