医学仪器2复习大纲整理-2

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第一章电治疗类仪器设计原理
1、简述电磁波谱不同频段对人体不同的生理效应。

电磁波谱不同频段对人体的生理效应：
在1000Hz以下主要是刺激效应；在1000Hz～3×1015Hz主要是热效应；在3×1015Hz以上主要是生物效应。

2、什么是电离辐射？（可能不考）
电离：量子能量足够大的电磁辐射与某种物质相互作用，可将其原子或分子中的束缚电子击出，于是这些原子或分子成为阳离子，被击出的电子又可被其他中性的原子或分子俘获而形成阴离子。

频率高于3×1015Hz的电磁辐射，其量子能量较大，能引起生物组织电离，因而称为电离辐射。

4、电刺激系统通常由哪三部分组成？
电刺激系统的组成：脉冲发生器、导联线、电极。

5、按照电刺激部位，刺激类型可分为哪三种？
表面刺激－电刺激系统的三部分都在体外，电极放在皮肤上或要刺激的肌肉运动点附近。

经皮刺激－把电极放置于体内并靠近刺激部位。

导联线穿过皮肤连接到外部脉冲发生器。

植入式刺激－刺激器的三部分通过外科手术永久植入人体，植入后皮肤完全缝合植入部分和体外部分的联系是通过非接触方式进行的。

9、简述人工心脏起搏器的原理及仪器结构。

原理：人工心脏起搏器是一个以电池为动力的、体积小而能植
入体内、可产生连续稳定的电脉冲的装置。

人工心脏起搏发出的一定形式的微弱脉冲电流，能刺激心脏的起搏功能或诱导功能有障碍但尚有兴奋、收缩及心肌纤维间传动功能的心脏起搏，即以代替正常的起搏点刺激心肌，使之有效地收缩。

仪器结构：人工心脏起搏系统由脉冲发生器、电极导线和程控器三部分组成。

起搏脉冲发生器的电子电路由控制单元、感知单元和脉冲输出单元组成。

10、简述心脏除颤器的设计原理。

除颤波形发生器—电源能量，选用电容把电能存储起来，再通过电容放电实现短时间高强度对病人电击；
除颤器框图（右边）
内置心电监视器—加快心律不齐的诊断；
除颤器提供RLC电路—产生衰减的正弦波或指数衰减的波形电击；
第二章激光治疗机
1、产生激光的三个必要条件是什么？（可能不考）
激光工作物质粒子数的反转；一个起正反馈、谐振和输出作用的光学谐振腔；满足光振荡的阈值条件。

2、激光器中对工作物质激励的方式有哪几种？
光激励；电激励；化学反应激励；热能激励；核能激励等。

3、激光有哪些普通光源无法比拟的特性？这些特性有哪些应用？
特性：方向性强；单色性好；相干度高；能量密度大。

应用：
4、按照工作物质激光器可分为哪几类？
（1）气体激光器：气体激光器按工作物质的性质又分为原子激光器、分子激光器和离子激光器。

波谱范围广，能连续输出，单色性、方向性比其它类型的激光器好。

且制造方便、成本低、可靠性高。

固体激光器：常用的固体激光器为红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石。

体积小、功率大、使用方便，但工作物质较贵，结构制造复杂。

半导体激光器：半导体激光器的种类很多。

不同类型的工作物质，不同方式的激励，以及提供振荡的不同结构，都可构成不同类型的激光器。

光谱结构复杂，单色性差，但其重量轻、耗电省。

染料激光器：利用有机染料分子独特的光谱结构，可以得到在一定范围内连续可调的激光。

（2）按产生激光的工作物质分为：•固体激光器•液体激光器•气体激光器•半导体激光器【PPT可找到这两种分类方法】5、激光器的基本组成部分有哪些？每一种激光器都必须有激励源、工作物质和谐振腔这3个基本组成部分。

6、画出光学谐振腔的结构图，说明谐振腔的工作原理。

（可能
不考）
（光学谐振腔可以是促进形成某一方向的受激辐射。

）在谐振腔中，偏离工作物质轴向的光子逸出腔外，只有沿着轴向传播的光子在谐振腔两端反射镜作用下才能往返传播。

这些光子就成为引起受激辐射的激发因子，它们可导致轴向受激辐射的产生。

谐振腔可以将其它方向频率的光子抑制住，而使某一方向和频率的光子享有最优越的条件进行放大。

这种雪崩式的光放大过程使得谐振腔内沿轴线方向的光量骤然增大，并从谐振腔的部分反射镜端射出，这就是激光束。

7、激光的医用方式有哪几种？
①切割：近几年激光刀在医学上的应用迅速发展，光刀有止血、杀菌、灭活肿瘤播散作用；在切骨手术中没有振动、没有声响，可以作各种形态切口。

光刀有多种，其中以CO2光刀较广泛应用，CO2激光进行切割时，所需功率密度大，使用焦点上的光斑，则切口细、窄而且锋利。

一般105W/cm2功率即可用于切割，切口的深浅、长短及重复切割均可根据需要掌握应用，切割同时即可凝固、封闭而止血。

②烧灼：用于烧灼的激光器有CO2、Nd-YAG及Ar+等，烧灼使用中等能量（功率密度在150～800W/cm2），且在焦点外一定距离（15～45mm）进行照射，使病变炭化甚至气而去除，一般适用于赘生的或浅表肿瘤的治疗。

③凝固；Nd-YAG激光主要为热激固效应，使一些小血管封闭，起到止血作用，有颜色的病变，如血管瘤吸收更为容易。

④低功率照射：用CO2散焦护束照射局部，有消炎、消肿、止疼、止痒，促进组织修复等作用。

第三章微波治疗仪
1、什么是微波？其频率范围多少？划分为哪三个波段？
微波是一种频率非常高的电磁波，把波长从1米到1毫米范围内的电磁波称为微波。

微波波段对应的频率范围为: 3×108Hz～3×1011Hz。

分米波：波长范围1m--10cm,频率范围0.3--3GHz,波段名称特高频；
厘米波：波长范围10cm--1cm,频率范围3--30GHz,波段名称超高频；
毫米波：波长范围1cm--1mm,频率范围30--300GHz,波段名称极高频。

6、影响微波生物效应和医学应用研究的因素有哪些？
（1）微波作用条件：波长、工作方式（脉冲式或连续式）、能量、能量密度、电场的极化方向，场强的空间分布和均匀性、作用时间。

（2）生物特性：器官和组织的组分和结构，含水量（电学和热学性质不同）。

7、简述微波治疗肿瘤的机制。

（1）癌组织比周围正常组织对微波的吸收要大。

肿瘤组织内血液循环不良（血流量只是正常组织的２％～１５％），散热性差。

故微波能使肿瘤组织温度显著升高并较好保持。

（2）微波可使多聚核糖体解聚，抑制ＤＮＡ、ＲＮＡ的合成，使线粒体发生功能性障碍或结构破坏，从而导致癌细胞坏死。

8、微波对人体健康的影响有哪几种类型？
三种类型：急性全身性微波照射损伤；慢性全身性微波照射损伤；局部性微波照射损伤。

9、微波照射引起的心血管系统的不良反应有哪些？
自主神经功能障碍心功能不全、心悸、心动过缓、心区疼痛、呼吸急促、血压偏低等。

第四章超声治疗仪
1、画图并说明超声手术刀和超声骨锯的工作原理。

（可能考）（超声手术刀利用超声波作用于人体组织的三大效应，即碎裂效应、空化效应和止血效应，切开或碎裂人体组织，具有选择性碎裂、损伤小、精度高、能止血等独特的优点。

）
变幅杆的作用是使传到刀片或锯片的超声振动幅度大大增强。

在强大加速度作用下，能使刀片或锯片作用的这部分组织迅速与周围组织分开而不损伤周围组织。

超声手术：切口光滑，易止血和愈合。

用于切除皮肤癌、痣、体表肿瘤、白内障手术。

超声骨锯：用于颅脑切开、截肢手术等。

2、简述超声治癌原理。

（1）利用超声加热来杀死或抑制癌细胞：一般认为，43℃是癌
细胞的死亡温度。

癌细胞受到强超声辐射后，其温度上升，肿瘤组织的血管系统很发达，但是与周围组织的联系并不好，因此癌肿部位升温较正常组织升温要快。

癌细胞的死亡率比较高。

（2）利用超声辐射能促进药物的渗透，并能改善其他各种治癌方法的疗效。

3、简述超声波的生物效应。

当作用于人体的超声波达到一定剂量时，它就会通过超声波与人体组织之间一定的作用机制(即物理原因)使人体组织或器官产生某种生化的、免疫的、功能的或结构上的可逆或非可逆的变化。

（1）生物大分子主要是导致生物大分子（DNA）降解（2）细胞细胞膜的破裂，毒性药物通透性增加，核质声学流动、变形，细胞弹性改变。

（3）生物组织超声引起温度上升成为主要问题
1）对血流和血管的作用：弱超声引起血管扩张；强超声引起血管收缩；
2）对恶性肿瘤的作用：高强度超声加热治疗肿瘤；
3）对组织再生的作用：损伤神经的修复等。

4、能够引起生物效应的超声作用有哪些？
热作用；机械作用；化学作用；空化作用。

第五章医用化学传感器设计原理
1、在活体中使用化学传感器测量需要满足哪些基本要求？（1）传感器上的化学反应不应对组织有毒性；
（2）传感器的温度系数可以进行补偿，使它适用于不同的现场温度；
（3）传感器置于血管中时，表面是抗凝的，体积应该小到不影响血流；
（4）传感器应与液体绝缘，即使电源电压意外作用到传感器和人体，所引起的漏电流也不会引起电击；
（5）如需校准，应该在消毒的条件下进行；
（6）设计传感器的外形和尺寸，应对周围组织不产生任何机械损伤。

2、电位传感器与电流传感器有何区别？试述其各自适应的化学量测量。

一个电极和电解液组成的系统，当被测物质的浓度反应为电极之间的电位差或产生通过电极的电流时，这个系统就是电化学传感器。

其中被测对象的量反应为电位差的电化学传感器称为电位传感器，而被测对象的量反应为耗用电流的电化学传感器称为电流传感器。

3、常用的参考电极有哪几种？氢电极、银-氯化银电极、氯化亚汞电极。

4、画图并说明离子选择性电极的典型结构，说明离子选择性电极的特性。

图在课本378页，图8.6。

（离子选择性膜产生的电位变化通过工作电极和参考电极之间的电位变化来测量。

）
离子选择性膜的电特性决定了离子选择性电极的特性。

（1）玻璃电极内阻很大，通常有几百或几千兆欧，因此必须用高输入阻抗的放大器测量电位变化。

玻璃电极的常规放大器的输入阻抗通常大于1013Ω；液体离子交换膜的阻值小于30兆欧；压制球末膜则小于100kΩ；
（2）离子选择电极的结构、尺寸、电极的几何形状以及膜材料决定了它的响应时间。

一般离子选择电极的响应时间在几秒到几分钟。

5、画图并说明极谱法电流传感器原理。

图8.11 P381 P02电极是一个气体电极、是一种极谱法电极，氧的测量是基于电解氧的原理实现的。

电极前端是一个允许O2分子通过的透气膜，如图所示它是常用的克拉克PO2电极。

电极壳内由一个铂电极和一个银—氯化银电极浸在电解液（内充液）中，内充电解液的PH值稳定，其中含有KCL，它可增加电解液的电导，并参与离子导电。

在两级之间加有0.6V的极化电压。

在极化电压的作用下，进入内充液的氧被电解，电极上发生的反应为：
阳极反应（氧化反应）O2＋2H2O ＋4e—→4OH－阴极反应
（还原反应）4Ag→4Ag＋＋4e—
此电解电流的大小正比于氧分压P02的高低，即通过电极的转换， P02的高低转换为了电流的大小。

6、画图并说明PH电极的传感工作原理。

图8.13 P383 溶解的二氧化碳透过膜进入缓冲液，其中一部
分与水作用形成碳酸H
2CO3，部分碳酸分解为H＋和HCO
3
—，PH
电极探测[H＋]浓度的上升或下降。

7、什么是生物传感器？生物传感器有哪几类?
一般定义：使用固定化的生物分子(immobilized biomolecules)结合换能器，用来侦测生物体内或生物体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的一种装置。

Gronow定义：一种含有固定化生物物质(如酶、抗体、全细胞、细胞器或其联合体)并与一种合适的换能器紧密结合的分析工具或系统，它可以将生化信号转化为数量化的电信号。

分类方式传感器名称
传感器输出信号生物亲和性传感器、代
谢型或催化型传感器
分子识别元件上的敏感物质酶传感器、微生物传感器、组织传感器
细胞器传感器、免疫传
感器、DNA生物传感器。

信号换能器电化学传感器、离子敏
场效应传感器、热敏电阻传感器
压电晶体传感器、光电
传感器、声学传感器. 第六章化学分析仪器设计
1、简述色谱仪组分分离原理。

在色谱法中存在两相，其中的一相固定不动，称为固定相；另
一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称
为流动相。

由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固
定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定
相保留的时间不同，即与固定相分子作用力越大的组分向前移
动速度越慢, 与固定相分子作用力越小的组分向前移动速度越快,从而按一定次序由固定相中先后流出。

与适当的柱后检测方
法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。

2、气相色谱仪有哪几个组成部分？
有12个构成部分：1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-
针形阀；5-流量计;6-压力表；7-进样器；8-色谱柱;9-热导检
测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；
载气系统—>进样系统—>色谱柱—>检测系统—>记录系统
( 温控系统）
主要部件：(1)载气系统(2)进样系统(3) 色谱柱(分离柱)(4) 检测及记录系统(5)温度控制系统。

3、按两相的状态气相色谱仪分为哪几类？
气-液色谱气-固色谱
4、高效液相色谱有哪些突出优点？
高压（150~350×105Pa）、高速、高效、高灵敏度。

5、高效液相色谱仪的主要部件有哪些？
高效分离柱、高压输液泵、液相色谱检测器。

6、液相色谱仪检测器有哪几种？
紫外检测器、光电二极管阵列检测器、差示折光检测器、荧光检测器、电导检测器。

第七章医学化学量的连续测量
1、医学化学量的连续测量有哪几种方式？
植入式传感器的测量；体外测量和显微透析测量；经皮测量。

2、画图并说明荧光测量氧分压原理。

图8.47P407 传感器覆盖有疏水透气膜，其内部有珠状有机物，荧光染料被珠状有机物吸收。

染料被486nm蓝光激励后发出514nm的荧光，荧光可因氧气的存在受到抑制。

Po2可由激励光强度与荧光强度之比决定。

3、为什么组织测量可以作为直接血管内测量的补充？
在组织中放置一个传感器，使它直接接触组织液，可以测出组织液中的化学物质的浓度。

因为毛细血管暴露在组织液中，小分子和离子可以自由通过毛细血管壁扩散，因此组织液中的浓度几乎和循环血液中的浓度一样，所以组织测量可以作为直接血管内测量的补充。

4、画图并说明显微透析测量原理。

图8.53 P412 显微透析是一种通过插入组织中的中空纤维，将小分子送入灌注液的技术。

利用显微透析，葡萄糖和其他小分子（如液体中的神经递质）都能够用传统的化学分析仪进行连续分析。

显微透析探针是一个尖端有滤膜的双腔插管。

探针的尖端插入体液中间。

尖端处对滤膜有渗透性的溶质进入灌注液的速率决定于浓度百分比、滤膜的可渗透性、
膜的表面积。

灌注液由外腔进入，透析液（含有渗入物质的灌注液）通过插管内腔被引出至分析器。

用这种组织显微透析技术可以测量细胞外空间的葡萄糖浓度、脑内神经递质（多巴胺、胆碱、醋胆素等）。

6、简析经皮测量的基本原理。

在正常情况下，皮肤对气体的渗透性并不高，但在体温较高时，
皮肤运输气体的能力就会提高。

加热使血管扩张，血流增加，对气体传输有利。

第八章生物医学光子测量技术
1、什么是生物医学光子学？什么是生物系统的超弱光子辐射（BPE）？
运用光子学原理和技术(激光技术、光谱技术、显微技术以及光纤技术等），为医学、生物学和生物技术领域中的问题提供解决方案即构成生物医学光子学的研究内容。

生物超弱发光：任何有生命的物质都发射一种强度为10~104光子/cm2·s的超弱光子流，其发射光谱覆盖红外经可见到近紫外的宽谱区(200～800nm) 它是生命体原本具有的特征，是生命过程中的光子辐射，也叫生物系统的超弱光子辐射。

2、简述BPE的光谱范围。

为什么BPE光子携带生物系统的结构和功能信息？
BPE的光谱范围从紫外、可见到红外波段。

原因：它是生物系统的普遍现象，它与生物的（氧化代谢、细胞分裂、肿瘤产生、光合作用及细胞死亡等）重要过程有着内在的联系。

4、什么是医学光子学？其医学光子技术的内容主要集中在哪几个方面？
新兴的光子学和现代医学相结合形成了一个新的交叉学科生长点：医学光子学。

主要内容包括医学光子学基础和医学光子技术两大部分。

医学光子技术的内容主要集中在以下四个方面的内容：医学光
谱技术；医学成像技术；医用半导体激光及其应用；其他医用激光技术发展。

5、生物系统超弱发光通常包括哪两大部分？
自发超弱发光：自发的生物化学发光，与生物体的氧化代谢有关。

诱导超弱发光：外因诱导的发光，取决于光、电离辐射、超声、化学药物等外界因素的作用，又称为延迟发光。

7、简述生物系统自发超弱发光的光子来源于哪三个方面？（1）氧化代谢不断产生活性氧自由基，并由此产生单线态氧和激发态自基由（它受生物体内的抗氧化防御系统与免疫系统的影响）；
（2）酶促反应形成的激发态分子；
（3）集合效应形成的重要生物大分子(如DNA及其碱基)的激发态和激发态复合物。

8、什么是荧光探剂？荧光分析有哪些特点？
常用一些能发荧光的物质，与分子共价结合或标记在所要研究的分子或体系中的某一基团，利用它的荧光特性来提供研究对象的信息。

这些发荧光的物质分子就叫作外在荧光团，现在则普遍地叫它为荧光探剂
荧光分析的特点：灵敏度高；选择性强；试样量少；方法简便；能提供比较多的物理参数。

9、什么是共聚焦激光扫描荧光显微镜？
共聚焦激光扫描荧光显微镜（Confocal Laser Scanning Fluorescence Microscope；LSFM）——以激光作为激发光源，
采用光源针孔与检测针孔共轭聚焦技术，对样本进行断层扫描，以获得高分辨率光学切片的荧光显微镜系统。

10、简述激光共聚焦扫描显微镜有哪些功能特点？
1）多重荧光标记的定位：可对组织或细胞内两种以上的结构，同时进行荧光标记、同时定位、同时显示在一幅图像上。

2）光学切片—显微CT：可对固定的或活的组织及细胞进行连续的光学切片扫描。

3）三维重组：可对各个层面的光切图像进行三维重组，得出可旋转的三维结构图像。

4）时间序列扫描：可检测活组织或活细胞内被标记物浓度随时间的动态变化。

5）定量分析：可对二维图像进行荧光强度的定量。

6）图像处理：可对所采集的图像进行图像处理，以进一步提高图像的质量。

11、激光光谱有什么特点？激光光谱有哪几种？
极高的光谱和时间分辨率、灵敏度、精确度以及无损、安全、快速等优点。

激光光谱包括两大类：原子荧光光谱，分为共振荧光、非共振荧光及双原子荧光；分子荧光光谱。

医用激光荧光光谱主要是后一类。

12、医学光谱学主要包括哪几种光谱？
生物组织的自体荧光：药物荧光光谱；生物组织的拉曼光谱；生物组织的超快时间分辨光谱。

第九章细胞和分子层次的检测技术
7、什么是生物芯片？常用的生物芯片分为哪三类？生物芯片有何特点。

生物芯片（Microarray 或 Biochip）是近年来在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术，它主要是指通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测和分析。

常用的生物芯片分为三大类：蛋白质芯片Protein chips ( protein microarray )；基因芯片Gene chips （Gene microarray）；芯片实验系统Laboratory-on-a-chip（or Microfluidics-based chip）
生物芯片的主要特点：高通量；微型化；自动化。

8、什么是生物芯片？常用的生物芯片分为哪三类？生物芯片有何特点。

生物芯片（Microarray 或 Biochip）是近年来在生命科学领域
中迅速发展起来的一项高新技术，它主要是指通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测和分析。

常用的生物芯片分为三大类：蛋白质芯片Protein chips ( protein microarray )；基因芯片Gene chips （Gene microarray）；芯片实验系统Laboratory-on-a-chip（or Microfluidics-based chip）
生物芯片的主要特点：高通量；微型化；自动化。

13、简述激光共聚焦扫描显微镜有哪些功能特点？
1）多重荧光标记的定位：可对组织或细胞内两种以上的结构，同时进行荧光标记、同时定位、同时显示在一幅图像上。

2）光学切片—显微CT：可对固定的或活的组织及细胞进行连续的光学切片扫描。

3）三维重组：可对各个层面的光切图像进行三维重组，得出可旋转的三维结构图像。

4）时间序列扫描：可检测活组织或活细胞内被标记物浓度随时间的动态变化。

5）定量分析：可对二维图像进行荧光强度的定量。

6）图像处理：可对所采集的图像进行图像处理，以进一步提高图像的质量。

14、什么是共聚焦激光扫描荧光显微镜？
共聚焦激光扫描荧光显微镜（Confocal Laser Scanning Fluorescence Microscope；LSFM）——以激光作为激发光源，
采用光源针孔与检测针孔共轭聚焦技术，对样本进行断层扫描，以获得高分辨率光学切片的荧光显微镜系统。

什么是医学光子学？其医学光子技术的内容主要集中在哪几个方面？
新兴的光子学和现代医学相结合形成了一个新的交叉学科生长点：医学光子学。

主要内容包括医学光子学基础和医学光子技术两大部分。

医学光子技术的内容主要集中在以下四个方面的内容：医学光谱技术；医学成像技术；医用半导体激光及其应用；其他医用激光技术发展。

为什么组织测量可以作为直接血管内测量的补充？
在组织中放置一个传感器，使它直接接触组织液，可以测出组织液中的化学物质的浓度。

因为毛细血管暴露在组织液中，小分子和离子可以自由通过毛细血管壁扩散，因此组织液中的浓度几乎和循环血液中的浓度一样，所以组织测量可以作为直接血管内测量的补充。

5、画图并说明极谱法电流传感器原理。

图8.11 P381 P02电极是一个气体电极、是一种极谱法电极，氧的测量是基于电解氧的原理实现的。

电极前端是一个允许O2分子通过的透气膜，如图所示它是常用的克拉克PO2电极。

电极壳内由一个铂电极和一个银—氯化银电极浸在电解液（内充液）中，内充电解液的PH值稳定，其中含有KCL，它可增加电解液的电导，并参与离子导电。

在两级之间加有0.6V的极化电压。

在极化电压的作用下，进入内充液的氧被电解，电极上发。