四川大学生物医学工程基础复习纲要

生物医学工程基础复习纲要一、仪器部分历年考题：7、描述有创测量和无创测量的定义，并说明其特点。

（15分）六、描述有创测量方法的分类和定义，并举出实际的例子。

（30分）七、请描述生物医学测量系统的基本组成，并举一具体仪器加以说明。

（20分）7、是列举出3个生物医学测量的特点，并对其中一个举实例加以说明。

（15分）8、描述无创测量的定义，说明其特点。

举一无创测量实例说明。

（15分）1 生物医学测量的范围●对象：具有生命的生物体，其基本的对象是人体（的生命现象）。

●范围：分子水平、细胞水平、器官水平、系统水平各层次的信息按性质分类：生物电及生物磁测量、非电磁生理参数测量、生物化学量测量2 生物医学测量的基本特点●基本属于弱信号测量（A.需从大量干扰和无用信息中提取有用信息）●生物体内的噪声对测量有重要影响（A）噪声：无关信号（肌电信号之于心电信号）●信息测量中容易因如外界环境的干扰（A）1.电场干扰（造成生物电信号提取过程的主要干扰：近场50Hz的干扰源）（人体表面形成容性耦合）2.磁场干扰（导联线形成容性耦合）3.高频电磁场干扰（空中的电磁波、高频电刀）4.外界刺激对测量的干扰（声、光刺激影响自发脑电位；较强的音响和冷热刺激引发应激反应；触碰和其他物理刺激引起肌肉收缩；心理性诱导和干扰）（生理和心理因素的影响）5.（环境的限制：CT光电倍增管的稳定性问题、光电磁屏蔽）●生物医学信息的多变性（空间多变性、时间多变性）●生物医学测量的安全要求1.电安全性：电击（宏电击：经皮肤、高压大电流的伤害；微电击：不经皮肤、微弱电流、直接流过体内脏器；微电击允许极限：10μA）2.机械安全性3.化学安全性（便于消毒或采用一次性；植入体内还要考虑生物相容性等）●被测对象具有闭环特性●生物系统的多变量特性●新方法建立和评估困难（测试模型的片面性，缺乏正确、有效的评估措施）●对生物医学先验知识的应用●适应性问题（研究方法与技术的适用性）3生物医学测量系统➢信息获取：用来引导与感知被测对象的某些生理和生化量，并使之变为便于测量与加工的电信号，通常通过测量电极及传感器来完成。

➢信息加工：对获取的电信号进行放大、处理及变换，以适于对测量结果的分析与识别。

➢显示和记录：4 生物医学测量系统的技术指标（“有效性、安全性和适用性”三方面要重视）精确度、准确度、灵敏度、非线性系数、滞环误差、稳定性、分辨力、频率特性、输入阻抗、输出阻抗等等5 生物医学测量方法的分类1.按测量对象分：在体测量、离体测量●离体测量(in vitro)：对离体的血、尿、活体组织或病理标本之类的生物样品进行的测量方法与技术、称为离体测量。

1.要求：保持生物标本的活性、使离体样本处在接近体内环境的条件下测量、尽量微量化（为减少损伤）、响应快、成本低2.特点：测量精度和准确性高、易于控制、稳定、不适合连续测量和观察●在体测量(in vivo)：在生物活体的原位对组织结构和功能状态进行的测量1.要求：避免测量系统与生物体相耦合时对被测生理状态的扰动，以防被测信号失真；注意防止和抑制体内噪声和外界环境干扰对测量的影响，以确保测量的稳定性和可靠性；特别注意测量的安全性，以防止对生物体造成不应有的损伤。

2.特点：保持生物体自然生理状态、实时反映被测参数2. 按测量条件分：无创测量、有创测量、微创测量●无创测量：又称为非侵入式测量，测量系统的探测部分不侵入生物体组织，不造成机体的创伤。

1.不侵入人体、安全性好→适用于长时间连续测量和多次重复性测量2.多为间接测量→信号幅度被衰减，信号形态发生畸变，稳定性较低，需要深入研究和评价例：高频、低频、多型非常规心电信息的检测——胎儿心电图胎儿心电图是经孕母腹壁或胎儿体表所记录的胎儿心脏动作电位及其在心脏内传导过程的图形。

整个孕期胎儿生长在孕母子宫腔内封闭的羊膜囊里，此期一般只能将电极置于母体腹壁表面，间接地记录到胎儿的心电图，故称间接胎儿心电图(indirect fetal electrocardiogram)；而临产胎膜破裂后，宫颈口扩张到一定程度，电极方可直接地置于胎儿自身体表记录其心脏电活动，称直接胎儿心电图(direct fetalelectrocardiogram)。

直接胎儿心电图不受孕母心电干扰，信噪比值较高，P-QRS-T波均可清晰显示，能反映胎儿缺氧和酸中毒，为临床上产时胎儿监护的可靠方法，也是胎儿心电活动实验研究的重要手段。

间接胎儿心电图则为无创性操作，方法简便，容易掌握，对母儿均不构成任何威胁，孕期中可多次测定随访，故在国内已有较多应用。

●有创测量：又称为侵入式测量，由于测量系统的探测部分侵入生物体组织，会造成机体不同程度的创伤1.特点：由于探测部分侵入机体，对机体会造成一定程度的创伤，给患者带来一定的痛苦，但其信息失真小、原理明确、方法可靠、测量数据精确，因此也可用于手术过程及术后的监测，以及作为无创测量方法的对照评估；操作复杂，对安全性要求较高2.分类：通过手术的测量方法、导管测量方法、植入式测量方法（微创）3.植入式测量：测量装置埋入人体内部。

测量时人体可在无拘束的自然状态，测量结果准确，可进行实时、动态、长期监测，是生物医学测量发展的方向之一；对电学性能和生物相容性要求严格4.实例：电磁流量计；位移、压力的测量；液耦式导管心脏测压；导管心腔内心电图和房室束电图的测量；创伤性动脉血压监测●微创测量：植入式测量、内镜检查（基本不损伤皮肤，不侵入机体的组织，只会引起轻微的组织擦伤和不适）等。

3. 按测量结果表达形式分：一维信息测量、多维信息测量二、图像部分历年考题8、磁共振成像（MRI）中存在哪三种磁场，它们的作用分别是什么？（6分）9、试从图像空间分辨率、功能（图像所提供的信息）和主要的应用领域几个反方面对X射线断层成像（X—CT）、磁共振成像（MRI）、正电子发射断层成像（PET）和超声成像进行综合比较。

（12分）10、（1）医学图像处理中的医学图像增强的目的是什么？（2）空域和频域增强的方法主要有哪些？试分别举例说明。

（8分）七、CT成像的原理可以用以下三个主要的公式来描述，请说明每个公式的含义及其在X—CT中的实现方法。

（10分）八、试述图像变换在医学图像增强、医学图像压缩和医学图像分析中的作用。

（10分）五、试从诊断、治疗和基础与临床研究三个方面说明医学图像的作用。

（15分）六、二维X—CT图像重建主要有哪几种方法（至少列举三种方法）？试根据下图说明X—CT中用傅里叶变换法重建图像的基本原理。

（15分）9、什么是辐射？什么是电离辐射？什么是射频辐射?射频辐射是否对机体有不良影响，影响大小与哪些因素有关，有哪些表现？MRI的辐射属于店里辐射还是射频辐射？降低MRI中被检测者所受电磁损伤的核心是什么？（10分）10、什么是反投影重建？反投影重建的缺点是什么？CT重建中为什么采用滤波反投影法？已知一个四像素图像（2*2），分别获得六个投影数据，包括两个水平方向，两个垂直方向和两个对角线方向，分别是11、9、7、13、12和8，如图所示，解出这四个像素各像素值。

（10分）11、医学图像的研究包括哪三个方面的内容？试分别予以说明。

（10分）一X射线与X-CT(Computed Tomography)1 x射线的产生✧加热的灯丝发射出电子✧30~200千伏高压作用✧灯丝射出电子✧吸引到阳极靶子上✧电子与靶内的原子相互作用产生X射线(少于1%的入射电子能量转换成了X射线，旋转阳极)✧X射线穿过管壁发射出来2 X射线成像的优缺点（非掌握）➢设备价格低廉➢密度分辨率低，对软组织的分辨能力差。

➢空间分辨率高，多用于小的钙化灶的诊断。

➢锐利度差（相邻组织密度的变化是逐渐的还是明确的程度）。

➢影像重叠，深度方向的信息重叠在一起3图像重建方法之迭代法：用逐次近似法来求解联立方程组●目的：寻找二维分布度函数f(x,y)●具体做法为：先假设一个最初的密度分布(如假设所有各点的值为0)，根据这个假设得出相应的投影数据，然后与实测到的数据进行比较。

如果不符，就根据所使用的迭代程序进行修正，得出一个修正后的分布。

这就是第一次迭代过程。

以后，就可以把前一次迭代的结果作为初始值，进行下一次迭代。

在进行了一定次数的迭代后，如果认为所得结果已足够准确，则图像重建过程就到此结束。

4 图像重建方法之反投影法：●基本做法：把每次测得的投影数据原路反投影到射线经过的各个象素上。

也就是说，指定投影线上所有各象素点的值等于所测得的投影值。

●直接反投影法的缺点：边缘失锐（星状伪迹）●校正→卷积反投影法：将测得的投影数据与一个“核函数”作卷积运算，然后再用所得的结果作反投影。

● 5 第3代CT机：由于是在旋转中进行扫描，同一角度的物体投影数据检测要由不同的检测器来完成，这就要求每个检测器的性能要十分一致，稍有误差，就会导致图像中出现同心圆影的环形伪形（第三代机的最主要的缺点）；●优点：1)能鉴别出较小的衰减系数差，从而提高了对软组织的诊断能力。

从CT图像上能识别出与周围组织的衰减系数只差0.5%的病灶。

2)能精确地测定出组织的X射线衰减系数值，从而对组织性质做出判断。

3)可做出人体任意部位的断面图像，并利用计算机图像处理技术构造出人体结构的三维图像。

●缺点：软组织之间的分辨能力较MRI差；对人体有辐射；只给出解剖结构信息，几乎无功能信息二核磁共振成象（MRI）1 MRI突出优点➢对人体无创伤、无电离辐射，安全；➢可以较容易地获得人体组织不同断面的图像➢图像分辨率高（分辨率可达0.5mm）➢可以不注射造影剂,对血管成像➢对人体可以做出形态和功能两方面的诊断（fMRI：磁共振功能成像）2 辐射、射频辐射（非掌握）●辐射：辐射指的是能量以电磁波或粒子（如阿尔法粒子、贝塔粒子等）的形式向外扩散。

●射频辐射：射频辐射是非电离辐射的一部分，频率在100kHz～300GHz的电磁辐射。

●射频辐射对机体会产生不同程度的不良影响，其影响的大小主要与辐射频率、电磁场强度，波的性质(脉冲或连续波)、暴露时间、机体与辐射源的距离和方位、暴露部位和大小、组织含水量、有无脂肪层、散热能力以及有无防护措施等因素有关，其中频率是个主要的因素。

➢不同频率的射频电磁波，对机体的不良影响也不同，其危害随频率的加大而递增。

射频电磁波按波长主要分为：中、短波频段(俗称高频电磁场)和超短波与微波。

高频辐射对机体的影响较小，主要影响表现在：引起神经衰弱综合征和心血管系统的植物神经功能失调➢微波辐射对机体的影响较大，其影响主要表现在热作用和非热作用两个方面。

3 磁共振现象3.1 净自旋➢原子核中包含高速自旋的中子和质子➢自旋的带电粒子能够产生磁场➢质子具有自旋的性质，由于质子是带正电的，它的自旋将产生一个小小的磁场，称为磁矩。