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1、Df《生物醫(yī)學工程進展》試題庫1.??試述組織光透明技術在生物醫(yī)學成像的作用及應用前景？作用：生物組織屬于渾濁介質，具有高散射和低吸收的光學特性，這種高散射特性限制光在組織的穿透深度和成像的對比度，使得很多光學成像技術只能用于淺表組織，制約了光學手段檢測診斷及治療技術的發(fā)展和應用。生物組織光透明技術的作用就是通過向生物組織中引入高滲透、高折射、生物相容的化學試劑，來改變組織的光學特性，以此來暫時降低光在組織中的散射、提高光在組織中的穿透深度，從而提高光學成像的成像深度，推動成像技術的發(fā)展和新方法的產生。前景：1、應用骨組織使得骨組織變得光透明，進而對骨組織下的組織成像，避免手術開骨窗照成的
2、傷害，如應用于顱骨，用得當的成像方法獲得皮層神經亞細胞結構與微血管信息；2、解決皮膚角質層的天然阻擋作用，促進透皮給藥系統(tǒng)的研究和應用；3、皮膚光透明劑的發(fā)展推動光學相干斷層成像技術的發(fā)展；4、光透明劑使得光輻射能在生物組織達到一定深度之后，可以極大地推動光學顯微成像、光學手段檢測診斷及治療技術的發(fā)展和應用。推進無損光學成像技術在臨床上的發(fā)展。2.?請結合圖示，描述如何通過單分子定位的方法，實現(xiàn)超分辨光學顯微成像。要通過單分子定位實現(xiàn)超分辨光學顯微成像，首先需要利用光激活/光切換的熒光探針標記感興趣的研究結構。成像過程中，利用激光對高標記密度的分子進行隨機稀疏點亮，進而進行單分子熒光成像和
3、漂白；不斷重復這種分子被漂白、新的稀疏單分子不斷被點亮、熒光成像的過程，將原本空間上密集的熒光分子在時間上進行充分的分離。隨后，利用單分子定位算法對采集到的單分子熒光圖像進行定位，可以準確得到分子發(fā)光中心位置；最后，利用這些分子位置信息，結合圖像重建算法，獲得最終的超分辨圖像。超分辨圖像質量的關鍵在于二點：一是找到有效的方法控制發(fā)光分子的密度，使同一時間內只有稀疏的熒光分子能夠發(fā)光；二是高精度地確定每個熒光分子的位置。以分辨兩個相距20nm的點光源為例。如下圖7,當兩個點光源相距20nm時，由于衍射極限（一個理想點物經光學系統(tǒng)成像，由于衍射的限制，不可能得到理想像點，而是得到一個艾里斑，這
4、樣每個物點的像就是一個彌散斑，兩個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，這個斑越大，分辨率越低）的限制，使得每一個點光源經過顯微系統(tǒng)所成的像為一個光斑。為了簡化起見，假定光斑為一個半徑300nm的圓斑（實際情況下，光斑不是均勻分布的，而是滿足方程(1)）。則在熒光顯微鏡下，兩個點光源所成的像為圖7（a）所示。在這個時候，兩個點光源r1，r2由于半徑都在300nm，是無法區(qū)分的，幾乎重疊在一起。所以分辨率為300nm。但是如果第一時刻，只有r1光源發(fā)光，如圖7（b）所示，這時，r1是可以分辨的，我們可以對r1這個光源做中心定位，算出r1實際的位置如圖7（C）。此時相當于排除了衍射
5、極限的限制，得到了點光源r1的較精確的位置，如圖7（d）。這時，設法使r1不再發(fā)光（進入暗態(tài)），并使得r2光源發(fā)光，其發(fā)光所成的像為一個圓斑（與圖7（b）形狀相同，位置偏移了約20nm），這時點光源r2是可分辨的。我們再用同樣的方法可以得到點光源r2的位置，從而得到了以上兩個點的位置，如圖7（f）。這時兩個點就可以分辨出來。3.簡述組織工程的原理，并舉例說明在組織工程中運用數字化制造技術的優(yōu)勢。組織工程基本原理和方法：是將體外培養(yǎng)擴增的正常組織細胞吸附于一種具有優(yōu)良細胞相容性并可被機體降解吸收的生物材料上形成復合物，然后將細胞——生物材料復合物植入人體組織、器官的病損部位，在作為細胞生長支
6、架的生物材料逐漸被機體降解吸收的同時，細胞不斷增殖、分化，形成新的并且其形態(tài)、功能方面與相應組織、器官一致的組織，從而達到修復創(chuàng)傷和重建功能的目的。組織工程主要包括兩方面內容：（1）構建具有良好組織相容性的生物學支架，以提供移植細胞定向生長和器官修復的微環(huán)境。（2）將細胞在體外擴增并使其在新生組織中進行定向分化與生長。例如快速原型（RP）技術：與傳統(tǒng)工藝相比，快速原型技術可以在較短的時間內完成，過程中無需人工參與，患者也可以在幾個小時后看到相應的修復體的形態(tài)，節(jié)省了時間，提高了效率。另外，工程師利用CAD軟件可以很快設計一個產品，而RP設備的快速性允許設計師在很短時間內多次驗證并修改其設計
7、，這樣就在設計過程中節(jié)約了時間和金錢從而實現(xiàn)高通量的“面向市場設計”。再者，運用RP技術，設計師可以根據特定病人的CT或MRI數據而非標準的解剖學幾何數據來設計并制作種植體，減少出錯空間的同時，為患者提供了適合他本身解剖結構的更好的手術，也為外科醫(yī)生縮短手術時間給予了有力的保證。總的來說RP技術提高了診斷和手術水平，提高了效率，節(jié)省了金錢和時間。組織工程中運用數字化技術的優(yōu)勢包括：快速、高效、高通量、更精密、低成本、可以
