2015年《生物医学工程进展》复习题

《生物医学工程进展》复习题

2015年12月7日

1.请给出SPECT与PET的中英文全称，并简述以及两种成像方法的异同。 2. 请结合图示，说明为什么可以通过单分子定位实现超分辨光学显微成像。 3. 简述组织工程的原理，并举例说明在组织工程中运用数字化制造技术的优势。 4. 光学分子成像的特点是什么？可用于活体小动物光学成像的技术主要有哪几种？主流的分子成像技术有哪些？结合自己的研究方向，描述分子成像在本领域的应用及其发展前景。

5. 请论述纳米光学探针在活体动物成像中的应用

6. 请举例论述荧光蛋白标记技术在神经科学中应用的原理。 7. 三维超声有哪些成像方式？每种方式的主要优缺点是什么？

8. 结合你所熟悉的研究方向，谈谈你对于生物医学工程专业的认识与了解。 9. 请简述PET成像原理和过程？在这个过程中，如何从获得的信号中去除散射事件和随机事件？

10. 试简答神经成像的主要仪器及其原理

11. 生物材料区别于其它材料的一个显著特征是什么？简述生物材料与组织工程、再生医学的联系与区别。

12. 请结合图示，描述如何通过单分子定位的方法，实现超分辨光学显微成像。 13. 在PET系统中，需要对数据进行多种校正？请列举至少两种校正方法，给出他们的名称，校正的目的和实现的原理？ 14. 简述三维超声成像原理。

15. 通过计算说明理想状态下普通光学显微镜能够达到的横向分辨率。 16. 磁共振主要构建是什么？如何成像？

1. 单光子发射计算机断层成像术(Single-Photon Emission Computed Tomography，

SPECT)和正电子发射断层成像术(Positron Emission Tomography，PET)是核医学的两种CT技术，由于它们都是对从病人体内发射的γ射线成像，故统称发射型计算机断层

成像术(Emission Computed Tomography，ECT)。SPECT最高探测效率仅为PET的1-3%左右，图像质量远不能与PET相比。

图1 应用PALM技术定位单个荧光分子 2. 光激活定位显微技术的基本原理是用PA-GFP 来标记蛋白质，通过调节 405 nm 激光

器的能量，低能量照射细胞表面，一次仅激活出视野下稀疏分布的几个荧光分子，然后用 488 nm 激光照射，通过高斯拟合来精确定位这些荧光单分子。在确定这些分子的位置后，再长时间使用 488 nm激光照射来漂白这些已经定位正确的荧光分子，使它们不能够被下一轮的激光再激活出来。之后，分别用 405 nm 和 488 nm 激光来激活和漂白其他的荧光分子，进入下一次循环。这个循环持续上百次后，我们将得到细胞内所有荧光分子的精确定位。将这些分子的图像合成到一张图上，最后得到了一种比传统光学显微镜至少高 10 倍以上分辨率的显微技术。

3. 从机体获取少量的活体组织，用特殊的酶或其他方法将细胞（又称种子细胞）从组织中

分离出来在体外进行培养扩增，然后将扩增的细胞与具有良好生物相容性、可降解性和可吸收的生物材料（支架）按一定的比例混合，使细胞黏附在生物材料（支架）上形成细胞-材料复合物；将该复合物植入机体的组织或器官病损部位，随着生物材料在体内逐渐被降解和吸收，植入的细胞在体内不断增殖并分泌细胞外基质，最终形成相应的组织或器官，从而达到修复创伤和重建功能的目的。生物材料支架所形成的三维结构不但为细胞获取营养、生长和代谢提供了一个良好的环境。组织工程学的发展提供了一种组织再生的技术手段，将改变外科传统的“以创伤修复创伤”的治疗模式，迈入无创伤修复的新阶段。所谓的组织工程的三要素或四要素，主要包括种子细胞、生物材料、细胞与生物材料的整合以及植入物与体内微环境的整合。同时，组织工程学的发展也将改变传统的医学模式，进一步发展成为再生医学并最终用于临床。

4. 5. 6.

7. 获得三维超声图像的方法有很多，目前主要有两种获取三维超声图像的方法。最常见的

一种是利用现有的二维超声诊断设备结合某种机械定位方式获取一系列空间位置已知的二维组织超声图像，进而以离线方式重建三维物体。另一种是利用二维面阵探头发射金字塔形体积超声束从而获得实时的三维空间数据。 1）基于二维图象重组

基于二维图像重组的三维成像过程包括四个步骤：原始图像获取；三维重构；三维图像分割与理解；图像显示。

所谓离线，是指图像获取与图像后处理是分开进行的。图像获取有两种方法。一种是随机采样法：需要采集的图像位置和数量由医生现场决定。这种方法造成采样平面在空间的不规则排列，不仅影响重构图像的分辨率，也由于计算量大而影响了重建的速度。一种是预先确定法：事先规划好采集路线和采样密度，并由确定的定位机构予以保证。具体采集过程中，关键的问题在于每幅二维图像的空间定位。图像分割与理解是三维显示和测量的前提。由于超声图像固有的Speckle噪声问题及超声圈像的模糊特性，超声图像的分割一直是一个极为困难的课题。对超声三维图像．有两种显示需求：一种是提供组织器官任意二维切面的灰度显示；一种是提供三维的体积或表面显示。 2)基于二雏面探头的三维容积探头

三维容积探头是将一个二维超声探头和摆动机构封装在一起，操作者只要将此一体化探头指向所需探测的部位，系统就能自动采集三维数据。三维容积探头可以发射金字塔形体积声来对物体进行探测，获得实时的三维图像.

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