113年 高普考 高考三級 醫學工程 醫學儀表及測量 試卷

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113年公務人員高等考試三級考試試題
類 科
:
醫學工程
科 目
:
醫學儀表及測量
考試時間
:
2
小時
座號
:
※注意:可以使用電子計算器。
不必抄題,作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上,於本試題上作答者,不予計分。
本科目除專門名詞或數理公式外,應使用本國文字作答。
代號:
36440
頁次:
3
-
1
一、請就量測原理與電生理學回答下列問題:
請說明可興奮性細胞在靜止狀態(resting state)下,依 Goldman-
Hodgkin-Katz Equation 建立靜止膜電位(resting membrane potential)
的機制與影響因素。(5分)
請說明在適當刺激強度下,在可興奮性細胞細胞膜上產生動作電位
(action potential)的主要機制與畫出一個動作電位中的主要離子通道
電流變化引起的膜電位波型。(5分)
上述動作電位的機制在心臟組織細胞的活動,經由體表電極的量測紀
錄,稱為體表心電圖或心電圖(ECG),請說明如何利用電極貼片與導
程連接進行心電圖的量測,以獲得 Lead I、II、III 與aVR、aVL、與
aVF 等六個正面(the frontal-plane)的心電圖訊號與其等效電路連接。
(10 分)
在心電圖的量測中,可能產生的誤差來源有那些?通常可以透過那些
方法來降低可能的干擾?(5分)
二、臨床上需要針對身體內的一些化學或生物分子進行量測,所謂化學感測
器或生物感測器即是利用化學或物理原理,經過分子辨識或選擇性機制
將特定的分子濃度轉換為有等量相關的電訊號,以進行後續的分析與疾
病診斷與治療。特別是在加護病房中急重症患者的血液生化檢測如酸鹼
值(pH)、血氣分壓濃度(PO2、PCO2)、血容比(hematocrit)、總血紅
蛋白(total hemoglobin)、飽和血氧(O2saturation);電解質如鈉(Na+)、
鉀(K+)、鈣(Ca2+)、氯(Cl-)等離子濃度;代謝分子如血糖(glucose)、
乳酸(lactate)、肌酸酐(creatinine)、尿素(urea)等。
請就可用於上述提到不同生物分子檢測種類特性的生物感測器的原
理與感測器種類。(5分)
在目前市場上除了常見的血糖試片使用外,逐漸有植入連續血糖感測
系統的使用,請就血糖感測器的設計原理,說明在對於葡萄糖分子的
量測上生物辨識層的設計原理與改善沿革,(5分)對於植入式感測器
所需注意的重點。(5分)
代號:
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三、生醫電子量測儀表中經常需要前端的類比訊號處理介面電路,例如以運
算放大器(OPamplifier)進行生理訊號的放大與處理。請就下圖運算放
大器的等效電路模型。
試以圖-a 運算放大器的等效模型中的參數,說明一理想放大器具有的
規格特性。(5分)
在電生理訊號的前極放大量測應用中(如 EMG、EOG 等),如圖-b 因
電極存在的介面半電池電位(half-cell potential)造成 DC offset 為5v,
實際生理電位為 1v,試以一放大倍率(A 10 )的反相放大器電路
設計中的 Rf與Rb數值,以消除 DC offset 且不飽和 OPAmp 的輸出。
(5分)
在評估運算放大器的性能與介面電路的規格匹配時,面對高輸出阻抗
的訊號源,上題所選用的單一反相放大電路因輸入阻抗過低而不適
用,解決的方案為由兩個輸入源的隨藕器(voltage follower)與一個差
動放大器組成的 3-OPAmp 儀表放大器(instrumentation amplifier)。請
劃出此 3-OPAmp 的電路與說明其優點。(10 分)
圖-a 運算放大器等效電路模型與電路參數(輸入端 v1,v2,Rd,輸出端 vo,
Ro, z);放大器 A(gain)、BW(bandwidth)。圖-b Summing 放大器。
四、生醫資訊(biomedical informatics)著重於運用電腦科技來協助取得、組
織、儲存、分析、管理與使用生物、醫學、醫療上的資訊,以改善醫療
與生活品質。這個領域主要包含生物資訊(bio-informatics)與醫療資訊
(medical informatics)兩大應用領域。醫療資訊系統涉及醫院內部的組織
結構、管理模式、臨床作業流程及電腦軟硬體的規劃與應用,需要有較
科學化、系統化的開發方法與較工程化的開發步驟。
請說明這兩大領域的重點差異。(5分)
衛生福利部規劃整合該部 8司3署的重點服務內容,將透過「醫療
公衛數位基礎工程計畫」,「次世代醫療資訊系統計畫」,推動
「data for health」,請申論這三項計畫對醫療資訊系統與其加值應用的
重要內容與預期效益。(15 分)
v
1
v
2
d
o
b
kΩ
kΩ
10
kΩ
i
f
v
o
v
b
v
i
5
kΩ
圖
-
a
圖
-
b
+15 V
-
15 V
-
-
+
+
A
(
v
2-
v
1
)
v
o
代號:
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3
五、請回答下列問題:(10 分)
請就醫療儀器的風險分析標準方法「醫療器材風險管理」(ISO14971:
2019)進行安全防護設計基本概念說明。
有鑑於醫院資訊安全對醫療服務的重要性日益重要,新近衛生福利
部依資通安全責任等級分級辦法,公告醫院資通系統實施各項資安
防護基準作為實施之依據,「衛生福利部醫療領域資通系統資安防
護基準」試請說明相關醫療儀器資通系統與其他支援設施資通系統
的名詞定義:
⑴資安列管醫療儀器
⑵醫療資訊系統(healthcare information system, HIS)
⑶醫療影像儲傳系統(picture archiving and communication system,
PACS)
⑷醫療儀器資通系統
⑸醫療物聯網裝置(the internet of medical things, IoMT)
參酌 ISO 27001 資訊安全管理系統之方法論及 ISO/IEC 27005 2011 資
訊安全風險管理之機制,衛生福利部進一步制定「醫療領域關鍵基礎
設施―醫療儀器資產盤點及風險評估實作指引」作為風險評估框架。
試請就風險管理架構說明對應的管理原則、框架與過程。(10 分)
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