第4章 MATLAB编程基础

第4章MATLAB编程基础M文件文件操作流程控制语句程序优化与调试基本绘图图像函数绘图（一）M文件MATLAB输入命令有两种方法：一是在MATLAB主窗口逐行输入命令，每个命令之间用分号或逗号分隔，每行可包含多个命令。二是将命令组织成一个命令语句文集，使用扩展名“.m”，称为M文件。它由一系列的命令和语句组成。当程序需要使用大量语句时，使用M文件非常方便，其编写和执行的效率远远高于从主窗口逐条输入语句的效率。启动M文件从命令窗口选择【新建】或【打开】，或在命令窗口输入“edit”脚本文件和函数文件脚本文件是一连串的MATLAB命令，它解决了运行指令较多时过于麻烦的问题，运行时只需在MATLAB命令窗口输入文件名或单击M文件编辑窗口的绿色三角图标。函数文件的第一句可执行语句是以function引导的定义语句。函数文件可以接受输入变量，返回结果，且可以返回任意多个值。事实上，MATLAB提供的函数命令大部分都是由函数文件定义的。函数文件基本格式function[返回参数列表]=函数名（输入变量）%函数定义行%H1行及帮助文档：解释此函数的功能输入、返回变量格式的检测函数主体及注释函数体语句例4-2编写一个函数文件，实现对输入数值求平方的功能。functiony=fun1(x)y=x.^2;

脚本文件和函数文件的比较脚本文件函数文件参数没有输入参数，没有返回参数可以接收和返回参数数据处理数据即为脚本中的数据，全局变量产生局部变量，但可设为全局变量应用编程执行一连串的命令可以扩充MATLAB函数库以供调用局部变量和全局变量

M文件中的语句对整个MATLAB工作空间里的变量起作用，这样的变量称为全局变量。局部变量是在函数体内部使用的变量，其影响范围只能在本函数体内，只在函数执行期间存在。脚本文件过程中产生的变量均为全局变量，保存在内存工作空间。函数文件中产生的变量如果不是特别声明均为局部变量。函数调用

函数调用有两种语法方式：函数名参数1参数2…参数N；[返回参数1，返回参数2，…，返回参数N]=函数名(参数1，参数2，…，参数M)。例4-4：举例说明两种参数传递方式。

>>A=pi;>>dispA

A%显示结果为A，参数A以字符串形式传递>>disp(A)

3.1416%显示结果为pi的值，参数以值进行传递。（二）文件操作1.打开文件fid=fopen（文件名，‘打开方式’）2.关闭文件关闭文件用fclose函数，调用格式为：sta＝fclose(fid)。3.在MATLAB中，读取二进制文件的命令是fread，其调用格式为：A=fread(fid,count,precision)

使用fread读取该文件后，得到的为代码对应的数值数组，使用char()命令可以将数值数组转换成程序代码。（三）MATLAB的流程控制语句通常MATLAB程序按照前后顺序执行，但在实际中，常会运到很多情况需要重复执行一段语句，多次写同一组命令非常麻烦，为此MATLAB提供了多种流控制语句：循环控制语句条件控制语句其它流程控制语句1.循环控制语句1）for循环语句

for语句执行固定次数的循环，将循环条件的初值、判别和变化放在循环的开头。for循环语句的一般形式是：for（计数器=初值：增量：终止值）执行语句，…，执行语句end2）while循环语句

while循环函数用于当循环过程不满足某个指定条件时终止的情况就，此时事先并不能确定循环的执行次数。while循环的格式为while(逻辑表达式)

执行语句end例：利用for循环求1！+2！+3！++5！的值

sum=0;fori=1:5pdr=1;fork=1:ipdr=pdr*k;endsum=sum+pdr;end例：找出近似级数

中误差大于1%之前的最大的x值（精确到小数点后两位位置）其MATLAB程序为：x=0;while(exp(x)-1-x-x^2/2-x^3/6<=0.01)x=x+0.01;enddisp(x-0.01)2.条件控制语句

1）if、else、elseif语句

if语句用来检查逻辑运算、逻辑函数、逻辑变量值等逻辑表达式的真假，若为真则执行if和else之间的执行语句，否则，转去执行另一分支。其格式为：

if逻辑表达式执行语句1else

执行语句2end例：分区间显示函数值functiony=f(x)ifx<0y=0;elseifx<1f=x;elseifx<2f=2-x;elsef=0;end2）switch语句switch函数的语法结构为：switch输入表达式（标量或字符串）

case条件语句1

执行语句1case条件语句2

执行语句2otherwise

执行语句nend例：根据用户要求找出数组x中的最大值、最小值或所有元素的和。t=[0:100];x=exp(-t).*sin(t);%给定数组xrequire=input('Typemin,max,orsum.','s')%用户输入要求require=lower(require);switchrequirecase'min'%分支判断通过比较字符串完成

minimum=min(x)case'max'maximum=max(x)case'sum'total=sum(x)otherwisedisp('Youhavenotenteredaproperrequirement')end3.其它流控制语句

1）input提示用户从键盘输入数值、字符串或表达式。常用的格式为：（1）a=input(‘Pleaseinputanumber：’)（2）a=input(‘Pleaseinputanumber：’，‘s’)2）keyboard命令使MATLAB暂停程序的运行并调用机器的键盘命令进行处理。处理完后，键入return，按回车键，程序将继续运行。3.其它流控制语句

3）pause命令使程序运行暂停，等待用户按任意键继续。pause(n)表示停止n秒后继续执行。4）break命令终止循环的执行，使程序不必等待循环的自然结束，而根据循环内部另设的条件是否满足来决定是否退出循环。5）还有一中情况是若发生错误时，跳过错误继续执行其余的循环体。此时可使用continue命令。。（四）MATLAB程序优化与调试提高程序效率、优化程序的方法：（1）矢量化操作：将循环程序等价为矢量或矩阵操作。MATLAB是矩阵语言，内部数据运算是基于矢量和矩阵的，矢量化操作可以加速程序的执行。（2）预分配矩阵空间：相比在循环语句中逐步增加矩阵的维数，预先定义矢量的方法能够提高程序的执行效率和内存使用率。（3）使用C-MEX文件：在必须使用for或while循环体时，为了提高执行效率，可以将循环部分的代码转化为C-MEX文件。（4）尽量使用函数文件：在MATLAB中，函数文件的效率一般比脚本文件的效率要高，这是由于函数文件有自己的工作空间，执行一次后仅保存程序运行必需的变量，并将函数编译成伪代码，下次调用时提高了效率。运行过程的错误类型一般包括两种：语法错误和运行错误。（1）语法错误：由于格式错误或算法错误导致程序不能正常运行。（2）运行错误：运行结果与预期效果不一致。其原因是多方面的，包括对算法理解不正确、误用指令或程序流控制不合理等。对于这种错误MATLAB不会给出错误信息，很难发现，需要跟踪调试才能找出问题。调试程序的方法：（1）将函数中被选定行的分号去掉，运算的中间结果就可以在控制窗口中显示，便于发现错误。（2）在选定的位置键入keyboard命令，以便将临时控制权交给键盘，这样就可以查询函数工作区，并可以根据需要改变变量的值。若要回到程序，输入return命令即可。（3）对于函数文件，在function语句前插入%，把函数文件变为脚本文件，工作空间就是基本工作空间，便于出现错误时可以查询。（4）在适当的位置利用命令显示变量值。利用disp命令或直接以变量名（不加分号）作为一行。（5）利用echoon和echooff显示执行的指令行，判断程序流是否正确。（6）还可以使用MATLAB编译器的debug菜单进行调试。（五）基本绘图

MATLAB提供强大的命令完成用图表来显示向量和矩阵，通过图形的线型、立面、色彩、光线、视角等属性的控制，可把数据的内在特征表现得淋漓尽致。三维曲面图Matlab绘图的一般步骤包括：（1）输入相应的数据信息，包括各种向量、矩阵等。（2）调用适当的绘图函数进行绘图，并对图形属性进行设置，包括坐标轴标注、线条的颜色、线型等以得到较理想的图形。（3）添加图形注释。在完成图表的基础外观并设置坐标轴属性后，还可以添加一些注释信息，如图表的标题、坐标轴的名称、图例和文字说明等。1.二维绘图在二维曲线绘图命令中，plot是最基本和最重要的指令其它许多特殊绘图指令都是以它为基础而形成的。（1）plot(X,Y)：基本格式，以y(x)的函数关系作出直角坐标图，如果y为n×m的矩阵，则以x为自变量，作出m条曲线。（2）plot(Y)：缺省自变量绘图格式，x为向量,以x元素值为纵坐标，以相应元素下标为横坐标绘图（3）plot(x1,y1,x2,y2)：绘制多条曲线（4）plot(X1,Y1,LineSpec1,X2,Y2,LineSpec2…)将按顺序分别画出由参数LineSpeci定义的（Xi,Yi）线条。可以混合使用三参数和二参数的形式，即：plot(X1,Y1,LineSpec1,X2,Y2,X3,Y3,LineSpec3)。参数LineSpec涉及线条的类型、色彩、标记符号，将在后文介绍。例：在[0,2]区间内绘制曲线y=2exp(-x)cos(2x)及其包络，并要求包络用红色虚线绘制。x=1:pi/50:2*pi;%规定向量x的取值范围及间距y=2*exp(-x).*cos(2*pi*x);y1=2*exp(-x);%y1为上包络，-y1为下包络plot(x,y,x,y1,':r',x,-y1,':r')表二维函数绘图函数用法函数用法loglog双对数坐标area面积图semilogxx轴对数刻度坐标pie扇形图polar极坐标图hist柱形图bar垂直条形图commet彗星图barh水平条形图stairs阶梯图errorbar误差条形图rose玫瑰花图semilogyy轴对数刻度坐标compass罗盘图例：分别作函数y=10exp(x)的双对数坐标和y轴对数坐标。

x=linspace(0,100);subplot(2,1,1)%划分子图loglog(x,10*exp(x))xlabel('x');ylabel('y');title('双对数图');subplot(2,1,2)semilogy(x,10*exp(x),'-s')xlabel('x');ylabel('y');title('y轴对数坐标');例4-15假定误差限为10%，产生一系列数字，并生成该数据的误差条形图。x=linspace(0,2*pi,60);%在指定的范围内均匀取值，取60个点y=10*cos(x);%产生数据e=0.1*y;%定义误差限errorbar(x,y,e)xlabel('x');ylabel('y');title('误差条形图')参数LineSpec涉及线条的类型、色彩、标记符号字母颜色标点线型

y黄色·点线

m粉红○圈线

c亮蓝××线

r大红＋＋字线

g绿色－实线

b蓝色星形线

w白色：虚线

k黑色－·(--)点划线例4-18设定曲线颜色、线型和标记等。t=0:pi/20:2*pi;plot(t,t.*cos(t),'-.r*')%由字符串'-.r*'传递曲线线型和颜色及线上标记holdonplot(t,sin(t-pi),':bs')plot(t,sin(2*t),'-mo','LineWidth',2,'MarkerEdgeColor','k','MarkerSize',12)%'LineWidth'改变线条宽度，'MarkerEdgeColor'设置标记颜色，'MarkerSize'设置标记大%小2.绘图标识绘制图形时MATLAB根据数据范围自动选择合适的坐标长度，用户还可以根据需要使用axis命令制定坐标刻度:axis([xminxmaxyminymaxzminzmax])：给出x、y、z的最小值和最大值来设置当前坐标轴的x轴、y轴和z轴的范围，系统按照给出的3个坐标轴的范围绘制合适的三维图。如果只给出4个参数，则是给定x轴和y轴的范围。grid：给二维或三维图形的坐标面增加分格线。其用法包括：

gridon：给当前的坐标轴增加分格线。

gridoff：从当前的坐标轴中去掉分格线。

grid：改变分格线的显示与否的状态。title：给当前图形加上标题。格式为title(‘string’)，在图形窗口顶端的中间位置放置字符串string作为标题xlabel、ylabel、zlabel：分别给x、y、z轴添加坐标轴标注，其用法与title一致。legend：在多种图形对象（线条图，条形图，饼形图等）的窗口中添加一个图例。对于每一线条，图例会在用户给定的文字标签旁边显示线条的线型，标记符号和颜色等。图例位置由几个因素决定，用户可以用鼠标拖动图例到恰当的位置，双击标签可以进入标签编辑状态。函数的一般调用形式为：

legend(‘string1’,‘string2’,…)：只要指定标注字符串，该函数就会按顺序把字符串添加到相应的曲线线型符号之后。text：在图形窗口的任意位置添加文本字符串。多次叠绘、双纵坐标和多子图1）一般来说，每执行一次绘图命令就刷新当前的图形窗口，原有的图形将被覆盖。若希望在已存在的图形上继续添加新的图形，可使用图形保持命令hold。-------多次绘制2）plotyy函数绘制双纵坐标图，它的调用方式为：

plotyy(x1,y1,x2,y2,fun1,fun2)：按左侧y轴的刻度对x1绘图，y2按右侧y轴的刻度对x2绘图。参数fun1和参数fun2可以是‘semilogx’、‘loglog’等表示刻度方式的字符串。若缺省参数fun1和fun2，则结果与使用plot命令相同。-------双纵坐标3）MATLAB中使用subplot函数完成多子图，subplot本身并没有绘图功能，只把当前图形窗口分隔成几个矩形部分，决定了如何分割图形窗口以及下一幅图将被放在哪个子窗口中。其调用格式为：

subplot(m,n,p)将一图形窗口分成m行n列的小窗口，并设置第p个子窗口为当前窗口。子窗口按行由左向右，自上而下进行编号。

------多子图例：将图形窗口分为三部分，其中上半部分为两个小窗口，下半部分为一个窗口。且在下部分绘制双纵坐标图。t=0:2/20:2;subplot(2,2,1)%将图形窗口分成两部分，并在上部分画图plot(t,exp(t),'-.r*',t,t.*sin(t-pi),':bs');legend('exp(t)','t.*sin(t-pi)')xlabel('t');ylabel('y');title('连续曲线')subplot(2,2,2)stem(t,t.*sin(t-pi))xlabel('t');ylabel('y');legend('t.*sin(t-pi)');title('离散曲线')subplot(2,1,2)plotyy(t,exp(t),t,exp(t),'plot','semilogy')%双纵坐标图xlabel('t');ylabel('exp(t)');title('双纵坐标')gridon3.三维绘图三维绘图的主要功能：绘制三维曲线图绘制三维曲面图、柱面图和球面图绘制三维等高线图视角控制三维绘图函数函数用法函数用法plot3三维曲线图pie3三维饼形图stem3三维离散序列图contour3三维等高线图surf表面图mesh网格图fill3三维填充多边形图sphere三维立体圆球图三维曲线图三维图形可以用命令plot3来绘制，该命令与plot类似，但是需要三个参数，其线型和颜色也可以指定，调用格式为：

plot3(x,y,z,LineSpec)：要求为相同大小的向量或矩阵。LineSpec字符串为可选项，当不设定LineSpec时以默认的线型属性三维曲线。当设定LineSpec时，就以LineSpec规定的线型属性绘制三维曲线。plot3绘制曲线的属性设定与plot函数一致。二维图形的所有基本特性对三维图形全都适用。[例]作三维柱面螺旋线。t=0:pi/50:10*pi;plot3(sin(t),cos(t),t,'b')三维曲面图当不需要绘制非常精细的三维曲面时，可以使用mesh函数：

mesh(X,Y,Z,c)：在XY确定的区域内绘制Z的网格图。一般来说X、Y、Z是维数相同的矩阵。，c用于指定不同高度下的颜色范围。c省略时，默认c=Z，即颜色正比于图形的高度。另外：meshc，用于绘制网格图和基本的等值线图；meshz，用于绘制包含零平面的网格图。surf函数：各线条之间的补面用颜色填充，调用格式与mesh函数一致。例:比较mesh和surf函数绘制的三维图形。[x,y]=meshgrid(0:0.1:2*pi);%将向量x，y转化为矩阵，矩阵的行是向量x%复制，矩阵的列是向量y的复制z=sin(x).*cos(y);mesh(x,y,z);figuresurf(x,y,z)[例马鞍面三维网线图。x=-4:0.1:4;y=x;[X,Y]=meshgrid(x,y);Z=X.^2-Y.^2;mesh(X,Y,Z)

例4—7图马鞍面网线图其中：meshgrid为三维绘图网线坐

[X，Y]=meshgrid(x,y)输入变量x,y为坐标范围向量，x的维数为m，y的维数为n，返回的是用于计算z=f(x,y)的坐标矩阵X、Y。X为m×n矩阵，各列均为向量x，Y也为m×n矩阵各行均为向量y。如下列命令：x=-2:2;y=x;[X,Y]=meshgrid(x,y)得到的X=-2-1012-2-1012-2-1012-2-1012-2-1012Y=-2-2-2-2-2-1-1-1-1-10000011111222223．三维曲面绘图曲面绘图函数surf的调用格式与mesh完全一样：surf（Z）Z为rn／n矩阵，z坐标为元素的值，x与y坐标为元素下标。surf（X，Y，Z）X，Y，Z分别为三维空间坐标位置矩阵，矩阵线数均为m×n。surf（x，y，Z）以向量x，y取代矩阵X、Y，向量x的维数为m，向量y的维数为n；，矩阵Z的维数为m×n。图4—8绘制三维陀螺椎面[例]绘制三维陀螺椎面。t1=0:0.1:0.9;t2=1:0.1:2;r=[t1,-t2+2];[X,Y,Z]=cylinder(r,30);surf(X,Y,Z);colormap(prism);grid;colormap(prism);grid;colormap(cool);grid;其中：cylinder为三维柱面坐标值计算函数，应用格式为：[X,Y,Z]=cylinder(r,N)输入变量r为各高度柱面上的半径值，可缺省，缺省值R=[11]；N为柱面圆周的等分数，缺省值N=20。返回变量X、Y、Z分别为三维绘图的坐标矩阵。surf的缺省色为hsv(饱和-渐变色图)；colormap为色图设定函数，colormap(hot)设定色图为hot（暖色色图），MATLAB中已备置的色图有：hsv饱和-渐变色图copper铜色色图hot暖色色图pink粉红色图gray灰度色图prism光谱色图cool冷色色图jet饱和-渐变色图Ⅱbone蓝色调灰色图flag红白蓝黑交替色图Peaks函数如peaks(8)peaks(25)例绘图程序见MATLABcontour3函数绘制三维空间等高线图，该命令生成一个定义在矩形栅格曲面上的三维等高线图，调用格式为：

contour3(Z)：画出三维空间角度观看矩阵Z的等高线图，其中Z的元素被当作是距离xy平面的高度，矩阵Z至少为22阶的。等高线的条数和高度是自动选择的,若[m,n]=size(Z)，则x轴的范围为[1:n]，y轴的范围为[1:m]。

contour3(X,Y,Z)、contour3(X,Y,Z,n)、contour3(X,Y,Z,v)：X与Y定义x轴与y轴的范围。若X为矩阵，则X(1,:)定义x轴的范围；若Y为矩阵，则Y(:,1)定义y轴的范围；若X与Y同时为矩阵，它们必须同型。函数sphere生成三维直角坐标系中的单位球体，其调用格式为：（1）sphere(n)：在当前坐标系中画出有nn个面的球体，默认情况下该单位球体由2020个面组成。（2）[X,Y,Z]=sphere(n)：返回球面坐标矩阵。该命令不绘制图形，只返回矩阵。可以用命令surf（X,Y,Z）或mesh（X,Y,Z）画出球体。视角控制视角就是指观察图形的方向，MATLAB中使用view指定立体图形的观察点，控制图形的视角。观察者（观察点）的位置决定了坐标轴的方向。

view(az,el)、view([az,el])：设置三维空间图形观察点。az是方位角，el为仰角。

view([x,y,z])：在直角坐标系中设置点（x,y,z）为视点。注意：输入参量只能是方括号的向量形式。（六）图像图像的类别：根据图像着色方法的不同，MATLAB的图像可以分为：索引图像、亮度图像和真彩色图像三种。

1.索引图像的数据矩阵为指向颜色表矩阵的索引号。如果索引图像的图像数据值为X(i,j)，颜色表数组为cmap，则每个图像像素的颜色就是cmap(X(i,j),:)。要求X中的数值必须是位于[1,length(cmap)]范围之内的整数。根据图像数据和颜色表，可以使用命令image(x)；colormap(cmap)来显示图像。2.亮度图像的图像数据矩阵表示图像的亮度值。该类型的图像通常用于显示由灰度或单色颜色表染色的图像，也可用于其它颜色表染色的图像。亮度图像对数据范围没有要求，但用户可以指定亮度图像的数据范围，并且将其作为指向颜色表的索引。如:images(X,[01]);colormap(gray)将X的值限制在[01]之间，0指向颜色表的第一个颜色，1指向颜色表的最后一个颜色，介于0和1之间的数据被用来作为指向颜色表中其它颜色的索引。省略[01]意味着不对X进行限定。3.真彩色图像通常由一个包含有效RGB值的的数组创建。该数组的行和列表明了像素的位置，也声明了图像中每一个像素的颜色值。由于真彩色图像已经将颜色信息包含在图像数据中，因此不需颜色表。真彩色图像的显示可用命令image(X)完成。图像的读写

1.不同类型的图像有固定的数据格式、着色类型，要在MATLAB中使用其它软件的图像，需要用imread函数读取该图像，将该图像的数据转换成MATLAB图像的数据格式:A=imread(filename,fmt):返回存放图像的变量名A，filename为图像的文件名，fmt为图像的类型，可以为JPEG、TIFF、BMP、PNG、HDF、PCX或XWD，A为由图像文件中读出并转化为MATLAB可识别图像格式的数据；2.函数imwrite用于把图像输出到文件，调用格式为:（1）imwrite(A,filename,fmt)：将参量A以fmt格式存为filename；（2）imwrite(…,filename)：将当前图像以文件名filename存储;（3）imwrite(…,‘ProName’,‘ProVal’)：根据属性名‘ProName’的值另存图像数据。（七）函数绘图对于给定的包含变量的函数，MATLAB也提供了简单的绘图功能。一元函数绘图二元函数绘图1.一元函数绘图fplot函数在指定的范围内画出一元函数y=f(x)的图形，一元函数可以为标准函数或是用户在m文件中自定义的函数，但不允许是内联函数。

fplot(‘function’,limits)：在指定的范围limits内画出函数名为function的一元函数图形。其中limits=[xminxmax]或[xminxmaxyminymax]。注意：fplot采用自适应步长控制来画出函数的示意图，在函数变化激烈的区间，采用小步长，否则采用大步长。例：绘制f(x)=sin(x)函数，x的区间范围为[0,2]。clear;x=0:pi/65:2*pi;%两种方法的采样点数相等subplot(1,2,1)plot(x,sin(x));title('等间距步长绘制sin（x）')subplot(1,2,2)fplot('sin(x)',[0,2*pi])[X,Y]=fplot('sin(x)',[0,2*pi]);title('自适应步长绘制sin（x）')2.二元函数绘图MATLAB中主要用mesh,surf命令绘制二元函数图形。例：画出函数的图形，

实验二M文件编程及图形处理一、实验目的1．学会编写MATLAB的M文件；2．熟悉无条件循环、条件循环及分支程序编写方法。3.学会利用MATLAB绘制二维和三维图形二、实验内容1．编写程序，计算1+3+5+7+…+(2n+1)的值（用input语句输入n值）。2．习题4-14-2.使用for函数编写一个程序实现sum(A)的功能，其中A为矩阵。4-3.编写一个函数文件，用于生成等比数列。4-7.设，，若N=2，，在四个子图中分别画出其曲线，并给出图例。4-8.绘制函数的三维曲面图，其中。，，4－9

3.

上机输入下列程序，生成图形：

（1）网格图的生成[x,y]=meshgrid(-5:0.1:1.5);z=exp(-(x.^2+y.^2));mesh(x,y,z);

（2）表面图的生成figuresubplot(121);[x,y,z]=peaks(30);surf(x,y,z);title('未经平滑的表面图');subplot(122);surf(x,y,z);shadingflat;title('经过平滑的表面图');MagneticResonanceImaging磁共振成像发生事件作者或公司磁共振发展史1946发现磁共振现象BlochPurcell1971发现肿瘤的T1、T2时间长Damadian1973做出两个充水试管MR图像Lauterbur1974活鼠的MR图像Lauterbur等1976人体胸部的MR图像Damadian1977初期的全身MR图像

Mallard1980磁共振装置商品化1989

0.15T永磁商用磁共振设备中国安科

2003诺贝尔奖金LauterburMansfierd时间MR成像基本原理实现人体磁共振成像的条件:人体内氢原子核是人体内最多的物质。最易受外加磁场的影响而发生磁共振现象(没有核辐射)有一个稳定的静磁场（磁体）梯度场和射频场：前者用于空间编码和选层，后者施加特定频率的射频脉冲，使之形成磁共振现象信号接收装置：各种线圈计算机系统：完成信号采集、传输、图像重建、后处理等

人体内的H核子可看作是自旋状态下的小星球。自然状态下，H核进动杂乱无章，磁性相互抵消zMyx进入静磁场后，H核磁矩发生规律性排列（正负方向），正负方向的磁矢量相互抵消后，少数正向排列（低能态）的H核合成总磁化矢量M，即为MR信号基础ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脉冲前的磁化矢量MzB:施加90度RF脉冲后的磁化矢量Mxy.并以Larmor频率横向施进C:90度脉冲对磁化矢量的作用。即M以螺旋运动的形式倾倒到横向平面ABC在这一过程中，产生能量

三、弛豫（Relaxation）回复“自由”的过程

1.

纵向弛豫（T1弛豫）：

M0（MZ）的恢复，“量变”高能态1H→低能态1H自旋—晶格弛豫、热弛豫

吸收RF光子能量（共振）低能态1H高能态1H

放出能量（光子，MRS）T1弛豫时间：

MZ恢复到M0的2/3所需的时间

T1愈小、M0恢复愈快T2弛豫时间：MXY丧失2/3所需的时间；T2愈大、同相位时间长MXY持续时间愈长MXY与ST1加权成像、T2加权成像

所谓的加权就是“突出”的意思

T1加权成像（T1WI）----突出组织T1弛豫（纵向弛豫）差别

T2加权成像（T2WI）----突出组织T2弛豫（横向弛豫）差别。

磁共振诊断基于此两种标准图像磁共振常规h检查必扫这两种标准图像.T1的长度在数百至数千毫秒（ms）范围T2值的长度在数十至数千毫秒（ms）范围

在同一个驰豫过程中,T2比T1短得多

如何观看MR图像：首先我们要分清图像上的各种标示。分清扫描序列、扫描部位、扫描层面。正常或异常的所在部位---即在同一层面观察、分析T1、T2加权像上信号改变。绝大部分病变T1WI是低信号、T2WI是高信号改变。只要熟悉扫描部位正常组织结构的信号表现，通常病变与正常组织不会混淆。一般的规律是T1WI看解剖,T2WI看病变。磁共振成像技术－－图像空间分辨力，对比分辨力一、如何确定MRI的来源（一）层面的选择1.MXY产生（1H共振）条件

RF=ω=γB02.梯度磁场Z（GZ）

GZ→B0→ω

不同频率的RF

特定层面1H激励、共振

3.层厚的影响因素

RF的带宽↓

GZ的强度↑层厚↓〈二〉体素信号的确定1、频率编码2、相位编码

M0↑--GZ、RF→相应层面MXY----------GY→沿Y方向1H有不同ω

各1H同相位MXY旋进速度不同同频率一定时间后→→GX→沿X方向1H有不同ω沿Y方向不同1H的MXYMXY旋进频率不同位置不同（相位不同）〈三〉空间定位及傅立叶转换

GZ----某一层面产生MXYGX----MXY旋进频率不同

GY----MXY旋进相位不同（不影响MXY大小）

↓某一层面不同的体素，有不同频率、相位

MRS（FID）第三节、磁共振检查技术检查技术产生图像的序列名产生图像的脉冲序列技术名TRA、COR、SAGT1WT2WSETR、TE…….梯度回波FFE快速自旋回波FSE压脂压水MRA短TR短TE－－T1W长TR长TE－－T2W增强MR最常用的技术是：多层、多回波的SE（spinecho，自旋回波）技术磁共振扫描时间参数：TR、TE磁共振扫描还有许多其他参数：层厚、层距、层数、矩阵等序列常规序列自旋回波（SE）,快速自旋回波（FSE）梯度回波（FE）反转恢复（IR），脂肪抑制（STIR）、水抑制（FLAIR）高级序列水成像（MRCP,MRU,MRM）血管造影（MRA,TOF2D/3D）三维成像（SPGR）弥散成像（DWI）关节运动分析是一种成像技术而非扫描序列自旋回波（SE）必扫序列图像清晰显示解剖结构目前只用于T1加权像快速自旋回波（FSE）必扫序列成像速度快多用于T2加权像梯度回波（GE）成像速度快对出血敏感T2加权像水抑制反转恢复（IR）水抑制（FLAIR）抑制自由水梗塞灶显示清晰判断病灶成份脂肪抑制反转恢复（IR）脂肪抑制（STIR）抑制脂肪信号判断病灶成分其它组织显示更清晰血管造影（MRA）无需造影剂TOF法PC法MIP投影动静脉分开显示水成像（MRCP，MRU，MRM）含水管道系统成像胆道MRCP泌尿路MRU椎管MRM主要用于诊断梗阻扩张超高空间分辨率扫描任意方位重建窄间距重建技术大大提高对小器官、小病灶的诊断能力三维梯度回波（SPGR） 早期诊断脑梗塞

弥散成像MRI的设备一、信号的产生、探测接受1.磁体（Magnet）:静磁场B0（Tesla,T）→组织净磁矩M0

永磁型（permanentmagnet）常导型（resistivemagnet）超导型（superconductingmagnet）磁体屏蔽（magnetshielding）2.梯度线圈（gradientcoil）:

形成X、Y、Z轴的磁场梯度功率、切换率3.射频系统（radio-frequencesystem，RF）

MR信号接收二、信号的处理和图象显示数模转换、计算机，等等；MRI技术的优势1、软组织分辨力强（判断组织特性）2、多方位成像3、流空效应（显示血管）4、无骨骼伪影5、无电离辐射，无碘过敏6、不断有新的成像技术MRI技术的禁忌证和限度1.禁忌证

体内弹片、金属异物各种金属置入：固定假牙、起搏器、血管夹、人造关节、支架等危重病人的生命监护系统、维持系统不能合作病人，早期妊娠，高热及散热障碍2.其他钙化显示相对较差空间分辨较差（体部，较同等CT）费用昂贵多数MR机检查时间较长1.病人必须去除一切金属物品，最好更衣，以免金属物被吸入磁体而影响磁场均匀度，甚或伤及病人。2.扫描过程中病人身体（皮肤）不要直接触碰磁体内壁及各种导线，防止病人灼伤。3.纹身（纹眉）、化妆品、染发等应事先去掉，因其可能会引起灼伤。4.病人应带耳塞，以防听力损伤。扫描注意事项颅脑MRI适应症颅内良恶性占位病变脑血管性疾病梗死、出血、动脉瘤、动静脉畸形（AVM）等颅脑外伤性疾病脑挫裂伤、外伤性颅内血肿等感染性疾病脑脓肿、化脓性脑膜炎、病毒性脑炎、结核等脱髓鞘性或变性类疾病多发性硬化（MS）等先天性畸形胼胝体发育不良、小脑扁桃体下疝畸形等脊柱和脊髓MRI适应证1.肿瘤性病变椎管类肿瘤（髓内、髓外硬膜内、硬膜外），椎骨肿瘤（转移性、原发性）2.炎症性疾病脊椎结核、骨髓炎、椎间盘感染、硬膜外脓肿、蛛网膜炎、脊髓炎等3.外伤骨折、脱位、椎间盘突出、椎管内血肿、脊髓损伤等4.脊柱退行性变和椎管狭窄症椎间盘变性、膨隆、突出、游离，各种原因椎管狭窄，术后改变，5.脊髓血管畸形和血管瘤6.脊髓脱髓鞘疾病（如MS），脊髓萎缩7.先天性畸形胸部MRI适应证呼吸系统对纵隔及肺门区病变显示良好，对肺部结构显示不如CT。胸廓入口病变及其上下比邻关系纵隔肿瘤和囊肿及其与大血管的关系其他较CT无明显优越性心脏及大血管大血管病变各类动脉瘤、腔静脉血栓等心脏及心包肿瘤，心包其他病变其他（如先心、各种心肌病等）较超声心动图无优势，应用不广腹部MRI适应证主要用于部分实质性器官的肿瘤性病变肝肿瘤性病变，提供鉴别信息胰腺肿瘤，有利小胰癌、胰岛细胞癌显示宫颈、宫体良恶性肿瘤及分期等，先天畸形肿瘤的定位（脏器上下缘附近）、分期胆道、尿路梗阻和肿瘤，MRCP，MRU直肠肿瘤骨与关节MRI适应证X线及CT的后续检查手段－－钙质显示差和空间分辨力部分情况可作首选：1.累及骨髓改变的骨病（早期骨缺血性坏死，早期骨髓炎、骨髓肿瘤或侵犯骨髓的肿瘤）2.结构复杂关节的损伤（膝、髋关节）3.形状复杂部位的检查（脊柱、骨盆等）软件登录界面软件扫描界面图像浏览界面胶片打印界面报告界面报告界面2合理应用抗菌药物预防手术部位感染概述外科手术部位感染的2/3发生在切口医疗费用的增加病人满意度下降导致感染、止血和疼痛一直是外科的三大挑战，止血和疼痛目前已较好解决感染仍是外科医生面临的重大问题，处理不当，将产生严重后果外科手术部位感染占院内感染的14%～16%，仅次于呼吸道感染和泌尿道感染，居院内感染第3位严重手术部位的感染——病人的灾难，医生的梦魇

预防手术部位感染（surgicalsiteinfection,SSI)

手术部位感染的40%–60%可以预防围手术期使用抗菌药物的目的外科医生的困惑★围手术期应用抗生素是预防什么感染？★哪些情况需要抗生素预防？★怎样选择抗生素？★什么时候开始用药？★抗生素要用多长时间？定义：指发生在切口或手术深部器官或腔隙的感染分类：切口浅部感染切口深部感染器官／腔隙感染一、SSI定义和分类二、SSI诊断标准——切口浅部感染

指术后30天内发生、仅累及皮肤及皮下组织的感染，并至少具备下述情况之一者：

1．切口浅层有脓性分泌物

2．切口浅层分泌物培养出细菌

3．具有下列症状体征之一：红热，肿胀，疼痛或压痛，因而医师将切口开放者（如培养阴性则不算感染）

4．由外科医师诊断为切口浅部SSI

注意：缝线脓点及戳孔周围感染不列为手术部位感染二、SSI诊断标准——切口深部感染

指术后30天内（如有人工植入物则为术后1年内）发生、累及切口深部筋膜及肌层的感染，并至少具备下述情况之一者：

1.切口深部流出脓液

2.切口深部自行裂开或由医师主动打开，且具备下列症状体征之一：①体温＞38℃；②局部疼痛或压痛

3.临床或经手术或病理组织学或影像学诊断，发现切口深部有脓肿

4.外科医师诊断为切口深部感染

注意：感染同时累及切口浅部及深部者，应列为深部感染

二、SSI诊断标准—器官／腔隙感染

指术后30天内（如有人工植入物★则术后1年内）、发生在手术曾涉及部位的器官或腔隙的感染，通过手术打开或其他手术处理，并至少具备以下情况之一者：

1.放置于器官/腔隙的引流管有脓性引流物

2.器官/腔隙的液体或组织培养有致病菌

3.经手术或病理组织学或影像学诊断器官/腔隙有脓肿

4.外科医师诊断为器官/腔隙感染

★人工植入物：指人工心脏瓣膜、人工血管、人工关节等二、SSI诊断标准—器官／腔隙感染

不同种类手术部位的器官/腔隙感染有：

腹部：腹腔内感染（腹膜炎，腹腔脓肿）生殖道：子宫内膜炎、盆腔炎、盆腔脓肿血管：静脉或动脉感染三、SSI的发生率美国1986年～1996年593344例手术中，发生SSI15523次，占2.62%英国1997年～2001年152所医院报告在74734例手术中，发生SSI3151例，占4.22%中国？SSI占院内感染的14～16%，仅次于呼吸道感染和泌尿道感染三、SSI的发生率SSI与部位：非腹部手术为2%～5%腹部手术可高达20%SSI与病人：入住ICU的机会增加60%再次入院的机会是未感染者的5倍SSI与切口类型：清洁伤口 1%～2%清洁有植入物 ＜5%可染伤口＜10%手术类别手术数SSI数感染率(%)小肠手术6466610.2大肠手术7116919.7子宫切除术71271722.4肝、胆管、胰手术1201512.5胆囊切除术8222.4不同种类手术的SSI发生率：三、SSI的发生率手术类别SSI数SSI类别（%）切口浅部切口深部器官/腔隙小肠手术6652.335.412.3大肠手术69158.426.315.3子宫切除术17278.813.57.6骨折开放复位12379.712.28.1不同种类手术的SSI类别：三、SSI的发生率延迟愈合疝内脏膨出脓肿，瘘形成。需要进一步处理这里感染将导致:延迟愈合疝内脏膨出脓肿、瘘形成需进一步处理四、SSI的后果四、SSI的后果在一些重大手术，器官/腔隙感染可占到1/3。SSI病人死亡的77%与感染有关，其中90%是器官/腔隙严重感染

——InfectControlandHospEpidemiol,1999,20(40:247-280SSI的死亡率是未感染者的2倍五、导致SSI的危险因素（1）病人因素：高龄、营养不良、糖尿病、肥胖、吸烟、其他部位有感染灶、已有细菌定植、免疫低下、低氧血症五、导致SSI的危险因素（2）术前因素：术前住院时间过长用剃刀剃毛、剃毛过早手术野卫生状况差（术前未很好沐浴）对有指征者未用抗生素预防五、导致SSI的危险因素（3）手术因素：手术时间长、术中发生明显污染置入人工材料、组织创伤大止血不彻底、局部积血积液存在死腔和/或失活组织留置引流术中低血压、大量输血刷手不彻底、消毒液使用不当器械敷料灭菌不彻底等手术特定时间是指在大量同种手术中处于第75百分位的手术持续时间其因手术种类不同而存在差异超过T越多，SSI机会越大五、导致SSI的危险因素（4）SSI危险指数（美国国家医院感染监测系统制定）：病人术前已有≥3种危险因素污染或污秽的手术切口手术持续时间超过该类手术的特定时间（T）

（或一般手术＞2h)六、预防SSI干预方法根据指南使用预防性抗菌药物正确脱毛方法缩短术前住院时间维持手术患者的正常体温血糖控制氧疗抗菌素的预防/治疗预防

在污染细菌接触宿主手术部位前给药治疗

在污染细菌接触宿主手术部位后给药

防患于未然六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用146预防和治疗性抗菌素使用目的：清洁手术：防止可能的外源污染可染手术：减少粘膜定植细菌的数量污染手术：清除已经污染宿主的细菌六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用147需植入假体，心脏手术、神外手术、血管外科手术等六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用预防性抗菌素使用指征：可染伤口(Clean-contaminatedwound)污染伤口（Contaminatedwound）清洁伤口（Cleanwound）但存在感染风险六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用外科预防性抗生素的应用：预防性抗生素对哪些病人有用?什么时候开始用药?抗生素种类选择?使用单次还是多次?采用怎样的给药途径？六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用预防性抗菌素显示有效的手术有：妇产科手术胃肠道手术(包括阑尾炎)口咽部手术腹部和肢体血管手术心脏手术骨科假体植入术开颅手术某些“清洁”手术六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用外科预防性抗生素的应用：预防性抗生素对哪些病人有用?什么时候开始用药?抗生素种类选择?使用单次还是多次?采用怎样的给药途径？六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用

理想的给药时间？目前还没有明确的证据表明最佳的给药时机研究显示：切皮前45～75min给药，SSI发生率最低，且不建议在切皮前30min内给药影响给药时间的因素:所选药物的代谢动力学特性手术中污染发生的可能时间病人的循环动力学状态止血带的使用剖宫产细菌在手术伤口接种后的生长动力学

手术过程

012345671hr2hrs6hrs1day3-5days细菌数logCFU/ml六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用153术后给药，细菌在手术伤口接种的生长动力学无改变

手术过程抗生素血肿血浆六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用Antibioticsinclot

手术过程

血浆中抗生素予以抗生素血块中抗生素血浆术前给药，可以有效抑制细菌在手术伤口的生长六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用155ClassenDC,etal..NEnglJMed1992;326:281切开前时间切开后时间予以抗生素切开六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用不同给药时间，手术伤口的感染率不同NEJM1992;326:281-6投药时间感染数（%）相对危险度(95%CI)早期（切皮前2-24h）36914(3.8%)6.7(2.9-14.7)4.3手术前（切皮前45-75min)170810(0.9%)1.0围手术期（切皮后3h内）2824(1.4%)2.4(0.9-7.9) 2.1手术后（切皮3h以上）48816(3.3%)5.8(2.6-12.3)

5.8全部284744(1.5%)似然比病人数六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用结论：抗生素在切皮前45-75min或麻醉诱导开始时给药，预防SSI效果好157六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用切口切开后，局部抗生素分布将受阻必须在切口切开前给药！！！抗菌素应在切皮前45～75min给药六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用外科预防性抗生素的应用：预防性抗生素对哪些病人有用?什么时候开始用药?抗生素种类选择?使用单次还是多次?采用怎样的给药途径？有效安全杀菌剂半衰期长相对窄谱廉价六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用抗生素的选择原则：各类手术最易引起SSI的病原菌及预防用药选择六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用

手术最可能的病原菌预防用药选择胆道手术革兰阴性杆菌，厌氧菌头孢呋辛或头孢哌酮或

(如脆弱类杆菌）头孢曲松阑尾手术革兰阴性杆菌，厌氧菌头孢呋辛或头孢噻肟；

(如脆弱类杆菌）＋甲硝唑结、直肠手术革兰阴性杆菌，厌氧菌头孢呋辛或头孢曲松或

(如脆弱类杆菌）头孢噻肟；＋甲硝唑泌尿外科手术革兰阴性杆菌头孢呋辛；环丙沙星妇产科手术革兰阴性杆菌，肠球菌头孢呋辛或头孢曲松或

B族链球菌，厌氧菌头孢噻肟；+甲硝唑莫西沙星（可单药应用）注:各种手术切口感染都可能由葡萄球菌引起六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用外科预防性抗生素的应用：预防性抗生素对哪些病人有用?什么时候开始用药?抗生素种类选择?使用单次还是多次?采用怎样的给药途径？六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用单次给药还是多次给药？没有证据显示多次给药比单次给药好伤口关闭后给药没有益处多数指南建议24小时内停药没有必要维持抗菌素治疗直到撤除尿管和引流管手术时间延长或术中出血量较大时可重复给药细菌污染定植感染一次性用药用药24h用药4872h数小时从十数小时到数十小时六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用用药时机不同，用药期限也应不同短时间预防性应用抗生素的优点：六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用减少毒副作用不易产生耐药菌株不易引起微生态紊乱减轻病人负担可以选用单价较高但效果较好的抗生素减少护理工作量药品消耗增加抗菌素相关并发症增加耐药抗菌素种类增加易引起脆弱芽孢杆菌肠炎MRSA（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）定植六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用延长抗菌素使用的缺点：六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用外科预防性抗生素的应用：预防性抗生素对哪些病人有用?什么时候开始用药?抗生素种类选择?使用单次还是多次?采用怎样的给药途径？正确的给药方法：六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用应静脉给药，2030min滴完肌注、口服存在吸收上的个体差异，不能保证血液和组织的药物浓度，不宜采用常用的-内酰胺类抗生素半衰期为12h，若手术超过３４h，应给第２个剂量，必要时还可用第３次可能有损伤肠管的手术，术前用抗菌药物准备肠道局部抗生素冲洗创腔或伤口无确切预防效果，不予提倡不应将日常全身性应用的抗生素应用于伤口局部（诱发高耐药）必要时可用新霉素、杆菌肽等抗生素缓释系统（PMMA—青大霉素骨水泥或胶原海绵)局部应用可能有一定益处六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用不提倡局部预防应用抗生素：时机不当时间太长选药不当，缺乏针对性六、预防SSI干预方法

——抗菌药物的应用预防用药易犯的错误：在开刀前45-75min之内投药按最新临床指南选药术后24小时内停药择期手术后一般无须继续使用抗生素大量对比研究证明，手术后继续用药数次或数天并不能降低手术后感染率若病人有明显感染高危因素或使用人工植入物，可再用1次或数次小结预防SSI干预方法

——正确的脱毛方法用脱毛剂、术前即刻备皮可有效减少SSI的发生手术部位脱毛方法与切口感染率的关系：备皮方法 剃毛备皮 5.6%

脱毛0.6%备皮时间 术前24小时前 ＞20%

术前24小时内 7.1%

术前即刻 3.1%方法/时间 术前即刻剪毛 1.8%

前1晚剪/剃毛 4.0%THANKYOUMagneticResonanceImagingPART01磁共振成像发生事件作者或公司磁共振发展史1946发现磁共振现象BlochPurcell1971发现肿瘤的T1、T2时间长Damadian1973做出两个充水试管MR图像Lauterbur1974活鼠的MR图像Lauterbur等1976人体胸部的MR图像Damadian1977初期的全身MR图像

Mallard1980磁共振装置商品化1989

0.15T永磁商用磁共振设备中国安科

2003诺贝尔奖金LauterburMansfierd时间PART02MR成像基本原理实现人体磁共振成像的条件:人体内氢原子核是人体内最多的物质。最易受外加磁场的影响而发生磁共振现象(没有核辐射)有一个稳定的静磁场（磁体）梯度场和射频场：前者用于空间编码和选层，后者施加特定频率的射频脉冲，使之形成磁共振现象信号接收装置：各种线圈计算机系统：完成信号采集、传输、图像重建、后处理等

人体内的H核子可看作是自旋状态下的小星球。自然状态下，H核进动杂乱无章，磁性相互抵消