生物医学工程复习提纲

考试要求：闭卷；

主要题型与分值分布：填空（20分）、判断（20分）、选择（20分）、问答（40分）； 考试时间：120分钟。 注意事项：

（1）复习提纲中知识占考试知识面的80%，考察考生基础知识。参考书目《生物医学工程学》，科学出版社，邓玉林李勤主编（可由杨迪老师代购）。

（2）另20%知识为医学生物学、医学工程学、医学生理学等领域的基础知识或常识，用于考察考生的推断和知识的扩展应用能力。

复 习 提 纲

绪论

1、生物医学工程学的概念

答：生物医学工程学是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学的角度，

在多层次上研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象，研究用于防病、治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统的工程原理的学科。

2、生物医学工程学所包括的内容有哪些

答：生物医学工程学的内容十分广泛。主要内容包括：有关各种医学新技术的原理、方

法和相应仪器设备，各种医学仪器的原理、设计、制造、改进和创新，各种医用生物工程、医用材料和人工器官的研究和应用，生物系统论、信息论和控制论，以及生物力学（如软组织力学、骨骼力学和生物流体力学等）、生物电磁学等基础研究内容，甚至还包括医学信息处理技术和医院管理工程等。

3、生物医学工程学的特点

答：1.大跨度的、多学科的综合性应用学科。

2.生物医学工程学学科本身是各学科在高水平上交叉、结合的产物，是现代科学技

术发展到一定时期的必然结果。

3.生物医学工程学依赖于各个相关学科，但是又有自己的独特方法学，既有基础理

论的交叉也有技术方法的交叉结合，最后达到在应用对象上的融合。

4.生物医学工程学是工程技术科学领域里的一名新兵，但又不同于一般的工程学，

而是以工程学为主要手段，专门研究和解决医学方法问题的一门独立的学科

5.生物医学与工程学相结合后形成生物医学工程学，不仅用工程技术对生物医学的

作用包括人体生理、病理个方面功能的研究，人体结构的研究，人体信息传递的研究、各种疾病的诊断、治疗、预防的研究等各个方面。而且反过来还促进工程学科的发展

4、生物医学工程学的研究对象

答：生物医学工程学的重要领域主要包括生物力学、生物材料学、生物技术、生物医学

信号检测与传感器、生物医学信号处理、医学图像技术、物理因子在治疗中的应用及其生物效应、人工器官等八个方面。

第一章

1、微波对人体和动物作用的两重性

答：一方面，如果辐射剂量控制适当，对人体和动物可以产生良好的刺激作用：加速血

液循环，血管扩张；刺激器官功能，促进新陈代谢，改善局部营养，从而促进机体的修复与再生；甚至选择性杀灭肿瘤细胞，增强机体抗电离辐射的能力。

另一方面，高强度微波辐射或低强度的长时间照射都有可能对人体健康产生不良影

响，形成所谓的“无线电波作用综合症“

2、什么是毫米波，毫米波在医学应用中有哪些特色与优点

答：毫米波是指自由空间波长在1~10mm的电磁波，相应的频率范围是30~300GHz，

处于微波波段的高频段。 特色和优点：

1.具有非侵入性，对机体无损伤，易于配合药物或其他疗法进行治疗。 2.治疗剂量小，基本无变态反应，无副作用和远期后遗症。 3.毫米波能提高机体的总紧张度，从而使患者有舒服的感觉；有抗应激因子的作用，能提高机体的免疫力；还可以镇定止疼。毫米波对多种疾病有综合治疗的作用，而且治疗过程中病人无痛苦，因此易于被患者接受。

4.能改善人体的耐毒状态，提高血液的质量，而且有明显的升白作用。

3、生物体的磁场主要来自哪三个方面

答：1.生物电流是引起生物磁场的源泉。 2.由生物磁性材料产生的感应场。

3.生物体本身含有的磁性物质产生的磁场。

4、电化学疗法治疗肿瘤的两种方式

答：1.利用脉冲电场使药物分子进入细胞内，使肿瘤组织摄取的药物量增加数倍。 2.利用直流电流引起的化学变化杀死肿瘤细胞。

第二章

1、生物力学的研究内容

答：生物力学研究的重点是与生理学、医学有关的力学问题。依研究对象的不同可分为

生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。

2、肌肉的成分及在人体中的比重

答：肌肉里约有20%是蛋白质，其余80%是水。人的全身有600多块肌肉，总总量约占

体重的40%。

3、动物的肌肉有哪几类

答：动物的肌肉有3类：骨骼肌、心肌和平滑肌。

4、与骨骼肌相比，心肌的特点

答：1.心肌在动物的整个生命阶段都要不停的进行收缩和扩张运动，所以它的氧气和营

养供应是非常重要的。心肌中的毛细血管较多

2.在正常情况下，一个心脏全部心肌细胞的收缩和松弛是同步的，心肌张弛节律性

很强，不同于骨骼肌，它不允许挛缩。

3.研究心肌时不仅要研究收缩状态下的应力-应变关系，还要研究松弛状态下心肌的

应力-应变关系。

5、人体肌纤维特征

答：构成骨骼肌的单位是肌纤维，它本身是一个细胞，含有多个细胞核。呈长圆柱形或

长棱柱形。人体内的肌纤维最短约1mm，最长可达几十厘米。通常在3~40mm之间。直径约为10~60μm。对于一个人来说，通过锻炼或体力劳动会使他的某些部分肌纤维的直径增大，但并不能使肌纤维的数量增多。肌纤维是由肌膜、细胞核、肌浆和肌原纤维所组成。

6、在医学上，红血球的浓度用什么表示

答：在医学上，红血球的浓度常用血球比积H来表示，它是血液中红血球体积与血样

总体积之比。

7、WHO将心血管病列为21世纪危害人类的头号疾病

答：心脏和血管组成了机体的循环系统，血液沿血管不停的流动——从心脏经动脉至毛

细血管，再由毛细血管经静脉返回心脏——有赖于心脏相互更迭的有节律的收缩与舒张。心血管系统一旦不正常，必然对生命产生重大的影响。随着人们生活水平的日益提高，心血管疾病已成为当今发达国家死亡率最高的疾病。世界卫生组织（ＷＨＯ）已将心血管病列为21世纪危害人类健康的头号疾病。根据美国心脏学会的估计，美国有超过４０００万人口患有各种各样的心脏和血管疾病。心血管疾病在我国也是死亡率最高的一类疾病，估计有２５％的人口患有从高血压到各种各样的心血管疾病，各年龄阶段的人群都普遍分布。

8、血流形态（层流、紊流）对血管壁的影响

答：血流，特别是形成紊流以后，对血管壁将施加较高的剪应力和交变的正压力。这有

可能引起血管壁的增长或萎缩。剪应力较大时还会引起血管壁的损伤。

9、静脉血流和动脉血流的区别

答：1.血液在静脉内的压力低于同一高度动脉内的压力，甚至低于大气压力； 2.管壁较薄，管截面的面积变化与动脉相比较大 3.静脉血流方向都是从外周流向心脏的；

4.除腔静脉外，静脉内有瓣膜，以防止血液倒流。

第三章

1、什么是超声波

答：频率在20kHz以上的机械波称为超声波。

2、超声应用于医学可以分为哪两大类，具体是什么

答：超声应用于医学可分为两类：超声诊断和超声治疗。

超声诊断研究如何利用各种组织的差异来区分不同的组织，特别是区分正常和病变组织。超声波在生物组织中的传播规律及诊断信息提取方法是超声诊断的物理基础。

超声治疗则研究如何利用超声波得生物效应（超声波照射引起的组织结构、功能和生物过程的变化）来治疗某些疾病，其物理基础是超声神武效应的机理和超声计量学。

3、超声的生物效应有哪些，具体是什么

答：1.机械效应：声波能量作用于介质，会引起质点高速细微的震动，产生速度、加速

度、声压、生强等力学量得变化，从而引起机械效应。

2.空化效应：当超声波作用于生物组织或液体中的微气泡（空化核）时，在周期性交变的声压作用下，空化核体积急剧膨胀，压缩，直至破裂，引起生物组织的破碎或位移，这就是空化效应。

3.热效应：超声在人体或在其他介质中均可显著产热，产热过程既是机械能在介质中转变成热能的能量转换过程。 4.弥散效应和触变效应：超声波的弥散效应是指治疗剂量超声可增强生物膜弥散过程，促进物质交换，继而加速代谢，改善组织营养。触变效应是超声波引起生物组织物理或化学性质变化，如血液黏性降低，血浆变稀等。

第四章

1、光在人体组织中传播的理论模型中，典型的三种是什么

答：Kubelka-Munk理论、漫射近似法（diffusion approximation）和蒙特卡洛模拟（Monte

Carlo simulation）

2、激光对组织的生物效应都有哪些

答：研究表明激光对组织的生物效应主要包含热效应、光化学效应、压强作用、电磁场

效应和生物刺激效应，其中压强作用和电磁场效应主要由中等功率以上的激光所产生、光化学效应在低功率激光照射时特别重要，热效应存在于所有的激光照射，而生物刺激作用则只发生在弱激光照射时。

3、激光治疗的手段有哪三种

答：大体可分为激光手术治疗、激光非手术治疗和激光光敏治疗

4、什么是激光光动力疗法

答：激光光敏治疗又称为激光的光动力疗法（Photodynamic Therapy, PDT）。在通常的情

况下，除视细胞以外绝大多数生物细胞不容易被可见光直接引起化学效应。但是，在当人体组织摄入某些光敏剂时，光敏剂分子吸收激光能量后，就会发生一系列的

化学反应，这种反应叫做光敏化反应。

5、激光扫描共聚焦显微镜的基本原理、特点及应用领域 答：基本原理：

激发光经过照明针孔形成光源，通过激发滤光片被分束器反射，由显微物镜聚焦到三维样品内，并在垂直于光轴的焦点平面上扫描。焦平面和焦平面上下被照射的区域所发出的荧光又被物镜收集，通过分束器和发射滤光片。在探测器前方有一共焦针孔，照明针孔和共焦针孔相对于物镜焦平面是共轭的，因此只有焦平面发出的荧光能聚焦于共焦针孔并通过针孔到达探测器PMT或CCD。焦平面以上或以下的点不能在探测针孔处成像，所以焦平面以为发出的光被针孔挡住，对共焦图像的贡献很小。这样得到的共聚焦图像基本上仅来自于焦平面上的光信息，即被焦平面切割的断层。如果逐步调节样品纵轴的位置，可产生样品的多幅断层图像，细胞或组织各个横截面的图像都能清楚的显示。这种成像方法称为共焦扫描显微镜层析成像方法。通过图像的三维重建技术，则能得到样品的三维立体图像。 特点：

1散射背景小，图像对比度好，探测灵敏度高，成像质量好； 2.可进行三维扫描成像； 3.采用激光光源；

4.配备了功能强大的图像处理软件。 应用领域：

由于激光扫描共聚焦显微镜结合先见的数据采集、记录与处理技术，使使其在生命科学的研究中成为最先进的分子细胞生物学的分析仪器，用于观察或细胞结构及特定分子、离子的生物学变化，定量分析，以及实时定量测定等，并衍生出黏附细胞的分选、激光细胞显微外科技术、荧光漂白后恢复技术、细胞通讯技术、细胞黏膜流动性测定以及光活化技术等多个新技术和新方法。现在激光扫描共聚焦显微镜已经被广泛的用于生物学、生物化学、生理学、药理学、病理学、遗传学和组胚学以及免疫学、环境学和营养学等领域

第五章

1、生命的基本特征

答：新陈代谢，繁殖，遗传、变异与进化，应激性与活动性。

2、生物体构成的基本成分（类生命物质）

答：生物体得主要构成成分是有机化合物，主要是糖类、脂类、蛋白质和核酸即四大类

生命物质，另外也包括许多种简单的有机物

3、真核细胞核原核细胞的区别

答：在原核细胞中，细胞核没有膜包围，没有细胞器等特定结构，它是原核生物的基本

单位如细菌、蓝藻等。

真核细胞中有定性的核、完备的细胞器等，它是真核细胞生物的基本构成单位。

4、什么是基因组

答：基因组（genome）指生物体遗传物质的全部序列，它包括每一条染色体和任何亚细

胞器的DNA的序列。

5、基因组生物技术具体包括哪些 答：1.DNA测序技术

2.DNA文库的构建 3.体外DNA扩增技术

4.功能蛋白质基因的分离技术 5.基因工程载体及其构建

6.重组DNA导入受体细胞技术 7.重组子的筛选技术

6、什么是蛋白质组

答：蛋白质组（proteome）是一个基因组在特定细胞内所表达的全部蛋白质。

7、蛋白质组生物技术包括哪些 答：1.双向凝胶电泳

2.质谱技术

3.酵母双杂交技术

第六章

1、什么是生物传感器

答：利用生物活性物质具有的选择识别待测生物化学物质的能力制成的传感器是生物传

感器，它以固定化得生物体成分（如酶、抗原、抗体、激素）或生物体本身（如组织、细胞、细胞器）作为敏感元件。

2、举例说明生物医学传感器在医学中的主要用途

答：1.提供诊断信息：如心音、血压、脉搏、血流、体温、呼吸等信息，以提供临床诊

断和研究。

2.监护仪器：手术后，病人需要被监视体温、心电等生理参数，以便了解病人的恢复情况。

3.临床检验：利用化学传感器和生物传感器从人体的各种体液获取生化信息，是诊断疾病的重要依据。

3、生物传感器的发展趋势 答：1.功能多样化

2.微型化

3.智能化与集成化

第七章

1、生物医学信号的特点 答：1.随机性

2.强噪声

3.非线性

2、生物医学传感器总体上可以分为哪几类

答：根据所用敏感物质的不同，分为酶传感器、免疫传感器、微生物传感器、组织传感

器和细胞传感器等；根据所用的信号转换器的不同，又可将生物传感器分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器和测声型生物传感器。为了更明确反映传感器的敏感特性和转换特性，实用中常综合使用上述两种分类法，如酶传感器中常分酶电极、酶热敏电阻、酶光极等。

3、生物医学信号处理方法中相关分析的作用

答：描述随机信号的统计特性，只用均值、方差往往是不够的。相关函数可表征信号在

不同时刻取值间的关联程度，因此可以从时域上揭示信号间有无内在的联系。而且，频带愈宽的信号其相关函数随时间衰减愈快（例如白噪声的功率频谱是常数，有无限带宽，而它的自相关函数却是δ函数型），所以相关分析又是从宽带噪声中检测信号是否存在的有效手段。因此，相关分析是随机信号处理中最基本的方法之一。

第八章

1、X射线的性质有哪些

答：1.穿透作用：X射线波长短、能量大、能穿透一般光线不能穿透的物质；

2.荧光作用：当X射线照射某些物质（如磷、钨酸钠等）时能产生荧光；

3.电离作用：具有足够能量的X射线光子能击脱物质原子轨道上的电子而使之产生电离；

4.生物效应：生物细胞在受到X射线的电离辐射后有可能会造成损伤甚至坏死。

2、传统的投影X射线成像方法有哪两种 答：透视与摄影

3、生物医学图像的质量评价指标有哪些 答：1.信/噪比

2.对比度 3.空间分辨率 4.调制传递函数

4、医疗诊断中的超声诊断技术包含哪些 答：1.B型结构成像

2.谱图多普勒血流测量 3.超声彩色血流图 4.三维超声成像

5、X-CT图像重建问题的本质是什么 答：X-CT图像重建问题实际上就是如何从投影数据中解算出成像平面上各像素点的衰减

系数。

6、磁共振信号的采集方式是什么

答：用射频信号激励样本后产生的横向磁化向量用于最终成像。为了获得所需要的图像，

通常的办法是采用一个特定的射频脉冲序列来激励。不同形式的脉冲激励将直接影响磁共振图像的灰度、对比度等指标。

7、医学图像的未来发展趋势是什么 答：1.多维图像

2.功能成像

3.多模式图像的融合 4.图像归档与通信系统 5.分子影响学

第九章

1、什么是心电图

答：整个心脏的除极和复极是所有心肌细胞除极复极共同作用的结果，所有心肌细胞产

生的微弱电流汇合起来便形成了心电流。这种电流可传到全身的各个部位，由于各部位距离心脏的远近不同，电流方向与身体的角度不同，以及身体不同部位的导电介质不同，因此不同的体表部位，电位变化也不同。将体表的任何两点与电流计的两端相连接，可以看见电流计的指针随心脏搏动而出现规律性的偏转。利用心电图机把这种电流描绘成动态曲线，即为心电图（electrocardiogram，简称ECG或EKG），也称为体表心电图。

2、脑电图的作用和特征

答： 作用：

脑电图共临床诊断和神经生理研究，诸如诊断癫痫、进行航空神经生理研究等： 1.脑电图是诊断某些精神疾患的重要依据

2.脑血管疾病会影响脑血管及周边组织的形态和特征，进而使得脑电图发生特定的改变，因此脑电图也是诊断这类疾病的重要依据 3.脑电图在麻醉领域中也有重要的应用

4.由于脑电源自大脑，因此脑电图在临床诊断中，尤其在神经疾病的诊断中扮演着举足轻重的总用 特征：

1.脑电图的波形不规则；

2.脑电图的波形随生理情况的改变而变化

3、肌电图的作用

答：实验证明，当运动单位发生各种病理变化时，会出现异常的肌电图，故临床上可利

用肌电图判断神经肌肉的功能是否正常以及神经肌肉疾病发生的部位、性质和程度等。肌电图已成为神经肌肉病变的主要诊断工具

第十五章

1、现代生物材料的发展分为哪三个阶段

答：1.1950~1980年，第一代生物材料即生物惰性材料（bioinert materials）研究；

2.1980~1990年，第二代生物材料即生物活性材料（bioactive materials）研究；

3.1990年至今，第三代生物材料即细胞、蛋白质和基因活化材料（cell-,protein and gene-activating materials）研究。

2、什么是生物材料的生物相容性

答：生物相容性是指植入材料与机体之间的相互适应性。可分为组织相容性和血液相容

性。

3、生物材料表面改性的方法有哪几种 答：1.物理化学方法

? 离子束技术 ? 等离子体技术 ? 辐射技术 ? 光化学技术 ? 自组装技术 2.形态学方法 3.生物化学方法

4、人工肽类生物材料的优点 答：1.良好的生物相容性

2.可调控的生物降解速度 3.易于修饰 4.设计的可塑性 5.结构的可控性

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