2025年生物醫(yī)學(xué)工程師專業(yè)能力認(rèn)證試卷及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種生物材料屬于天然高分子材料？A.聚乳酸（PLA）B.膠原蛋白C.鈦合金D.羥基磷灰石2.超聲成像中，提高探頭頻率會導(dǎo)致：A.穿透深度增加，分辨率降低B.穿透深度降低，分辨率提高C.穿透深度和分辨率均增加D.穿透深度和分辨率均降低3.生物力學(xué)中，胡克定律適用的材料是：A.粘彈性材料B.塑性材料C.線彈性材料D.超彈性材料4.心電圖（ECG）中QRS波群反映的是：A.心房去極化B.心室去極化C.心房復(fù)極化D.心室復(fù)極化5.用于骨組織工程的支架材料需具備的關(guān)鍵特性不包括：A.生物降解性B.高孔隙率（>90%）C.導(dǎo)電性D.與骨組織匹配的彈性模量6.計算機(jī)斷層掃描（CT）的成像原理基于：A.X射線的吸收差異B.核磁共振信號C.超聲波的反射D.放射性核素衰變7.生物信號處理中，去除ECG基線漂移通常選用：A.低通濾波器B.高通濾波器C.帶通濾波器D.陷波濾波器（50Hz）8.人工心臟瓣膜的主要失效模式是：A.材料疲勞斷裂B.血栓形成C.感染D.以上均是9.組織工程的三要素是：A.種子細(xì)胞、支架材料、生長因子B.干細(xì)胞、生物反應(yīng)器、培養(yǎng)基C.支架材料、生物力學(xué)、免疫排斥D.生長因子、基因編輯、3D打印10.醫(yī)療器械注冊時，需提交的生物相容性評價項目不包括：A.細(xì)胞毒性試驗B.急性全身毒性試驗C.熱原試驗D.血液相容性試驗（如溶血試驗）二、多項選擇題（每題3分，共30分，少選得1分，錯選不得分）1.以下屬于生物陶瓷材料的有：A.氧化鋁（Al?O?）B.聚醚醚酮（PEEK）C.磷酸鈣陶瓷D.鈦鎳形狀記憶合金2.MRI成像中，影響圖像對比度的因素包括：A.質(zhì)子密度B.T1弛豫時間C.T2弛豫時間D.掃描層厚3.生物力學(xué)中，描述粘彈性材料的模型包括：A.麥克斯韋模型（彈簧與阻尼器串聯(lián)）B.開爾文模型（彈簧與阻尼器并聯(lián)）C.標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型（麥克斯韋與開爾文模型組合）D.胡克模型（僅彈簧）4.可穿戴式生理監(jiān)測設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)包括：A.柔性生物傳感器B.低功耗無線通信C.生物信號實時處理算法D.長效供能系統(tǒng)（如柔性電池）5.基因治療載體中，腺相關(guān)病毒（AAV）的優(yōu)點是：A.免疫原性低B.可整合至宿主基因組C.感染分裂與非分裂細(xì)胞D.包裝容量大（>10kb）6.人工關(guān)節(jié)置換術(shù)失敗的常見原因有：A.假體松動（骨溶解）B.感染（如金黃色葡萄球菌）C.磨損顆粒引發(fā)的炎癥反應(yīng)D.假體材料彈性模量遠(yuǎn)高于骨組織（應(yīng)力遮擋）7.醫(yī)學(xué)影像后處理技術(shù)包括：A.三維重建（如MIP、VR）B.圖像配準(zhǔn)（多模態(tài)融合）C.計算機(jī)輔助診斷（CAD）D.像素值歸一化（如窗寬窗位調(diào)整）8.生物材料表面改性的目的包括：A.提高生物相容性B.增強(qiáng)抗菌性能C.調(diào)控細(xì)胞黏附與增殖D.降低材料成本9.體外診斷（IVD）試劑的性能評價指標(biāo)包括：A.準(zhǔn)確度（正確度+精密度）B.檢測限（LOD）C.特異性（避免交叉反應(yīng)）D.穩(wěn)定性（保質(zhì)期）10.醫(yī)療器械設(shè)計驗證與確認(rèn)的區(qū)別在于：A.驗證是“是否滿足規(guī)定要求”B.確認(rèn)是“是否滿足預(yù)期使用要求”C.驗證在設(shè)計過程中進(jìn)行，確認(rèn)在最終產(chǎn)品完成后進(jìn)行D.驗證需第三方機(jī)構(gòu)參與，確認(rèn)由企業(yè)自行完成三、填空題（每空1分，共15分）1.生物材料的生物相容性分為______相容性（與血液接觸）和______相容性（與組織接觸）。2.超聲探頭的基本工作原理是利用______效應(yīng)（電信號轉(zhuǎn)聲信號）和______效應(yīng)（聲信號轉(zhuǎn)電信號）。3.骨的彈性模量約為______GPa（范圍），而鈦合金的彈性模量約為______GPa，這種差異可能導(dǎo)致______現(xiàn)象。4.PCR技術(shù)的三個基本步驟是______、______和______。5.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)學(xué)影像分析中的典型應(yīng)用包括______（如肺結(jié)節(jié)檢測）和______（如圖像分割）。6.醫(yī)療器械的風(fēng)險等級分為______類（從低到高），其中植入式器械通常屬于______類。四、簡答題（共25分）1.（5分，封閉型）簡述生物力學(xué)中“應(yīng)力應(yīng)變曲線”的四個主要階段（以骨組織為例）。2.（5分，封閉型）列舉5種常見的醫(yī)學(xué)影像模態(tài)及其成像原理（如X射線、CT、MRI、超聲、核醫(yī)學(xué)）。3.（5分，開放型）分析可降解生物材料在骨修復(fù)中的應(yīng)用優(yōu)勢與挑戰(zhàn)。4.（5分，封閉型）說明生物信號采集時“共模抑制比（CMRR）”的定義及其對ECG信號采集的意義。5.（5分，開放型）智能假肢的核心技術(shù)需求包括哪些？請結(jié)合生物力學(xué)與傳感器技術(shù)說明。五、應(yīng)用題（共30分）1.（計算類，8分）某毛細(xì)血管內(nèi)徑為8μm，長度為0.5mm，血液平均流速為0.05cm/s，血液粘度η=3.5mPa·s。根據(jù)泊肅葉定律（Q=πr?ΔP/(8ηL)），計算毛細(xì)血管兩端的壓力差ΔP（單位：Pa）。（注：Q=流速×截面積）2.（分析類，8分）某患者心電圖（ECG）顯示ST段抬高（>1mm），T波高尖。結(jié)合生物醫(yī)學(xué)工程知識，推測可能的病理原因，并說明可采用哪些檢測技術(shù)輔助診斷（如動態(tài)ECG、心肌酶譜檢測、心臟超聲等）。3.（綜合類，14分）設(shè)計一款用于糖尿病患者的連續(xù)血糖監(jiān)測（CGM）系統(tǒng)，需考慮以下關(guān)鍵技術(shù)：（1）生物傳感器的工作原理（如酶電極法）；（2）傳感器的生物相容性設(shè)計（避免組織反應(yīng)）；（3）信號傳輸與數(shù)據(jù)處理（如抗干擾算法、校準(zhǔn)方法）；（4）法規(guī)要求（如FDA510(k)或NMPA三類器械注冊）。答案及解析一、單項選擇題1.B（膠原蛋白是天然高分子，PLA為合成高分子，鈦合金為金屬，羥基磷灰石為陶瓷）2.B（頻率↑→波長↓→分辨率↑，但穿透深度↓）3.C（胡克定律適用于線彈性材料）4.B（QRS波反映心室去極化）5.C（骨支架無需導(dǎo)電性）6.A（CT基于X射線吸收差異）7.B（基線漂移為低頻噪聲，用高通濾波器去除）8.D（機(jī)械瓣易疲勞、血栓；生物瓣易鈣化，均可能感染）9.A（種子細(xì)胞、支架、生長因子是組織工程三要素）10.C（熱原試驗屬于藥品檢測項目，醫(yī)療器械生物相容性不包括）二、多項選擇題1.AC（PEEK為高分子，鈦鎳合金為金屬）2.ABC（層厚影響空間分辨率，不直接影響對比度）3.ABC（胡克模型僅描述線彈性，非粘彈性）4.ABCD（均為可穿戴設(shè)備核心技術(shù)）5.AC（AAV不整合基因組，包裝容量約4.7kb）6.ABCD（均為常見失敗原因）7.ABCD（均為后處理技術(shù)）8.ABC（表面改性不降低成本）9.ABCD（均為IVD性能指標(biāo)）10.ABC（確認(rèn)也可由第三方參與）三、填空題1.血液；組織2.逆壓電；正壓電3.1030；110120；應(yīng)力遮擋4.變性（高溫解鏈）；退火（引物結(jié)合）；延伸（DNA聚合酶合成）5.目標(biāo)檢測；圖像分割6.一、二、三；三四、簡答題1.骨的應(yīng)力應(yīng)變曲線四階段：①線彈性階段（應(yīng)力與應(yīng)變呈正比，胡克定律適用）；②屈服階段（超過彈性極限，出現(xiàn)塑性變形）；③強(qiáng)化階段（材料硬化，需更大應(yīng)力繼續(xù)變形）；④破壞階段（應(yīng)力達(dá)到極限強(qiáng)度后斷裂）。2.五種醫(yī)學(xué)影像模態(tài)：X射線：基于不同組織對X射線的吸收差異（骨>軟組織>空氣）；CT：X射線斷層掃描+計算機(jī)重建斷層圖像；MRI：利用氫質(zhì)子在靜磁場中受射頻激發(fā)后的弛豫信號；超聲：高頻超聲波在組織界面的反射/散射回波成像；核醫(yī)學(xué)（如PET）：放射性核素標(biāo)記的示蹤劑在體內(nèi)分布的γ射線檢測。3.優(yōu)勢：①降解速率可調(diào)控，與骨再生速率匹配；②避免二次手術(shù)取出；③可負(fù)載生長因子促進(jìn)骨修復(fù)。挑戰(zhàn)：①降解產(chǎn)物可能引發(fā)炎癥（如PLA降解產(chǎn)酸）；②降解過程中機(jī)械強(qiáng)度下降過快，無法支撐載荷；③降解速率受個體差異（如局部pH、血供）影響大，難以標(biāo)準(zhǔn)化。4.CMRR定義為差模增益與共模增益的比值（通常用dB表示）。ECG信號為微伏級差模信號，而環(huán)境中的50Hz干擾（如電源噪聲）為共模信號。高CMRR可有效抑制共模干擾，提高ECG信號的信噪比，確保QRS波、ST段等特征的準(zhǔn)確提取。5.核心技術(shù)需求：①生物力學(xué)匹配：假肢關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量、阻尼需與健側(cè)肢體一致，避免長期使用導(dǎo)致的代償性損傷；②多軸力傳感器：實時檢測足底壓力分布（如前掌、后跟受力），反饋控制假肢關(guān)節(jié)角度；③肌電信號（sEMG）采集：通過殘肢肌肉電信號識別用戶運(yùn)動意圖（如行走、上下樓梯）；④低功耗控制算法：融合力反饋與肌電信號，實現(xiàn)假肢的實時響應(yīng)（延遲<50ms）。五、應(yīng)用題1.計算步驟：毛細(xì)血管半徑r=8μm/2=4μm=4×10??m；截面積A=πr2=π×(4×10??)2≈5.027×10?11m2；流速v=0.05cm/s=5×10??m/s；流量Q=A×v=5.027×10?11×5×10??≈2.513×10?1?m3/s；長度L=0.5mm=5×10??m，η=3.5mPa·s=3.5×10?3Pa·s；由Q=πr?ΔP/(8ηL)，得ΔP=8ηLQ/(πr?)；代入數(shù)值：ΔP=8×3.5×10?3×5×10??×2.513×10?1?/(π×(4×10??)?)≈1.75Pa。2.病理原因：ST段抬高+T波高尖常見于急性心肌梗死（早期）或高鉀血癥。急性心梗時，心肌細(xì)胞缺血導(dǎo)致復(fù)極異常；高鉀血癥會影響心肌細(xì)胞靜息電位，縮短動作電位時程。輔助檢測技術(shù)：①心肌肌鈣蛋白（cTnI/cTnT）檢測（IVD試劑，特異性診斷心梗）；②動態(tài)ECG（Holter）持續(xù)監(jiān)測ST段變化；③心臟超聲（觀察局部心肌運(yùn)動異常）；④冠狀動脈造影（金標(biāo)準(zhǔn)，明確血管狹窄部位）。3.CGM系統(tǒng)設(shè)計要點：（1）生物傳感器：采用葡萄糖氧化酶（GOD）電極法，酶催化葡萄糖與O?反應(yīng)生成H?O?，通過微電極檢測H?O?氧化產(chǎn)生的電流，電流與葡萄糖濃度成正比。（2）生物相容性：傳感器表面涂覆親水性材料（如聚乙二醇，PEG）減少蛋白吸附；采用微創(chuàng)植入方式（如14G針插入皮下組織）；添加抗菌涂層（如銀離子）預(yù)防感染。（3