生物醫(yī)學(xué)工程相關(guān)試題.doc

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1、Df《生物醫(yī)學(xué)工程進(jìn)展》試題庫(kù)1.??試述組織光透明技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)成像的作用及應(yīng)用前景？作用：生物組織屬于渾濁介質(zhì)，具有高散射和低吸收的光學(xué)特性，這種高散射特性限制光在組織的穿透深度和成像的對(duì)比度，使得很多光學(xué)成像技術(shù)只能用于淺表組織，制約了光學(xué)手段檢測(cè)診斷及治療技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。生物組織光透明技術(shù)的作用就是通過(guò)向生物組織中引入高滲透、高折射、生物相容的化學(xué)試劑，來(lái)改變組織的光學(xué)特性，以此來(lái)暫時(shí)降低光在組織中的散射、提高光在組織中的穿透深度，從而提高光學(xué)成像的成像深度，推動(dòng)成像技術(shù)的發(fā)展和新方法的產(chǎn)生。前景：1、應(yīng)用骨組織使得骨組織變得光透明，進(jìn)而對(duì)骨組織下的組織成像，避免手術(shù)開(kāi)骨窗照成的

2、傷害，如應(yīng)用于顱骨，用得當(dāng)?shù)某上穹椒ǐ@得皮層神經(jīng)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)與微血管信息；2、解決皮膚角質(zhì)層的天然阻擋作用，促進(jìn)透皮給藥系統(tǒng)的研究和應(yīng)用；3、皮膚光透明劑的發(fā)展推動(dòng)光學(xué)相干斷層成像技術(shù)的發(fā)展；4、光透明劑使得光輻射能在生物組織達(dá)到一定深度之后，可以極大地推動(dòng)光學(xué)顯微成像、光學(xué)手段檢測(cè)診斷及治療技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。推進(jìn)無(wú)損光學(xué)成像技術(shù)在臨床上的發(fā)展。2.?請(qǐng)結(jié)合圖示，描述如何通過(guò)單分子定位的方法，實(shí)現(xiàn)超分辨光學(xué)顯微成像。要通過(guò)單分子定位實(shí)現(xiàn)超分辨光學(xué)顯微成像，首先需要利用光激活/光切換的熒光探針標(biāo)記感興趣的研究結(jié)構(gòu)。成像過(guò)程中，利用激光對(duì)高標(biāo)記密度的分子進(jìn)行隨機(jī)稀疏點(diǎn)亮，進(jìn)而進(jìn)行單分子熒光成像和

3、漂白；不斷重復(fù)這種分子被漂白、新的稀疏單分子不斷被點(diǎn)亮、熒光成像的過(guò)程，將原本空間上密集的熒光分子在時(shí)間上進(jìn)行充分的分離。隨后，利用單分子定位算法對(duì)采集到的單分子熒光圖像進(jìn)行定位，可以準(zhǔn)確得到分子發(fā)光中心位置；最后，利用這些分子位置信息，結(jié)合圖像重建算法，獲得最終的超分辨圖像。超分辨圖像質(zhì)量的關(guān)鍵在于二點(diǎn)：一是找到有效的方法控制發(fā)光分子的密度，使同一時(shí)間內(nèi)只有稀疏的熒光分子能夠發(fā)光；二是高精度地確定每個(gè)熒光分子的位置。以分辨兩個(gè)相距20nm的點(diǎn)光源為例。如下圖7,當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)光源相距20nm時(shí)，由于衍射極限（一個(gè)理想點(diǎn)物經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像，由于衍射的限制，不可能得到理想像點(diǎn)，而是得到一個(gè)艾里斑，這

4、樣每個(gè)物點(diǎn)的像就是一個(gè)彌散斑，兩個(gè)彌散斑靠近后就不好區(qū)分，這樣就限制了系統(tǒng)的分辨率，這個(gè)斑越大，分辨率越低）的限制，使得每一個(gè)點(diǎn)光源經(jīng)過(guò)顯微系統(tǒng)所成的像為一個(gè)光斑。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，假定光斑為一個(gè)半徑300nm的圓斑（實(shí)際情況下，光斑不是均勻分布的，而是滿(mǎn)足方程(1)）。則在熒光顯微鏡下，兩個(gè)點(diǎn)光源所成的像為圖7（a）所示。在這個(gè)時(shí)候，兩個(gè)點(diǎn)光源r1，r2由于半徑都在300nm，是無(wú)法區(qū)分的，幾乎重疊在一起。所以分辨率為300nm。但是如果第一時(shí)刻，只有r1光源發(fā)光，如圖7（b）所示，這時(shí)，r1是可以分辨的，我們可以對(duì)r1這個(gè)光源做中心定位，算出r1實(shí)際的位置如圖7（C）。此時(shí)相當(dāng)于排除了衍射

5、極限的限制，得到了點(diǎn)光源r1的較精確的位置，如圖7（d）。這時(shí)，設(shè)法使r1不再發(fā)光（進(jìn)入暗態(tài)），并使得r2光源發(fā)光，其發(fā)光所成的像為一個(gè)圓斑（與圖7（b）形狀相同，位置偏移了約20nm），這時(shí)點(diǎn)光源r2是可分辨的。我們?cè)儆猛瑯拥姆椒梢缘玫近c(diǎn)光源r2的位置，從而得到了以上兩個(gè)點(diǎn)的位置，如圖7（f）。這時(shí)兩個(gè)點(diǎn)就可以分辨出來(lái)。3.簡(jiǎn)述組織工程的原理，并舉例說(shuō)明在組織工程中運(yùn)用數(shù)字化制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。組織工程基本原理和方法：是將體外培養(yǎng)擴(kuò)增的正常組織細(xì)胞吸附于一種具有優(yōu)良細(xì)胞相容性并可被機(jī)體降解吸收的生物材料上形成復(fù)合物，然后將細(xì)胞——生物材料復(fù)合物植入人體組織、器官的病損部位，在作為細(xì)胞生長(zhǎng)支

6、架的生物材料逐漸被機(jī)體降解吸收的同時(shí)，細(xì)胞不斷增殖、分化，形成新的并且其形態(tài)、功能方面與相應(yīng)組織、器官一致的組織，從而達(dá)到修復(fù)創(chuàng)傷和重建功能的目的。組織工程主要包括兩方面內(nèi)容：（1）構(gòu)建具有良好組織相容性的生物學(xué)支架，以提供移植細(xì)胞定向生長(zhǎng)和器官修復(fù)的微環(huán)境。（2）將細(xì)胞在體外擴(kuò)增并使其在新生組織中進(jìn)行定向分化與生長(zhǎng)。例如快速原型（RP）技術(shù)：與傳統(tǒng)工藝相比，快速原型技術(shù)可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成，過(guò)程中無(wú)需人工參與，患者也可以在幾個(gè)小時(shí)后看到相應(yīng)的修復(fù)體的形態(tài)，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。另外，工程師利用CAD軟件可以很快設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品，而RP設(shè)備的快速性允許設(shè)計(jì)師在很短時(shí)間內(nèi)多次驗(yàn)證并修改其設(shè)計(jì)

7、，這樣就在設(shè)計(jì)過(guò)程中節(jié)約了時(shí)間和金錢(qián)從而實(shí)現(xiàn)高通量的“面向市場(chǎng)設(shè)計(jì)”。再者，運(yùn)用RP技術(shù)，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)特定病人的CT或MRI數(shù)據(jù)而非標(biāo)準(zhǔn)的解剖學(xué)幾何數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)并制作種植體，減少出錯(cuò)空間的同時(shí)，為患者提供了適合他本身解剖結(jié)構(gòu)的更好的手術(shù)，也為外科醫(yī)生縮短手術(shù)時(shí)間給予了有力的保證?？偟膩?lái)說(shuō)RP技術(shù)提高了診斷和手術(shù)水平，提高了效率，節(jié)省了金錢(qián)和時(shí)間。組織工程中運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)包括：快速、高效、高通量、更精密、低成本、可以