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医学仪器原理及设计试题库(2016)
一、简答题
第一章
1、简述医疗器械的定义。
指那些单独或组合应用于人体的仪器、设备、器具、材料或其它物品，包括所需要的软件；

2、简述生物医学信号的基本特征。
不稳定性 非线性 概率性

3、简述医疗仪器的特殊性。
噪声特性、个体差异与系统性、生理机能的自然性、接触界面的多样性
操作与安全性

4、画出医学电子仪器的结构框图，简述各组成部分的作用
（1）被测量（被测对象） ：需要医学仪器测量的人体的物理量、化学量、特性和状态等。
（2）传感器：传感器是将一种能量转换成另一种能量的器件。
（3）生物信息的处理 ：为了从检测到的信号中获得更多的有用信息，同时使信息的特征更明确、更准确、更直观
（4）生物信息的记录与显示系统：记录显示，供人可直接观察

5、简述医学仪器的主要技术指标。
准确度：衡量仪器测量系统误差的一个尺度
精密度：指仪器对测量结果区分程度的一种度量
输入阻抗：外加稳态作用力输入变量X1 （如电压、力、压强等）与相应稳态流速输入变量X2 （如电流、速度、流量等）之比为仪器的输入阻抗。
灵敏度：指输出变化量与引起它变化的输入变化量之比。
频率响应：仪器保持线性输出时，允许其输入频率变化的范围，它是衡量系统增益随频率变化的一个尺度
信噪比：定义为信号功率PS与噪声功率PN之比
零点漂移：仪器的输入量在恒定不变（或无输入信号）和恒定条件下，输出量偏离原来起始值而上、下漂动、缓慢变化的现象
共摸抑制比：放大差模信号和抑制共模信号的能力为共模抑制比
6、简述医学仪器的设计步骤。
（1）建立生理模型（2）系统设计（3）试验样机设计（4）动物实验研究
（5）临床试验（6）医疗仪器新产品的审批和注册
第二章
1、简述干扰耦合的途径。
（1）传导耦合：经导线传播将干扰引入测试系统称为传导耦合
（2）经公共阻抗耦合：在测试系统内部各单元电路之间、或者两种测试系统之间存在公共阻抗，由电流流经公共阻抗形成压降造成干扰
（3）电场和磁场耦合
（4）近场感应耦合：电容性耦合与电感性耦合

2、简述干扰形成的三个条件。
干扰源、耦合通道、敏感电路

3、简述电磁兼容性设计原则。
抑制来自外部的干扰和抑制系统本身对外界其他设备的干扰

4、生物电信号测量系统对来自测量系统之外的干扰十分敏感，简述其原因。

5、简述减少电感性耦合的基本措施。
（1）远离干扰源，削弱干扰源的影响
（2）采用绞合线的走线方式：每个绞合结的微小面积所引起的感应电压大体相等，但由于相邻绞合结的方向相反，使局部的感应电压相互抵消
（3）尽量减小耦合通路，即减小面积A和cosq值

6、简述减少电容性耦合的基本措施。
接地良好的优质屏蔽线

7、简述噪声的一般性质。
均方值表示噪声的强度，概率密度表示噪声在幅度域中的分布密度，功率谱密度表示在频域中的特性。

8、简述生物医学测量系统中噪声的主要类型。
（1）1/f噪声（低频噪声）：
（2）热噪声： ，
（3）散粒噪声：

9、带宽加倍，对于白噪声来说其噪声功率如何变化？粉红色噪声又将如何？

10、噪声系数的定义，多级放大器的总噪声系数如何计算？

第三章
1、对生物电前置放大器的有哪些基本要求？
高输入阻抗；高共模抑制比；低噪声、低漂移；设置保护电路

2、简述三运放差动放大器元器件选择的一般原则。
通过测量，确定共模抑制比严格对称的A1、A2（通常相差不应超过0.5dB）和高共模抑制比参数的A3（通常大100dB）

3、简述选用集成仪用运算放大器要考虑的主要技术参数？
输入阻抗、共模抑制比、偏置电流、输入失调电压、输入噪声

4、简述浮地概念。
利用诸如电磁耦合或光电耦合等隔离技术，信号从浮地部分传递到接地部分，两部分之间没有电路上的直接联系

5、生物电测量中采用隔离级设计的主要目的是什么？实现电气隔离一般有哪两种方法？
（1）目的：保障从身安全，消除电源、地线干扰。
（2）方法：电磁耦合；光电耦合。

6、画出电磁耦合的原理框图，简述其工作原理。

工作原理：通过调制电路，把低频信号调制在高频载波上，经过变压器耦合，再解调，恢复生物信号。主要由于变压器不传递低频、直流信号。
7、屏蔽驱动电路的主要作用是什么？并分析该电路是如何实现其功能的。
（1）作用是使引线屏蔽层分布电容的两端电压保持相等
（2）
第四章
1、 电极的主要功能是什么？
电极除了必须具有传导电流的能力外，主要的功能是完成一个换能的作用，因为电流在体内是靠离子传导的，而在电极和导线中则是靠电子传导的。因此电极必须起换能器的作用，将离子电流转换成电子电流。
2、 画出电极/电解液界面等效电路，简述各元件的意义。
在电流密度很小时，电极与电解液界面可用如图的等效电路表示。
Ehc ——半电池电位
Cd ——代表电极与电解液界面双电层所表现的电容性
Rd ——代表双电层的泄漏电阻
Rs ——表示电解液电阻

3、 简述电极极化的概念，各列出一种极化电极和不极化电极。
在有电流通过电极/溶液界面时，电极电位便从平衡电极电位E（0）变为一个新的、与电流密度有关的电极电位E（i），将电极在有电流通过时的电极电位与它没有电流通过时的平衡电极电位发生偏离的现象称为极化现象。
极化电极：惰性金属。不极化电极：银/氯化银（Ag/AgCl）电极、甘汞电极。
4、 列出心电图的标准十二导联并说明它们分别是如何形成的。

5、 威尔逊中心电端是怎样形成的？画出威尔逊网络（可不标明电阻值）。
将左上肢、右上肢和左下肢的三个电位各通过相等的电阻连接到一点，其电位始终稳定，接近于零。

6、 列出心电图机的主要性能指标。
输入阻抗，灵敏度 ，噪声 ，时间常数，线性误差 ，共模抑制比 ，阻尼 ，频率响应 ，走纸速度 ，绝缘性 。

7、 画出普通心电图机的原理框图

8、 简述心电图机前置级的保护措施。

9、什么是可兴奋细胞的静息电位和动作电位？它们的形成机理。
单个可兴奋细胞的内在环境和周围环境之间保持着稳定的电位差，称为静息电位。
由于细胞内外离子浓度不同，存在通过细胞膜的扩散梯度，在静息状态下，钾离子的通透性高，主要是钾离子沿扩散梯度移动，其方向是由细胞内移向细胞外。由此形成膜电位差。
当可兴奋细胞的膜上某点受适度刺激时，由激动所产生的跨膜电位，称为跨膜动作电位，简称动作电位。
当可兴奋细胞的膜上某点受适度刺激时，受刺激处的细胞膜对Na+ 的通透性突然升高，因此细胞外液中的大量Na+渗入到细胞内，使细胞内Na+ 大量增加，细胞内电位由-90毫伏突然升高到+20～+30毫伏（跨膜电位逆转）。
10、 体表电极运动伪差产生的原因和减少运动伪差的方法。
当一个可极化电极与电解质溶液接触时，在界面上便形成双电层，如果电极相对于电解液运动，则会搅乱界面处的电荷分布，使半电池电位产生瞬间变化。
一是尽量保持放置电极的局部皮肤不变形，使电极/导电膏/皮肤接界稳定；二是对皮肤进行充分打磨，以减少皮肤阻抗中的表皮阻抗部分。
11、 正常心电波一般包含哪几个波形？各波形的意义？
P波:由心房的激动所产生，前一半主要由右心房所产生，后一半主要由左心房所产生。正常P波的宽度不超过0.11s，最高幅度不超过2.5mm。
QRS波群:反映左、右心室的电激动过程，称QRS波群的宽度为QRS时限，代表全部心室肌激动过程所需要的时间，正常人最高不超过0.10s。
T波:代表心室激动后复原时所产生的电位影响。在R波为主的心电图上，T波不应低于R波的1/10。
U波:位于T波之后，可能是反映心肌激动后电位与时间的变化，人们对它的认识仍在探讨之中。
12、 心电图机的输入部分一般包括哪些部件和电路？
电极，滤波保护电路，导联选择器。
13、 心电图机的放大部分一般包括哪些电路？
前置放大器，隔离电路，驱动放大器（1mv定标）
14、 根据频率和振幅的不同一般将脑电波分为哪四种波？
根据频率与振幅的不同将脑电信号分为α波、β波、 θ波和δ波。
15、 什么是诱发电位？其基本特征是什么？
诱发电位 (evoked potential，EP)是指对感觉器官施加适宜刺激，在中枢神经系统 (包括部分周围神经结构)相应部位 (头皮或身体其他部位)安放检测电极检测出的该刺激所激发的电活动。基本特征是与刺激存在明显的锁时关系，重复刺激时波形与幅度基本相同，而自发脑电却无极性亦不规律，呈现杂乱的电位变化。
16、 按刺激类型的不同，目前诱发电位分为哪三种？
①躯体感觉诱发电位 (SSEP):以微弱电流刺激被试者肢体或指 (趾)端所引起的诱发电位。
②听觉诱发电位(AEP):以各种音响刺激、多为短声刺激所引起的诱发电位。
③视觉诱发电位 (VEP):以闪光、各种图像和文字，甚至人物面部表情等视觉刺激所引起的诱发电位。
17、 目前，脑电电极放置位置一般采用哪种标准？按电极的功能将脑电电极分为哪两种？
虽然脑电图导联还没有统一的标准，但是脑电电极的放置却有比较统一的方案，这就是10-20系统电极法。脑电图的电极分为作用电极和参考电极。
18、脑电图的导联分为哪两类？
单极导联和双极导联。
19、脑电图机的放大电路与心电图机有和异同？说明造成这些差异的原因。
脑电图机和心电图机都属于人体生物电信号检测和记录仪器，两者的工作原理基本相同，但由于脑电信号与心电信号在幅度和频率上的差异以与测量部位的不同，使得两者在细节上还是有很大的不同。
第五章
1、 什么是收缩压、舒张压、平均压和脉压差？
收缩压：心脏收缩时所达到的最高压力称为收缩压。它把血液推进到主动脉，并维持全身循环。
舒张压：心脏扩张时所达到的最低压力称为舒张压，它使血液能回流到右心房。
平均压：是在整个心动周期动脉压的平均值。
脉压差：收缩压和舒张压的差称为脉压差，它表示血压脉动量，一定程度上反映心脏的收缩能力，是反映动脉系统特性的重要指标。
2、 简述血压测量技术的分类？
血压测量技术可分为直接法和间接法两种
3、 简述动能和势能对血压测量的影响？
势能的影响：传感器的压力膜片应和测压点处于同一水平，如不能做到，应进行修正，1mmHg/1.3cm。
动能的影响：当流速高时，动能的影响变得严重。
4、 简述血压直接测量的基本原理，比较血压直接测量方法中传感器置于体内和置于体外的优缺点？
由偏置电源电路（A1、A2）、前置处理电路（A3～A6）、显示电路（A7）和压力传感器组成。

5、在血压直接测量中，导管送到血管中或心腔内时，其测压端口方向不同，“动压”会导致测压误差。试分析测压端口与血流方向相对、相同和垂直三种情况下，动压对测量误差的影响。
6、目前，比较常用的间接血压测量方法是哪三种？
柯氏音法，超声发，测振法
7、 简述柯氏音法无创血压测量的原理。
它由血压计、袖带和听诊器组成，袖带内部由无弹性纤维覆盖的橡皮囊构成。把它绕在上臂的臂动脉或腿部的大腿动脉上一周，袖带与压力计与充气球相连。

8、 简述超声法无创血压测量的原理。
超声法的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和舒张压。
9、 简述示波法（测振法）无创血压测量的原理，从脉搏波构成的钟形包络中识别特征点获取血压值的方法有哪两种？
测振法通过压力脉搏波与袖带压力同时记录来测量血压。
方法一：固定比率计算法，方法二：微分法

第六章
1、简述医用监护仪的基本功能？
能够对人体的生理参数进行长时间连续监测，并且能够对检测结果进行存储、显示、分析和控制，出现异常情况时能够发出警报提醒医护人员与时进行处理.

2、医用监护仪的分类？
按检测参数分类：⑴ 单参数监护仪；⑵ 多参数监护仪。
按使用范围分类：⑴ 床边监护仪；⑵ 中央监护仪；⑶ 离院监护仪。
按功能分类：⑴ 通用监护仪；⑵ 专用监护仪。
按仪器接收方式分类：⑴ 有线监护仪；⑵ 无线遥测监护仪。
按监护仪作用分类：纯监护仪和抢救、治疗用监护仪。
按仪器构造功能分类：一体式监护仪；插件式监护仪。
3、画出医用监护仪的结构框图，简述各组成部分的作用。

· 现代医用监护仪器主要由五个部分组成：传感器与电极、多路模拟处理系统、计算机系统、信号的记录、报警和显示部分以与治疗部分，有的监护仪还有遥测部分与摄像机。
· 各部分的功能简要描述如下：
1. 传感器与电极：各种传感器和电极用以获取各种生理参数。监护系统中的传感器要求能长期稳定地检出被测参数，且不能给病人带来痛苦和不适等。
2. 多路模拟处理系统：它主要是将传感器获得的信号加以放大，同时减少噪声和干扰提高信噪比，实现采样、调制、解调、阻抗匹配等。
3. 计算机系统：计算机系统是医用监护仪器的控制核心，主要负责信号的存储、运算、分析与诊断。监护仪具备的功能主要由计算机系统实现，具体包括：⑴ 阈值比较；⑵ 计算；⑶ 分析；⑷ 建模
4. 信号的显示、记录和报警
5. 治疗部分

4、医用监护仪的常见监护参数。
心率和节律
有创血压、无创血压、中心静脉压、动脉压
心输出量
体温
呼吸
血气
5、血氧饱和度的定义。简述脉搏血氧仪测量血氧饱和度的原理。
· 血液中的有效氧分子,通过与血红蛋白（Hb)结合后形成氧合血红蛋白（HbO2），氧合血红蛋白占功能性血红蛋白的百分比称为血氧饱和度。血氧饱和度是衡量人体血液携带氧的能力的重要参数。
脉搏血氧测定法是一种光学测量方法。
6、画出模块化多参数监护仪的原理框图。

7、中央监护系统由哪几部分组成？画出中央监护系统的基本构成框图。
中央监护仪系统由一台中央工作站和若干台床边监护仪组成

8、什么叫动态心电图？动态心电图机由哪两个主要部分组成？
· 动态心电图(DCG)指的是先用磁带或固态式记录器24小时连续不断地记录病人在日常活动状态下的心电信息，然后通过计算机回放，分析和编辑打印，这种在临床上可实现“长时间”、“动态”记录的心电图，就称为动态心电图(DCG)。
· 动态心电图机（Holter）由心电数据记录器和心电数据回放系统组成。

第七章
1、电刺激系统一般由哪三部分组成？
· 电刺激系统通常由三部分组成：①脉冲发生器，产生使神经去极化的脉冲序列；②导联线，把脉冲传输到刺激位置；③电极，把刺激脉冲安全、有效地传输到可兴奋组织。
2、简述植入式电刺激器的基本要求。
㈠ 植入式电子仪器的封装
· 电子电路必须在人体的环境下受到保护。植入电路的封装使用不同的材料，包括聚合物、金属、陶瓷和玻璃。
㈡ 导联和电极设计
· 导联线连接脉冲发生器和电极，要穿过连接处，必须足够坚固。导联必须可伸展，以允许与身体运动相关的脉冲发生器和电极之间的距离变化。-
㈢ 植入式刺激器的安全设计
· 神经肌肉植入刺激器设计的目标寿命是使用者的寿命，至少以10年计。必须选择能满足工作环境的合适材料；对装置寿命期内可能遇到的机械和电子损害的防护必须包含在设计中，同时还必须通过生产过程和检测程序来避免其出现不成熟的故障。
㈣植入式刺激器的电源设计
· 一般，植入式电池要工作5~10年。在此期间，植入式电池要具有极小的输出电压降，无任何不良副作用。

3、什么叫人工心脏起搏？
· 用一定形式的脉冲电流刺激心脏，使有起搏功能障碍或房室传导功能障碍等疾病的心脏按一定频率应激收缩，这种方法称为人工心脏起搏。
4、人工心脏起搏器由哪几部分组成？
心脏起搏系统的基本结构由心脏起搏器(低频脉冲发生器与其控制电路)、导线、刺激电极、电源等组成。
5、人工心脏起搏器有哪几种分类方法？怎样分类的？
· 按照起搏器与病员的关系分类
① 感应式。
② 经皮式(体外携带式)。
③ 植入式心脏起搏器
· 按照起搏器与患者心脏活动发出的P波与R波的关系分类
① 非同步型(固定型)：起搏器发出的起搏脉冲与患者的P波或R波无关。
② 同步型起搏器：分为P波同步起搏器和R波同步起搏器。
· 按起搏电极分类
① 单极型。
② 双极型。
6、画出非同步心脏起搏器的原理框图。

7、画出按需式心脏起搏器的原理框图。

8、画出心房同步心脏起搏器的原理框图。

9、简述AAI、VVI和DDD型心脏起搏器中各字母的意思。
AAI:A-心房(起搏的心脏位置），A-心房(感知的心脏位置)，I-抑制(反应模式)。
VVI:V-心室(起搏的心脏位置），V-心室(感知的心脏位置)，I-抑制(反应模式)。
DDD:D-双腔(起搏的心脏位置），D-双腔(感知的心脏位置)，D-双重(反应模式)。
10、简述心脏起搏器的常用参数。
1. 起搏频率
2. 起搏脉冲幅度和宽度
3. 感知灵敏度
4. 反拗（ao）期
11、按电极放置位置，心脏起搏器的电极分为哪三类？
1.心内膜电极2.心外膜电极3.心肌电极
12、简述心脏除颤器的作用。
用较强的脉冲电流通过心脏来消除心律失常、使之恢复窦性心律的方法，称为电击除颤或电复律术。
13、简述心脏起搏与心脏除颤复律的区别。
心脏起搏与心脏除颤复律的区别是：电击复律时作用于心脏的是一次瞬时高能脉冲，一般持续时间是4～10ms，电能在40～400J(W·s)瓦·秒(焦耳)内。
14、简述心脏除颤器的基本原理。
· 一般心脏除颤器多数采用RLC阻尼放电的方法，其充放电基本原理如图7-13所示。

除颤治疗时，控制高压继电器K动作，使充电器被切断，由储能电容C、电感L与人体（负荷）串联接通，使之构成RLC（R为人体电阻、导线本身电阻、人体与电极的接触电阻三者之和）串联谐振衰减振荡电路，即为阻尼振荡放电电路。
15、画出同步式心脏除颤器的原理框图。

16、画出自动心脏除颤器的原理框图。

17、心脏除颤器有哪几种分类方法？怎样分类的？
1. 按是否与R波同步来分
⑴非同步型除颤器。⑵同步型除颤器。
2. 按电极板放置的位置来分
（1）体内除颤器。（2）体外除颤器。

18、简述心脏除颤器的主要性能指标。
⑴ 最大储能值。⑵ 释放电能量。⑶ 释放效率。⑷ 最大储能时间。⑸ 最大释放电压。
19、画出高频电刀的原理框图，并简述各部分功能。

· 高频电刀事实上是一个大功率的信号发生器，如图7-24所示。信号的宏观（低频）形态由函数发生器产生，经射频调制（200kHz～3MHz)后，再经功率放大器放大输出到电极（电刀）。电极有双极和单极之分。双极电极一般用于局部电凝和功率较小的场合；而单极电极配以返回电极（又称为分离电极）可提供手术切割所需要的高功率输出。

20、画出高频电刀输出的典型波形，简述各种波形的用途。

· 典型波形有三种，如图7-25所示，对应了电凝、电切和混合三种不同功能和应用。
第八章
1、当电流流过生理组织时，一般会产生三种效应，它们分别是？
当电流流过生理组织时，一般会产生三种效应：
（1）组织的热效应；
（2）易兴奋组织（神经和肌肉）的电刺激效应；
（3）电化学效应。
2、什么是宏电击？什么是微电击？
宏电击：当电流加在体表上的两个点时，总电流中只有很小一部分流过心脏，这些加在体表上的宏大电流引起电击称为宏电击。
微电击：进入体内在心脏内部所加的电流所引起的电击叫做微电击，微电击的安全极限一般是10uA。
3、简述B型设备、BF型设备和F型设备对电击防护程度与应用情况。
· B型设备：对电击有特定防护程度的设备，特别要注意允许漏电流，保护接地连接（若有）的可靠性。
· BF型设备：有F型应用部分的B型设备。在允许漏电流规定值方面增加了对应用部分加电压的电流测量。
· CF型设备：对电击的防护程度特别是在允许漏电流规定值的方面高于BF型设备，并具有F型应用部分的设备。
应用：B型、BF型设备适宜应用于患者体外或体内，不包括直接用于心脏。
· B型设备可以是无应用部分的设备，也可以是有应用部分的设备，一般该应用部分与患者无导电连接。B型设备不能直接用于心脏。
· BF型设备上有应用部分的设备，一般该应用部分与患者有导电连接。BF型设备不能直接用于心脏。
· CF型设备主要是直接用于心脏。
· 例如，普通心电诊断仪可定义为II类、BF型设备。

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