高考申論題
111年
[醫學工程] 醫學工程概論
第 一 題
📖 題組：
生物力學與復建工程 (一)試說明人體肌肉骨骼系統中骨骼、肌肉及關節在生物力學上所扮演的功能特性。（5 分） (二)試描繪出金屬（如鋼）、高分子（如 PET）與生物組織（如肌腱）三種不同材料的應力-應變（Stress-Strain）關係圖，以說明三者的差異。（10 分） (三)請說明在設計外骨骼支架輔具的應用上，需要特別留意的風險與因應策略。（10 分）
生物力學與復建工程 (一)試說明人體肌肉骨骼系統中骨骼、肌肉及關節在生物力學上所扮演的功能特性。（5 分） (二)試描繪出金屬（如鋼）、高分子（如 PET）與生物組織（如肌腱）三種不同材料的應力-應變（Stress-Strain）關係圖，以說明三者的差異。（10 分） (三)請說明在設計外骨骼支架輔具的應用上，需要特別留意的風險與因應策略。（10 分）
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
試說明人體肌肉骨骼系統中骨骼、肌肉及關節在生物力學上所扮演的功能特性。（5 分）
思路引導 VIP
本題為生物力學的基礎概念題。考生應將人體骨骼肌肉系統類比為「機械力學系統」，分別從「剛體/槓桿（骨骼）」、「致動器/動力源（肌肉）」與「樞紐/運動學約束（關節）」三個物理與力學的維度切入，精準點出其力學功能。
小題 (二)
試描繪出金屬（如鋼）、高分子（如 PET）與生物組織（如肌腱）三種不同材料的應力-應變（Stress-Strain）關係圖，以說明三者的差異。（10 分）
思路引導 VIP
考生看到此題應先定義「應力（Stress）」與「應變（Strain）」的物理意義，並在腦海中構建以應變為X軸、應力為Y軸的座標圖。接著，針對三大材料的微觀結構差異，推導出其巨觀的力學曲線特徵：金屬的高剛性線性區、高分子的大塑性變形區，以及生物組織（肌腱）因膠原蛋白結構產生的獨特非線性「J型曲線（趾區效應）」。最後，需結合醫學工程視角，說明這些特性在臨床應用上的意義。
小題 (三)
請說明在設計外骨骼支架輔具的應用上，需要特別留意的風險與因應策略。（10 分）
思路引導 VIP
本題重點在於分析外骨骼輔具的人機互動介面。建議考生從「生物力學介面」、「硬體與控制系統」及「臨床生理限制」三個層次切入，並對應提出結合機構設計、感測器回饋與控制演算法的具體解決策略。