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1.什么是生物芯片？并请简要介绍其应用。生物芯片（biochip或bioarray）是根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测。狭义的生物芯片概念是指在一块玻璃片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物样品，然后由一种仪器收集信号，用计算机分析数据结果。生物芯片的最大用途在于疾病检测。如：A基因表达水平的检测，用基因芯片进行的表达水平检测可自动、快速地检测出成千上万个基因的表达情况。B基因诊断，从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。C药物筛选，利用基因芯片分析用药前后机体的不同组织、器官基因表达的差异。如果再cDNA表达文库得到的肽库制作肽芯片，则可以从众多的药物成分中筛选到起作用的部分物质。还有，利用RNA、单链DNA有很大的柔性，能形成复杂的空间结构，更有利与靶分子相结合，可将核酸库中的RNA或单链DNA固定在芯片上，然后与靶蛋白孵育，形成蛋白质-RNA或蛋白质-DNA复合物，可以筛选特异的药物蛋白或核酸。D个体化医疗，临床上，同样药物的剂量对病人甲有效可能对病人乙不起作用，而对病人丙则可能有副作用。E测序，基因芯片利用固定探针与样品进行分子杂交产生的杂交图谱而排列出待测样品的序列。F生物信息学研究，生物芯片对个体生物信息进行高速、并行采集和分析，将成为未来生物信息学研究中的一个重要信息采集和处理平台，成为基因组信息学研究的主要技术支撑。G在实际应用方面，生物芯片技术可广泛应用于疾病诊断和治疗、药物基因组图谱、药物筛选、中药物种鉴定、农作物的优育优选、司法鉴定、食品卫生监督、环境检测、国防等许多领域。它将为人类认识生命的起源、遗传、发育与进化、为人类疾病的诊断、治疗和防治开辟全新的途径，为生物大分子的全新设计和药物开发中先导化合物的快速筛选和药物基因组学研究提供技术支撑平台，总之，生物芯片技术在医学、生命科学、药业、农业、环境科学等凡与生命活动有关的领域中均具有重大的应用前景。2.为什么说物镜是显微镜系统最关键的部件？物镜是显微镜最重要的光学部件，利用光线使被检物体第一次成像，显微镜的放大作用主要取决于物镜，物镜质量的好坏直接影响显微镜映像质量，它是决定显微镜的分辨率和成像清晰程度的主要部件，因而直接关系和影响成像的质量和各项光学技术参数，是衡量一台显微镜质量的首要标准。3.通过计算说明理想状态下普通光学显微镜能够达到的横向分辨率。显微镜的分辨率的大小由物镜的分辨力来决定的，而物镜的分辨率又是由它的数值孔径和照明光线的波长决定的。当用普通的中央照明法（使光线均匀地透过标本的明视照明法）时，显微镜的分辨距离为d=0.61λ/NA。式中d——物镜的分辨距离，单位nm。λ——照明光线波长，单位nm。NA——物镜的数值孔径。例如油浸物镜的数值孔径为1.25，可见光波长范围为400~700nm，取其平均波长550nm，则d=270nm，约等于照明光线波长一半。一般地，用可见光照明的显微镜分辨率的极限是0.2μm。4.三维超声两种实现模式的区别?当前国内外三维超声图像的获得主要有两种实现模式：基于面阵探头模式和基于机械扫描模式。基于面阵探头的三维超声图像的成像模式通过控制二位面阵中的阵元发射超声束并实现空间的偏转，直接采集三维数据。面阵的每一个阵元都配置了相应的延迟线，采集数据时，只要控制不同的阵元的延迟时间就能改变波束的指向。基于机械扫描的三维超声图像的成像模式主要是由一组二维超声数据重建得到的，大致分为图像采集、三维重建和三维图像显示三个步骤。一般来说，二维超声探头被固定在特定装置内，依靠马达驱动超声探头扫描完成数据的采集，包括平行扫描、扇形扫描和旋转扫描三种方式。5.基于面阵探头的三维超声的特点?三维超声能够提供丰富的立体空间信息，弥补二维超声成像的不足，采用面阵探头，可以不用移动探头即可获得三维数据，比较快捷高效：1.面阵探头在水平和垂直方向上都有阵元，通过控制面阵探头中各个阵元的激励脉冲的时间延迟可以实现超声波束在三维空间里的偏转和聚焦，进而获取三维空间数据；2.面阵探头采用电子学的方法控制超声波束在三维空间的指向，无需移动探头即可获得三维超声图像；3.面阵探头在平面两哥垂直方向都有阵元，可以控制波束在两个方向上进行聚焦，提高了三维图像的空间分辨率。6.根据你目前所看的文献或完成到的课题，简述某一生物医学仪器（如US、CT、MR、PET等）的某一未来发展方向，并指出当前阶段限制其发展的主要技术难题，提出你的解决思路?CT成像技术包括为图像重建技术，采集技术以及建后处理技术等，并具备层面扫描的特征。就CT成像技术的发展而言，其早已向着多层CT，以及螺旋CT方向的转变，螺旋CT技术在实际扫描过程中，是通过不断扫描，患者进行匀速移动，在患者的“患区”做接连不断地旋转，进行数据的采集，以了解患者病患问题的根源，进而有的放矢地解决问题，从而帮助患者摆脱病痛。而对于螺旋CT而言，其高效的扫描方式，会对实际扫描产生良好促进作用。其虽具备一定优势性，但却也存在一定不足，如扫描床在实际扫描上是不断移动的，会造成图像错位现象。所以，针对这一情况，就应借助插值技术的优势特点，来对该问题而产生的后果进行弥补与改正，进而使图像能够回归于正确位置。7.简要说明某一功能磁共振成像方式（MRS、PWI、DWI、DTI、SWI、BOLD等）的主要原理、生物医学的应用或意义，并根据你目前的研究方向，提出几个实际可行的研究切入点。DPI（弥散张量成像）的原理：在完全均质的溶质中，分子向各方向的运动是相等的，此种弥散方式为各向同性，其向量分布轨迹成一球形，而另一种弥散是在非均一状态中，分子向各方向运动具有方向依靠性，分子向各方向弥散的距离不相等，称为各向异性，其向量分布轨迹成一椭圆形。如在大脑白质分子的弥散表现为各向异性，分子沿白质纤维通道方向的弥散速度快于垂直方向。应用：正常白质束成像，评价正常人脑的发育、脑梗死、人类免疫缺陷病毒、精神分裂症、神经性疾病、头部损伤等。肿瘤：将胶质瘤植入小鼠脊髓内并采维彩色编码的DTI成像。不仅能区分宿主的灰质，而且也能将肿瘤与宿主的灰白质明显区分开来，而对肿瘤边界的准确定位则是进行有效治疗的最重要临床依据之一。8.什么是超声造影成像？它有哪些重要的临床应用？超声造影原理：超声波遇见散射体(小于入射声波的界面)会发生散射，其散射的强弱与散射体的大小。形状及与周边组织的声阻抗差别相关。血液内尽管含有红细胞、白细胞、血小板等有形物质，但其声阻抗差很小，散射很微弱，所以在普通超声仪上无法显示。如果人为地在血液中加入声阻抗与血液截然不同的介质(微气泡)，则血液内的散射增强，出现云雾状的回声，这就是超声造影的基本原理。组织声学造影正是利用这一原理，静脉注入超声造影剂(含微气泡的溶液)，造影剂随血流灌注进入器官、组织，使器官、组织显影或显影增强，从而为临床诊断提供重要依据。临床应用：1.肝脏超声造影：肝动脉与门静脉两系统的供血加之肝脏的实质背景，使肝脏成为造影增强的最好靶器官。肝脏超声造影分为动脉相、门脉向及延迟相，根据病变不同的造影特点进行鉴别诊断。除有助于鉴别肝局灶性病变的性质外，肝脏造影还能发现一些常规超声上未能发现的小病灶，并在肝脏肿瘤介入治疗及疗效评估方面，超声造影也呈现其独特的优势。2.心脏超声造影(1)检测心肌梗死区及冠心病心肌缺血区。(2)测定冠状动脉血流储备。(3)评价心肌存活性。(4)评级心脏结构的完整性。3.肾脏超声造影：肾脏超声造影的临床应用研究主要集中在三个方面：(1)评价肾脏的血流灌注情况；(2)用于改善肾动脉狭窄时主肾动脉的显示；(3)应用于部分肾脏肿瘤的诊断与鉴别诊断。此外，超声造影尚可用于胰腺、脾、腹部外伤、妇科、浅表器官、周围血管等疾病的诊断与鉴别诊断。9.介入手术与传统手术有什么不同？试论医学影像在其中所取作用。介入治疗是是利用现代高科技手段进行的一种微创性治疗——就是在医学影像设备的引导下，将特制的导管，导丝等精密器械，引入人体，对体内病态进行诊断和局部治疗。介入治疗应用数字技术，扩大了医生的视野，借助导管，导丝延长了医生的双手，它的切口（穿刺点），仅有米粒大小，不用切开人体组织，就可治疗许多过去无法治疗，必须手术治疗或内科治疗疗效欠佳的疾病，如肿瘤，血管瘤，各种出血等。介入治疗具有不开刀，创伤小，恢复快，效果好的特点，是未来医学的发展趋势。医学影像技术可以在介入手术中起到定位、手术导航的作用。以病人自身的CT、MRI等影像学资料为数据源，通过建立虚拟现实空间，结合三维可视化技术使医生在手术前能够模拟手术中的关键步骤，并在此基础上，再借助光学定位仪。在手术中实时跟踪手术器械相对脑组织和病变的位置关系，从而达到辅助医生进行手术操作的目的。10.请简述CT成像原理。CT是用X线对人体检查部位一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digitalconverter）转为数字信号，输入计算机处理。图像形成的处理有如将选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel）。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digitalmatrix）。数字矩阵可存储于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器（digital/analogconverter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像。原理：在CT成像中物体对X线的吸收起主要作用，在一均匀物体中，X线的衰减服从指数规律。11.请简述SPECT与PET缩写代表的意义，以及两者的异同。SPECT:Single-PhotonEmissionComputedTomography，单光子发射计算机断层成像术。PET:PositronEmissionTomography，正电子发射断层成像术。SPECT与PET是核医学的两种CT技术，统称为发射型计算机断层成像术。PET与SPECT之间有相同之处，也有差异。相同之处在于两者都是利用放射性核素的示踪原理进行显像，皆属于功能显像的范畴，显像结果也都表现为阴性显像或阳性显像。但两者也存在明显的差异，这主要表现在所用的显像剂和扫描仪方面。（1）在显像剂方面，PET所用显像剂较SPECT更具“生理性”。（2）在扫描仪方面，PET采用多环探测器、电子准直、BGO小晶体模块，而SPECT采用平面单探头或多探头、机械准直、碘化钠晶体，故PET的探测灵敏度和分辨率明显高于SPECT；（3）图像质量方面，PET明显高于SPECT；（4）PET可行准确的衰减校正，还可以进行准确的绝对定量，SPECT在衰减校正及定量准确方面均不如PET。（5）运行成本PET明显高于SPECT。12.请解释什么是康普顿散射？在PET成像过程中，有两个环节会发生康普顿散射，是哪两个环节，康普顿散射在其中各自对成像产生什么影响？康普顿散射：X射线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射后，光的散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外，还有波长较长的成分，这种散射现象称为康普顿散射或康普顿效应。环节1：PET中γ射线穿过人体过程中与人体原子发生康普顿散射，可加大人体照射γ射线量，并降低图像对比度；环节2：γ光子遇到探测器时与探测器晶体发生康普顿散射，可降低图像质量。13.基于机械扫描和基于二维面阵的三维超声异同点。相同处：均需要原始图像数据采集、图像数据后处理、三维图像重建和三维图像显示四个步骤。不同处：机械扫描：将探头固定在机械装置上由计算机控制电动马达，带动探头做某种拟定形式的运动，主要有三种形式：平行扫描、扇形扫描、旋转扫描。在机械驱动扫描中，探头具有预先设定的逻辑运动轨迹，计算机容易对所获得的每帧二维图像进行空间定位，数据处理及三维成像速