生物医学工程 思考题答案

定义: 生物医学工程是综合数学、物理、化学，以及工程中的理论、方法和技术，研究生物学、医学、行为科学以及人类健康的边缘、交叉性学科。

研究方向：致力于生物学、材料科学、过程控制、组织//器官移植、仪器科学和信息学中相关的创新性研究

2、生物医学工程涉及的主要技术有哪些？

生物技术、生物控制技术、医学影像技术、生物医学材料技术、计算机相关技术、生物医学测量与治疗技术

3、何为医学仪器？请画出医学仪器系统通用构成框图。

是指那些单纯或组合应用于人体的仪器，包括智能化仪器中的软件。

4、试谈医院信息系统（HIS）的组成、功能和发展趋势。你对医院的信息系统建设有何建议？

组成：医院管理信息系统和临床医疗信息系统 功能：

1．收集并永久存储医院所需全部数据

2．具有单项事务处理、综合事务处理和辅助决策功能 3．具备持续运行功能

4．具备支持系统开发和研究工作的必要软件和数据库 5．具有可扩展性

发展趋势：管理信息系统——临床医疗信息系统——区域医疗信息网络 你对HIS的建议：（1）在医院物资管理中，减少资金占用，保证供应 （2）为医院管理人员提供管理和决策信息，及时调整各种人员和物资安排 （3）加速培养高水平医务人员

5、浅谈我国医院信息系统的现状，并简述医院信息系统建设的意义。

现状：1. 成绩：􀏑展的大环境已经形成􀄧型医院投巨资开发􀌻院信息化人才队伍逐步形成􀌻院信息系统的应用基本取得成功􀀇准化工作得到重视。2. 问题：标准化问题、发展不平衡、法律不完善、医院内部因素

意义：现代信息技术正在使人类的生活方式发生革命性变化，医院信息化是现代社会发展的必然趋势，推进医院信息系统建设才能使医院赶上时代潮流；随着医学科技快速发展和医疗设备不断更新，医院管理更加复杂，对医院管理的科学性要求越来越高，医院信息化建设正是走“优质、高效、低耗”发展道路的最有效手段，因而加快信息化建设步伐是现代医院管理的发展要求；国家医疗体制和医疗保险制度改革政策与措施的推行，对医院运行模式与管理提出了新的要求，医院必须采用信息化手段才能满足对改革的要求，这是历史的必然和新的发展机遇。医院信息化建设是医疗保险制度发展与卫生改革的必然要求。

6、简述医院信息系统的定义及特点。国内医院信息系统目前所面临的主要问题。

定义：是指利用计算机软硬件技术、网络通讯技术等现代化手段，在医院及其所属各部门对人流、物流、财流进行综合管理，对在医疗活动各阶段中产生的数据进行采集、存贮、处理、提取、传输、汇总、加工生成各种信息，从而为医院的整体运行提供全面的、自动化的管理及各种服务的信息系统。医院信息系统是现代化医院建设中不可缺少的基础设施与支撑环境。

特点：主要是以信息标准化和数据库技术为基础，以临床应用为核心，以医疗质量控制和提高工作效率为目的，建立人、财、物、业务等方面的基本信息库，构建业务、管理和决策三个层次的系统功能，覆盖医院管理的各个部门及患者在诊疗中的各个环节，满足医院日益增长的信息需求，并为医院提供全方位的信息服务。

问题：标准化问题、发展不平衡、法律不完善、医院内部因素

7、简述医院信息系统的总体规划（一般格式）。 答：《一》建设目标1、总体目标 2、建设的基本原则 3、分解子目

《二》实现目标的必要条件1、计算机设备配备2、经费投入 3、流程再造4、人员素

质要求5、主要规章制度调整 6、工作协调

《三》可行性分析和评估1、经济可行性2、管理工作可行性3、学科建设与医院长远发展4、信息系统软件的选择5、风险分析

《四》实施计划：第一年 第二年 第三年… 《五》保障措施

8、简述PACS系统基本组成。

答：图像存档与通信系统简称ＰＡＣＳ。PACS系统在物理结构上采用各种网络将不同类型的计算机连接起来，包括医学成像设备、图像采集计算机、PACS控制器(包括数据库和存档管理)、以及图像显示工作站。

9、何为远程医疗？它由哪几部分组成？关键技术是什么？与常规医疗有何优点？

答：远程医疗是指通过计算机技术、通信技术与多媒体技术，同医疗技术相结合，旨在提高诊断与医疗水平、降低医疗开支、满足广大人民群众保健需求的一项全新的医疗服务。（百度答案）

三个组成：用户终端，医疗会诊和联系中心与通信信息网络

关键技术：计算机处理技术、数字技术、图像技术、图像无损压缩和解压技术、高分辨率医学影像采集技术、大容量存储技术、远程网络通信技术等

优点：1、在恰当的场所和家庭医疗保健中使用远程医疗可以极大地降低运送病人的时间和成本。

2、可以良好地管理和分配偏远地区的紧急医疗服务，这可以通过将照片传送到关键的医务中心来实现。

3、可以使医生突破地理范围的限制，共享病人的病历和诊断照片，从而有利于临床研究的发展。

4、可以为偏远地区的医务人员提供更好的医学教育。

10、何为生物医学信号处理？试举一例说明临床上的应用。

答：根据生物医学信号特点，应用信息科学的基本理论和方法，研究如何从被干扰和噪声淹没的观察记录中提取各种生物医学信号中所携带的信息，并对它们进步分析、解释和分类。 临床上的应用：心血管系统电信号处理

11、试比较A、M、B超成像的异同点，并举例说明它们的临床应用。

答：与Ａ型超声一样，Ｍ型超声是由单晶片发射，单声束进入人体，因而只能获得一条线上的回波信息。较之Ｂ型超声所获得的一个切面的信息量要少得多。当然，Ａ型超声能准确地显示人体组织内各部位间的距离，而Ｍ型超声则可看出各部位间在一定时间内相互的位移关系，即心动状态。

Ｂ型超声，为辉度调制型，其原理与Ａ型不同点有三：

⒈它将回声脉冲电信号放大后送到显示器的阴极，使显示的亮度随信号的大小而变化(辉度调制）；

⒉Ｂ型超声发射的声束必须进行扫查，加在显示器垂直方向的时基扫描与声束同步，以构成一幅二维切面声像；

⒊医生根据声像所得之人体信息诊断疾病，而不是象Ａ型超声那样根据波型所反映的人体信息诊病。

临床应用：Ａ超应用：临床上常用此法测定组织界面的距离、脏器的径

线，探测肝、胆、脾、肾、子宫等脏器的大小和病变范围，也用于眼及颅脑疾病的探查。Ｂ超应用：妇产科方面（如确诊早孕，流产的诊断）。Ｂ超应用：主要用于心脏及大血管检查

12、试述放射性核素显像（RNI）的技术特点。什么是核素示踪技术？它有哪些优点？

技术特点：功能性显像；检测灵敏度高；获取定性、定量、定位的生物体内物质动态变化规律；方便安全

核素示踪技术：以放射性核素或其标记化合物作为示踪剂，应用射线探测方法来检测它的行踪，研究示踪剂在生物体系或外界环境中的运动规律。

优点： 1、灵敏度高 2、测量方法简便3、准确可靠 4、应用广泛 13、试简述γ照相机的结构组成和工作原理。 γ照相机构造原理：

工作原理：核医学仪器基本部件都由两部分组成：一是放射性探测器（简称探头），其功能是将辐射能转变为电信号；二是电子测量仪器，它将探测器输入的电信号通过电子线路接收、分析和记录和经计算机处理显示出来。

-闪烁探测器是目前核医学中最常用的探测器，由碘化钠晶体、光电倍增管和前置放大器组成。

14、何为SPECT？PET？试简述PET的工作原理及临床应用。 SPECT:单光子发射式计算机断层仪

PET:正电子发射式计算机断层仪

工作原理：一些短寿命的物质，在衰变过程中释放出正电子，一个正电子在行进十分之几毫米到几毫米后遇到一个电子后发生湮灭，从而产生方向相反（180度）的一对能量为511KeV的光子（based on pair production）。这对光子，通过高度灵敏的照相机捕捉，并经计算机进行散射和随机信息的校正。经过对不同的正电子进行相同的分析处理，我们可以得到在生物体内聚集情况的三维图像。

临床应用：1肿瘤病人 2恶性肿瘤病是否发生了转移3神经系统疾病和精神病患者 4心血管疾病患者

15、何为 X-CT、CT值、窗口技术、窗宽、窗位。请举例说明。

X-CT是运用一定的物理技术，以测定X射线在人体的衰减系数为基础，采用一定数学方法，经电子计算机处理。求解出衰减系数值在人体某剖面上的二维分布矩阵，再应用电子技术把二维分布矩阵转变成为图像画面上的灰度分布，从而实现建立断层图像的现代医学成像技术。

CT值：CT影像中每个像素所对应的物质X射线线性平均衰减量大小的表示 CT=1000（μ- μω）/ μω 单位：亨（H）

μω---水的衰减系数

窗口技术：指CT机放大某段范围内灰度的技术。 窗宽：放大或增强的灰度范围上下之差

窗位（窗水平）：放大或增强的灰度范围的灰度中心值

16、何为DSA？简述时间减影的工作原理。举一临床应用。P245 DSA:血管数字减影

时间减影的工作原理：将血管造影图象先后在影像增强器中和电视系统上影象所产生的信

号进行数字转换, 并分别存贮在计算机的7 个存贮器中。造影前的影像称为蒙片图像, 造影后的影像称造影图像,然后使计算机从造影后的数据中减去造影前的数据,剩下的数据通过数字—模拟转换使造影图像显示出来。这个显示的图像就是经过蒙片图像减影后剩下的血管影像。第二步是使图像对比增强。因为减影后影像对比度弱, 必须按实时的方法进行反复递增, 使影像成为清晰的图像。由于两个图像是在不同的时间获得的, 故称为时间减影。 临床应用：

DSA对主要的颅内动脉及静脉都能清晰显示。对颅内肿瘤IADSA 观察肿瘤染色比常规脑血管造影显示率高, 观察静脉窦的狭窄或梗阻亦较常规脑血管造影更为优越。DSA 可以对伴有痉挛的动脉瘤的数量\\大小进行评价。IVDSA对动静脉崎形容易做出诊断,,其检出率为100%,其灵敏性和特异性似乎较CT优越。颈总动脉分叉部的病变, 在左前或右前斜70。位置上, 可以清楚显示。很多人报告,DSA可清楚地显示颈部之颈动脉及推动脉的动脉瘤、血管狭窄、闭塞、粥样硬化溃疡等, 其分辨力完全能和传统的血管造影相媲美。

17、简述磁共振成像设备的基本结构。 一、磁体系统：

主磁体(B0)：产生静磁场,使组织磁化(MZ) 常导型、永磁型、超导型 梯度系统(GZ GY GX ) ：用于信号的空间定位

射频系统(RF)：使质子产生共振,同时又接受质子弛豫时释放的信号

二、谱仪系统： 梯度场、射频脉冲的发生和控制、MR信号的接受和控制 （梯度放大器、脉冲发生器、相位检波器） 三、主计算机和图象处理、显示储存系统：

大容量的计算机和高分辨的模—数（A/D）转换器，完成数据采集、处理，图象重建、图象显示和存储。

18、试说明 ECT、X-CT与NMI成像的区别。P266

19、典型的生物电信号有哪些？简述生物电产生的机制。 典型的生物信号 生物电参数 心电图(ECG) 脑电图(EEG) 肌电图(EMG) 眼电图(EOG) 胃电图(EGG) 皮肤电阻抗(GSR) 生物电产生的机制： 正常值 0.5~4 mV 5~300 µV 0.1~5 mV 50~350 µV 10~1000 µV 0.5~500 MΩ 频率/Hz 0.1~100 dc~50 20~8000 0.2~15 dc~1 0.1~150 1、细胞膜——磷脂双分子层

2、静息电位

细胞静息状态下存在于细胞膜内外两侧的电位差。（内负外正） a.静息时，细胞内的K+浓度远高于细胞外。 b.静息状态时，细胞膜主要对有通透性。

c.因此，胞内的K+顺浓度梯度扩散到细胞外，形成电位差。

当跨膜的浓度差（驱动K+外流）和电位差（阻止K+外流）达到平衡时，膜内外电位差就稳定在某一水平。 3、动作电位

细胞接受刺激后，膜电位在原有静息电位基础上出现迅速的倒转和恢复的电位波动。 a.静息 b.去极化 c.复极化 d.后电位：负后电位 正后电位 4、 去极相:

在受到刺激时出现了膜对Na+通透性的突然增大 5、 复极相：

a) Na+ 通透性的消失，并伴随出现电压门控性K+ 通道的开放 6、 后电位：

a) Na+ - K+泵将Na+ 、 K+分布复原，保持细胞的兴奋性。

20、何为电阻抗断层成像？试探讨其发展前景。

电阻抗断层成像：

利用生物阻抗检测技术给出人体组织与器官阻抗的断层图像，也叫阻抗CT。

 不使用射线或核素，无毒无害，操作方便，可多次测量，是一种廉价的无损伤医学

图像检测技术。

 与现有的CT、MRI、超声等成像技术紧密结合，互为补充，应用于疾病的早期诊断、

康复和愈后。  实现医学图像监护。可以对病人进行长时间、连续监护而不会给病人造成损伤或带

来不适。  EIT是一种新型的图像重建技术，在医学中的研究是在最近三十年才发展起来的。  缺点：分辨率较低。

 国外主要研究有效提高重建图像的空间分辨率和减小计算量。国内开展工作较晚。  EIT还处于实验室研究阶段，但是应用前景广阔，已成为当今生物医学工程学重大

研究课题之一。 前景：（找不到）

21、比较说明脑磁图和脑电图的原理、相互关系和各自的特点。 1、 脑电图：

定义：a、临床上用双极或单极记录方法在头皮上观察大脑皮层的电位变化，记录到的脑电波。

b、主要用于颅内器质性病变（如癫痫、脑炎、脑血管疾病或颅内占位性病变等）的检查。 C、对脑部疾病有一定的诊断依据，但多数情况下不能作为诊断的唯一依据。

2、脑磁图是脑神经细胞的生物电流产生的磁场，在头部表面的检测结果。测量的是体内神经电流源引发的瞬间磁场。

特点：1、不受组织电阻的影响；2、无损伤；3、对脑内兴奋部位推断有独特性

相互关系：

脑磁图(MEG)和脑电图(EEG)可以分析1 ms甚至更短时间的神经生理学数据，这种特殊性是其它神经影像技术所不能替代的。虽然EEG和MEG都来自相同的神经生理学过程，但是它们却存在着很大的差异，表现在：①磁场较少受到颅骨和头皮的衰减，理论上MEG具有更好的空间分辨率；② 电场与磁场导向互相垂直，通常高敏感性的方向彼此垂直交叉；③头皮EEG对球形容积导体电流源的切线和射线成分敏感，而神经磁场仪仅能识别它的切线成分；④ 头皮EEG对突触后电位产生的细胞外容积电流敏感，MEG 主要识别与这些突触关联的细胞内电流；⑤与场发生源的距离导致磁场的衰减要比电场更加显著。因此，MEG 对皮层表面的活动更加敏感；⑥ 与EEG比较，MEG无须参考电极。

22、举例说出几种生物材料的名称及其用途。

a. 硬组织相容性材料：主要用于生物机体的关节牙齿及其他组织

b. 软组织相容性材料：主要用于人工皮肤、人工气管、人工食道等

c. 血液相容性材料：主要用于人工血管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用吸附剂、细胞培养基材等

d. 生物降解材料：主要用于吸收型缝合线、药物载体、愈合材料、粘合剂以及组织缺损用

修复材料

23、何为人工器官，人工器官有哪些?

定义：人工器官主要研究模拟人体器官的结构和功能，用人工材料和电子技术制成部分或全部替代人体自然器官功能的机械装置和电子装置。当人体器官病损而用常规方法不能医治时，有可能给病人使用一个人工制造的器官来取代或部分取代病损的自然器官，补偿或修复或辅助其功能

（1）支持运动功能的人工器官，如人工关节、人工脊椎、人工骨、人工肌腱、肌电控制人工假肢等。

（2）血液循环功能的人工器官，如人工心脏及其辅助循环装置、人工心脏瓣膜、人工血管、人工血液等。

（3）呼吸功能的人工器官，如人工肺（人工心肺机）、人工气管、人工喉等。 （4）血液净化功能的人工器官，如人工肾（血液透析机）、人工肺等。 （5）消化功能的人工器官，如人工食管、人工胆管、人工肠等。 （6）排尿功能的人工器官，如人工膀胱、人工输尿管、人工尿道等。 （7）内分泌功能的人工器官，如人工胰、人工胰岛细胞。

（8）生殖功能的人工器官，如人工子宫、人工输卵管、人工睾丸等。 （9）神经传导功能的人工器官，如心脏起搏器、膈起搏器等。

（10）感觉功能的人工器官，如人工视觉、人工听觉（人工耳蜗）、人工晶体、人工角膜、人工听骨、人工鼻等。

（11）其他类，人工硬脊膜、人工皮肤等。

24、什么是全人工心脏，全人工心脏能否作永久植入？

定义：人工心脏是利用机械的方法把血液输送到全身各器官以代替心脏的功能的装置。人工心脏可分为暂时性，即部分取代心脏的辅助性人工心脏；长期性，即取代整个心脏的全人工心脏。

不能。人造心脏本体取代患者心脏的左右心室，微型锂电池和控制系统将植入患者的腹腔，外接电池组不植入人体，而是通过安装在腹部表皮下的插座向植入的微型锂电池充电。锂

电池能量耗尽的时候由外挂电池组充电

25、何为肢体导联、胸壁导联和12导联？

肢体导联：3个标准导联与3个加压单极肢体导联，记录的是额面心电图。

胸壁导联：为了探测心脏某一局部区域电位变化，将探测电极放在靠近心脏的胸壁上，参考电极置于威尔逊中心端，探查电极所在部位电位变化即为内脏局部电位变化。 12导联：

26、心电仪器的放大电路是由哪几部分组成？它是怎样实现安全测量的？

组成：前置放大、隔离电路、高通滤波、补偿放大、50hz电波、低通滤波、后级放大

采用隔离放大器实现安全测量，隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某些测控系统中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号，并能实现安全测量的目的。

27、人体脑电波有哪几类？与心电测量相比，脑电测量有什么不同之处？

α波、β波、θ波、δ波

不同之处：

1）脑电信号的幅度比标准心电信号低两个数量级，因此要求它的放大增益要高得多。 2）由于信号太微弱，要求脑电放大器具有比心电图放大器更高的共模抑制比。 3）要求更高的信噪比。

4）对电极也有更严格的要求

5）由于脑电电极比心电电极小得多，因此它具有较高的信号源阻抗。 6）要求有良好的信号屏蔽

28、简述血压直接测量方法，及其优缺点。 血压直接测量方法：采用一个导管经过上皮插入欲测部位或者心脏内，压力传感器可放

置在导管的顶端直接测出端部所在点的血压值

优点：测量值准确、定点明确，连续测量。 缺点：有创测量

29、血压间接测量的有哪几种？选择其中一种方法，描述其原理。

柯氏音法、测振法、超声法

超声法测量原理是利用超声波对血流和血管壁运动的多普勒效应来检测收缩压，采用两个超声波传感器，一个用于发射，一个用于接收。

30、何为心音，新型心音检测仪的构成原理和特点是什么？

心音：瓣膜关闭和血流撞击心室壁引起的振动所产生的声音，可在胸壁一定部位用听诊

器听取。

原理：心音传感器——信号预处理——A/D转换电路——单片机或微型计算机 特点：1）由传统的模拟技术转向数字技术

2）在心音信号的获取、处理、存储、分析中广泛使用计算机

3）结合人工智能技术进行计算机辅助人工分析 4）心音信号遥测技术

31、何为心脏除颤器，说明其分类和主要性能指标。

心脏除颤器：又称电复律机，是一种能将脉冲电流输入到心脏，以消除心脏颤动，使之恢复窦性心律的近代医疗电子仪器。 分类：

（一）按是否与R波同步来分

1、非同步型除颤器。除颤时与患者自身的R波不同步

2、同步型除颤器。除颤时与患者自身的R波同步，使电击脉冲刚好落在R波的下降沿，这样使电击脉冲不会落在易激期，从而避免心室纤颤。 （二）按电极板放置的位置来分

1、体内除颤器。这种除颤器是将电极放置在胸内直接接触心肌进行除颤的。 2、体外除颤器。是将电极放在胸外，间接接触心肌除颤。目前临床使用的除颤器大都属于这一类型。

主要性能指标：

1、最大储能值2、释放电能量3、释放效率4、最大储能时间5、最大释放电压

32、以R波抑制性心脏起搏器为例，简述其基本结构和原理。

原理：当心脏自搏心率超过起搏器的速率时，起搏器被抑制而停止发放刺激脉冲；当心脏自搏心率低于起搏速率时，起搏器输出脉冲刺激心脏起搏。 R波抑制型的一般结构框图:

33、人工肾的原理和基本结构。 人工肾是应用膜分离技术原理，用半透膜将引出人体外的血液与专门配制的透析液隔开。由于血液和透析液所含溶质浓度的不同，及其所形成的渗透浓度差，使包含代谢产物的溶质（如尿素、肌肝、尿酸，以及废物硫酸盐、酚和过剩离子Na+、K+、Cl－），在浓度梯度的驱动下，从浓度高的血液一侧，通过半透膜向浓度低的透析液一侧移动（称为弥散作用）；而水分则从渗透浓度低的一侧向浓度高的一侧转移（称为渗透作用），最终实现动态平衡，达到清除人体代谢废物和纠正水、电解质和酸碱平衡的治疗目的。

人工肾原理：

需从病人动脉将血液引流出来，在人工肾经过透析后再从静脉输入病人体内。

核心部分是一种用高分子材料（称为膜材料）制成的透析器。这种膜材料具有半通透特性，可代替肾小球以实现其毛细血管壁的滤过功能，达到血液净化的目的。当今世界上有300多种产品的人工肾，所用透析膜材料有30多种。

透析型人工肾由三部分组成：血液净化系统（透析器）、透析液供给系统和自动控制系统。

34、说明ICU的监护项目和系统组成。

系统有两大类：一是分散监护系统，另一类是集中监护系统。

监护项目：ICU（Intensive Care Unit）重症监护单元。由受到专门训练的医护人员，利用先进的监护设备和急救措施对各种重症患者及并发症进行连续不间断和全面的监护和治疗的单位。

系统：最重要和核心的设备就是多参数监护仪。 床边监护仪 中心监护系统

35、现代监护系统的发展趋势是什么？ 5.5 监护系统的发展方向p200

1.小型化2.综合化3.模块化4.专业化5.智能化6.家庭化7.网络化

36、什么叫智能Holter？该系统主要由哪几部分组成？其优缺点有哪些 ? Holter系统已成为冠心病早期诊断的有力工具，各国已经研制了近百种产品。 Holter系统组成：随身携带的记录装置、设置在医院内的中心站

DCG的优缺点

优点：可长时间检测患者在日常工作、生活状态下心脏生理病变情况，尤其对各类偶发性、一过性和隐形心律失常，及无痛性心肌局部缺血的检测十分有效。

缺点：

1）各种干扰。①工频干扰，②基线漂移，③电极接触噪声，④电极极化，⑤运动伪迹，⑥肌电干扰，⑦电路内部噪声。

2）导联较少，发病部位记录不能十分准确