2021年天津大學碩士研究生入學考試考研大綱

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生物醫學工程基礎
一、考試的總體要求
掌握生物醫學工程的基礎知識和基本理論，并能合理運用解決實際問題。
二、考試的內容及比例
考試內容分為 A、B、C、D 四個模塊，考生可任選其中一個模塊。A 模塊為醫學成像
基礎，B 模塊為醫用傳感基礎，C 模塊為生物醫學信號處理基礎，D 模塊為光學與光電基礎。
（一）A 模塊：醫學成像基礎
1. 傳統 X 射線成像
（1）X 射線物理基礎（X 線產生條件及性質；韌致輻射、特征輻射與其對應射線譜；
X 射線管的技術參數；X 線與物質的相互作用；X 線強度與硬度；X 線的硬化；X 線透射與
衰減）
（2）X 射線透視成像（傳統 X 射線成像原理、系統及方式；影響 X 射線成像質量的主
要因素；典型 H-D 曲線形態，其橫縱坐標及各參數含義；原發/客觀/主觀對比度概念，定義
公式，相關性推導；傳統 X 射線成像缺點）
（3）X 線影像質量評價（像素、分辨率、對比度的概念）
（4）經典 X 射線斷層成像（X 線斷層成像的基本原理）
（5）數字減影（數字剪影原理及方法；時序減影、能量減影、混和剪影原理；K 吸收
帶及 K 吸收邊緣法概念）
（6）數字化 X 線攝影（CR 成像原理、 DR 成像原理、二者區別與成像優點）
2. 計算機斷層成像
（1）X-CT 定義、成像參數和掃描方式（CT 成像概念；像素與體元概念；衰減系數與
CT 值定義；CT 與膠片分辨率差異及原因；窗口技術與窗寬、窗位定義；第一代到第五代
CT 特點）
（2）CT 圖像重建原理和方法（投影概念與實質；正弦圖概念及公式；CT 圖象重建方
法分類及典型代表算法比較；直接反投影重建法原理、計算及“灰霧”成因）
（3）CT 圖像顯示和質量評價方法（CT 圖像重建顯示的代表性圖像處理技術；CT 圖
像特點，與 X 射線透視影像的區別；CT 圖像質量參數、三種評價參數公式及表征）
（4）CT 裝置結構（CT 裝置組成；CT 機房要求）
3. 放射性核素成像
（1）放射性同位素及射線檢測物理基礎（放射性同位素概念、性質、衰變規律、在醫
學中的應用；粒子探測器各部分組成、定義、分類、特性等；放射線檢測前置放大器的作用）
（2）放射性同位素掃描與 γ 照相機（放射性核素成像概念；放射性同位素掃描原理、
結構；γ 照相機結構、工作原理；）
（3）ECT 成像（ECT 成像原理與分類；SPECT 分類、原理、組成、特點； PET 原理，
符合湮滅測量與飛行時間差作用、探測器類型、成像過程；PET 成像優缺點及主要應用）
4. 超聲波成像
（1）超聲波物理性質（超聲波產生及各種物理參數定義、公式；超聲波傳播和衰減特
性；超聲輻射聲場特性；超聲對生物媒質作用）
（2）醫用超聲換能器（超聲輻射聲場指向性、近場與遠場特性；超聲換能器的壓電效
應原理；超聲換能器結構）
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（3）超聲診斷儀原理（超聲波成像基本原理及優勢；超聲脈沖反射法/脈沖回波法原理；
脈沖工作頻率（波長）選取考慮因素，與脈沖重復頻率間的區別；超聲相控陣掃描原理；超
聲成像基本類型；超聲成像回波信號 e(t)公式及 TGC 原理；A 超、B 超、M 超在顯示方面
的區別）
（4）超聲 Doppler 診斷技術（Doppler 效應原理及公式；超聲 Doppler 血流速度測量主
要方法；連續波 Doppler 速度測量基本原理；脈沖波 Doppler 速度測量基本原理及特點；超
聲 Doppler 測量取得血流方向信息；彩色血流映射主要技術思路；運動目標顯示技術和相位
檢測基本知識）
5. 磁共振成像
（1）核磁共振現象（NMR）及其物理基礎（原子核磁矩、核磁子、自旋量子數定義；
核磁矩與自旋角動量關系；拉莫爾進動概念與進動頻率公式；力學動量矩原理；核磁矩的能
級分布與核磁共振現象原理）
（2）核磁共振（NMR）信號產生與檢測（宏觀磁化原理；引入射頻 RF 場原因；自由
感應衰減信號 FID 概念；馳豫時間檢測方法）
（3）NMR 成像方法（磁共振成像的基本原理；MRI 圖象重建方法）
（4）MRI 裝置（磁體系統；NMR 波譜儀；圖像重建和顯示系統）
（5）MRI 應用（臨床診斷應用范圍；MRI 與其它成像方法比較）
參考材料：
[1] 高上凱著, 醫學成像技術, 清華大學出版社, 2001 年 2 月
（二）B 模塊：醫用傳感基礎
1. 醫用傳感器基本概念
（1）醫用傳感器的定義
（2）醫用傳感器的分類與組成
（3）人體信息檢測的特殊性
（4）醫用傳感器的發展方向
2. 醫用傳感器的基本特性
（1）傳感器信息模型的建立
（2）傳感器的靜態特性
（3）傳感器的動態特性
3. 常用醫用傳感器工作原理
（1）電阻應變式傳感器
（2）電容式傳感器（電容式壓力傳感器、直流極化型電容傳感器、測量電路及分布電
容消除方法）
（3）變磁阻式傳感器（電桿傳感器差動變壓器式傳感器、變磁阻式傳感器的應用）
（4）電動式傳感器（附有力學系統的電動式傳感器、電磁血流量傳感器）
（5）壓電式傳感器和超聲換能器（換能器的結構與超聲場、壓電式傳感器、醫用壓電
超聲換能器、醫學超聲儀器）
（6）熱敏式傳感器(金屬熱電偶傳感器、熱敏電阻溫度傳感器、PN 結二極管和集成電
路溫度傳感器、熱釋電傳感器)
（7）光敏式傳感器（光電倍增管、光電導元件、光生伏特元件、光敏管、各種光敏傳
感器的性能比較）
（8）電化學與生物傳感器測量基礎（參比電極、離子選擇性電極及其應用、氣敏電極
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和氣體擴散電極）
4. 檢測生物電及電刺激生物體用電極
（1）極化現象及對生物電檢測的影響、不極化電極、電極的阻抗
（2）電極的運動偽差及市電干擾
（3）生物電檢測類宏電極的類型
（4）微電極
5. 生物傳感器及在醫學中的應用
（1）生物傳感器原理及典型應用
（2）酶電極原理及典型應用
（3）微生物傳感器原理及典型應用
（4）免疫傳感器原理及典型應用
（5）細胞器及組織傳感器典型應用
（6）多功能及微型生物片傳感器典型應用
參考材料：
[1] 《醫用傳感器與人體信息檢測》，作者：王明時，天津科學技術出版社
（三）C 模塊：生物醫學信號處理基礎
1. 生物醫學信號概論
（1）生物醫學信號處理目的
（2）典型的生物醫學信號及其特點
（3）生物醫學信號的數學表達（信號概率描述、數字特征以及信號平穩性與遍歷性）
（4）生物醫學信號通過線性系統
2. 數字信號處理的基本概念
（1）離散時間信號（典型離散信號、離散信號的運算）
（2）離散時間系統（離散時間系統的基本概念、輸入輸出關系
（3）Z 變換(Z 變換定義、Z 變換收斂域、Z 變換的性質
（4）離散時間系統的轉移函數、頻率響應、零極點分析
3. 生物醫學信號的數字濾波方法
（1）奈奎斯特采樣定律（掌握理想采樣、頻譜混疊、頻譜泄露、柵欄效應等概念以及
數字頻率、歸一化頻率、頻譜分辨率的計算）
（2）線性卷積與循環卷積（圖表法、公式法計算卷積）
（3）IIR 數字濾波器（掌握基本概念以及給定特性的濾波器設計）
（4）FIR 數字濾波器（掌握基本概念以及給定特性的濾波器設計）
（5）匹配濾波器（基本原理和構成、神經傳導速度測量用信號模型、非白噪聲背景下
的匹配濾波器、信號波形未知時的匹配濾波器構造方法）
4. 生物醫學信號的現代濾波方法
（1）信號功率譜（定義、非參數估計以及基于 DFT 的功率譜計算）
（2）維納濾波(原理及公式推倒、濾波器優化、時間離散的維納濾波器設計)
（3）參數模型（信號的成形濾波器、AR 模型階次估計、ARMA 模型參數估計）
（4）自適應濾波及其應用（自適應的概念和原理、LMS 自適應濾波器、自適應消噪聲、
自適應譜線增強和窄帶信號分離、自適應系統辨識）
參考材料：
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[1] 《數字信號處理導論》，作者：胡廣書，清華大學出版社 (2006-07)
[2] 《生物醫學信號處理》，作者： 楊福生 高上凱編著，高等教育出版社（1998－05)
（四）D 模塊：光學與光電基礎
1. 幾何光學基本定律與成像概念
（1）幾何光學基本定律：1）光的直線傳播定律 2）光的獨立傳播定律 3）反射定律和
折射定律（全反射及其應用） 4）費馬原理（最短光程原理）
（2）完善成像條件的概念和相關表述
（3）單個折射面的成像公式，包括垂軸放大率、軸向放大率、角放大率 γ、拉赫不變
量等公式。
（4）球面反射鏡成像公式
2. 理想光學系統
（1）無限遠的軸上（外）物點的共軛像點及光線、無限遠的軸上（外）像點的對應物
點及光線的性質，物（像）方焦距的計算公式
（2）物方主平面與像方主平面的性質，光學系統的節點及性質
（3）圖解法求像的方法
（4）解析法求像方法（牛頓公式、高斯公式）
（5）理想光學系統的放大率概念及公式
3. 光輻射探測器的理論基礎
（1）光電發射效應(外光電效應)
（2）半導體的光電效應（內光電效應）
（3）探測器中的噪聲
（4）探測器中的主要特性參數
4. 光電器件
（1）光電陰極
（2）光電管與光電倍增管的工作原理
（3）光電倍增管的主要特性參數
（4）結型光電器件原理
（5）硅光電二極管
參考材料：
[1] 《工程光學》，作者：郁道銀、談恒英主編，-3 版，機械工業出版社 (2011-06)
[2] 《光電技術》，作者：繆家鼎、徐文娟、牟同升編著，浙江大學出版社（1995－03)