第一章 检测与转换技术基础

检测与转换技术教师：马忠丽办公地点：31号教学楼307实验地点：31-301-1室电话：82519403,130399974272023/7/301课程主要目的了解常用传感器的工作原理掌握常用传感器的应用电路学会设计和调试常用传感器信号调理电路学会设计和调试常用信号检测电路了解测控系统的设计方法2023/7/302课程主要内容检测与转换技术基础理论。温度、压力、流量、物位等初级传感器的工作原理及应用。电阻式传感器的工作原理及应用。电阻式传感器的信号调理电路。变电抗式和磁电式传感器的工作原理及应用。变电抗式和磁电式传感器的信号调理电路。有源传感器工作原理及应用。数字式传感器工作原理及应用。其它常用信号调理电路,括：阻抗匹配电路，谐振电路等。2023/7/303课程主要参考书籍

马忠丽.信号检测与转换实验技术[M].黑龙江教育出版社,2008.6.高延滨.检测与转换技术[M].黑龙江教育哈尔滨工程大学出版社,2007.6.颜本慈.自动检测技术[M].北京:国防工业出社,1994.1.王仲生.智能检测与控制技术[M].西安:西北工业大学出版社,2002.9.常健生.检测与转换技术[M].北京:机械工业出版社,1999.5.王家桢等.传感器与变送器[M].北京:清华大学出版2023/7/304课程主要参考网站

../jc//auto/ckcg/jxzy/ckzl.asp/csjs/Course/Index.htm2023/7/305课程考核办法30%平时：到课、作业、课堂问答70%期末考试2023/7/306第一章检测与转换技术理论基础主要内容：绪论测量与测量方法检测仪表测量误差与数据处理（自学）传感器知识概述2023/7/307重点和难点：信号分类与特征检测仪表基本性能测量误差估计与处理传感器性能及构成2023/7/3081.1绪论1.1.1课程主要内容

什么是检测与转换技术？检测与转换技术：是自动检测技术和自动转换技术的总称，是以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换、信号处理以及信息传输的理论和技术为主要内容的一门应用技术学科。2023/7/309信息提取：是指从自然界诸多的被测量（物理量、化学量、生物量与社会量）中提取出有用的信息（一般是电信号），以便组成自动检测系统。信息转换：是将所提取出的有用信息进行电量形式、幅值、功率等的转换，为了适应下一单元的需要和满足精确度的需要。在此需要对信息提取及转换过程中引入的干扰进行补偿。信息处理：视输出环节的需要，可将变换后的电信号进行数字运算（求均值、极值等）、模拟量-数字量变换等处理。信息传输：在排除干扰的情况下经济地、准确无误地把信息进行远、近距离的传递。2023/7/3010被测对象传感器信号调理信号转换微处理器信号转换信号调理执行器被控对象显示器存贮记录数据处理数据分析远程传输典型检测与转换系统基本组成2023/7/3011

检测技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，在国民经济中占有重要地位和作用。1.1.2检测与转换技术应用2023/7/3012汽车中的检测技术：2023/7/3013鼠标:光电位移传感器摄象头:CCD传感器声位笔:超声波传感器麦克风:电容传声器声卡:A/D卡+D/A卡计算机中的检测技术：2023/7/3014日常生活中的检测技术(????)

家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管办公商务：可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD扫描仪：文档扫描---线阵CCD红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：电子血压计：血压检测---压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪---离子传感器2023/7/3015检测与转换技术应用实例Pipelinetesting

长输油管道内部缺陷检测2023/7/3016

a)普通磁铁磁场分b)管道壁无缺陷时磁场分布c)管道壁有缺陷时磁场分布图漏磁通形成原理图MFL（Magneticfluxleakage）检测技术：2023/7/3017管道内部缺陷检测信息流图2023/7/3018管道缺陷霍尔传感器信号调理及转换电路微处理器缺陷识别数据存储特征提取数据分析数据传输压力传感器角度传感器里程仪管道压力检测器旋转角度检测器行进距离加速度仪检测器运行速度离计算机数据融合图漏磁法用于管道内部缺陷检测的系统结构图2023/7/3019漏磁分布b)模型c)实物图检测器实物图2023/7/30201.2测量与测量方法

1.2.1工业检测技术涉及内容

热工量：机械量：几何量：物体的性质和成分量：状态量：电工量（电工学学习）：2023/7/30211.静态信号和动态信号1.2.2信号分类与特征根据信号不同特点，可将信号分为：静态信号和动态信号，确定性信号和非确定性信号、周期信号与非周期信号、连续信号和离散信号、功率信号和能量信号等。一信号分类2023/7/30222.确定性信号和非确定性信号(随机信号)

动态信号确定性信号随机信号周期信号非周期信号平稳信号非平稳信号简谐信号复杂周期信号准周期信号瞬变信号2023/7/3023简谐信号(Harmonicsignal)

（正弦或余弦）:

3.周期信号和非周期信号确定性信号可以分为周期信号（Periodicsignal）和非周期信号（Non-periodicsignal）两类。1）.周期信号2023/7/3024复杂周期信号(Complexperiodicsignal)：由两个或两个以上的简谐信号叠加而成。它具有一个最长的基本重复周期，与该基本周期频率一致的谐波称为基波，其他频率为基波整数倍的谐波称为高次谐波。可表示为：2023/7/3025准周期信号(Quasi-periodicsignal)：由一些不同频率的简谐信号合成，可用下式描述：瞬变信号(Transientsignal)

：指冲击信号或持续时间很短的衰减信号。2）非周期信号非周期信号是指在时间上永远不会重复的信号。非周期信号又分为准周期信号和瞬变信号。2023/7/3026复杂周期信号与准周期信号区别是什么？下面信号分别是什么信号？为什么？作业一2023/7/30274.连续信号和离散信号1）连续信号（Continuoussignal）：是指除个别不连续点外，信号在所讨论的时间段内的任意时间点都有确定的函数值。模拟信号连续信号2023/7/3028量化信号2023/7/30292）离散信号（Discretesignal）：信号只在离散时间瞬间才有定义。也常称为序列。此处“离散”是指在某些不连续的时间瞬间给出函数值，在其它时间没有定义。2023/7/3030二信号特征1.周期信号特征

1）周期性信号分解：

结论：周期信号可以由一个常值分量和无穷多个不同幅值和相角的余弦波（或正弦波）叠加而成。

2023/7/3031傅里叶级数系数之间的关系2023/7/30322）周期性信号频谱信号的幅度频谱：信号的相位频谱：幅度谱和相位谱通称为信号频谱。周期信号的频谱实际上就是它的直流、基波、以及各个谐波分量的幅度和相位随频率的分布情况，或者说是它的各种频率分量的分布情况。

幅度谱和相位谱频谱图：2023/7/3033频带：原始信号的能量一般集中在频率较低范围内。频谱中该有效频率范围称为信号的频带。(1)离散性。(2)谐波性。(3)收敛性。2023/7/30343）周期信号的对称性与傅里叶系数

当周期信号具有某种对称性时，在傅里叶级数展开过程中，傅里叶系数的计算大为简化。2023/7/3035作业二求图所示方波信号的傅里叶级数：2023/7/3036画出下列时域图对应的频谱图：作业三2023/7/30372.非周期信号特征

周期信号T增加，谱线间隔变小，频谱线变密，各分量振幅减小，但频谱形状不变。当T→∞，每个频率分量幅度变为无穷小，而频率分量有无穷多个。周期信号的离散频谱变为非周期信号的连续频谱。2023/7/3038非周期信号存在傅里叶变换的条件需要满足下列狄里赫利条件：

1．信号x(t)绝对可积，即

按

所以

存在傅里叶变换。2．在任意有限区间内，信号x(t)只有有限个最大值和最小值。3．在任意有限区间内，信号x(t)，仅有有限个不连续点，而且在这些点都必须是有限值。上列第一条是充分条件但不一定必要，第二、三条是必要条件量不充分。2023/7/3039傅里叶变换对表明：信号的时域表达式和频域表达式可以相互转化。如果知道了信号的时域表达式，则可以通过傅里叶变换在频率域来描述；反之，如果知道了信号的频域表达式，则可以通过傅里叶反变换在时间域来描述。是一个信号在不同域中的表达式。2023/7/3040作业四求单位冲激函数δ(t)的频谱。注：单位冲激函数δ(t)也称狄拉克函数或δ函数，其定义是：在t≠0时，函数值均为0；在t=0处，函数值为无穷大，而脉冲面积为1。2023/7/30411.2.3测量的概念测量是一切科学的开始——门捷列夫2023/7/3042

利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程。测量定义：平衡、比较、读数2023/7/3043测量过程用数学形式表述如下：上式中，x是被测量，u是所选定的被测量的单位，p在被选单位下的被测量的比值。测量过程中的三个重要因素是：测量单位（Measurementunit）测量方法（Measurementmethod）和测量器具（Measurementequipment）。2023/7/30441.2.3测量的方法一个测量过程要经过比较、平衡、读数三步来完成。在实际工作中，可采用多种测量方法：等精度测量和不等精度测量；直接测量和间接测量；接触和非接触测量；离线测量和在线测量；偏差测量、零位测量和微差测量；动态测量和静态测量。2023/7/3045等精度测量（Equallyaccuratemeasurement）：

在测量过程中，使影响测量误差的各因素（环境条件、仪器仪表、测量人员、测量方法等）保持不变，对同一被测量在短时间内进行次数相同的重复测量。这种方法获得的测量结果的可靠程度是相同的，常用于通常工程技术测量中。

不等精度测量（Nonequallyaccuratemeasurement）：在测量过程中，测量环境条件有部分不相同或全部不相同，如测量仪器精度、重复测量次数、测量人员熟练程度等有了变化，这种方法获得的测量结果的可靠程度显然不同。

2023/7/3046偏差测量：用仪表指针相对于刻度尺的位移(偏差)的大小来直接表示被测量的数值。例：指针式仪表

零位测量：用仪表的指零机构来衡量被测量与标准量是否处于平衡状态。

例：天平称重

微差测量：将偏差法和零位法组合起来的一种测量方法。

例：不平衡电桥测量电阻(应变电阻的测量)

2023/7/3047直接测量：用事先分度(标定)好的测量仪表、量具对被测量进行测量

例：电子卡尺间接测量：用测量仪表、量具测出与被测量有确定函数关系的其他几个物理量，然后将测得的数值代入函数关系式，计算出所求的被测物理量。

例：阿基米德测量皇冠的比重2023/7/3048接触式测量：测量仪器直接与被测物体接触

非接触式测量：测量仪器不与被测物体接触

车载电子警察体温计测温2023/7/3049静态测量：被测量随时间不变化或缓慢变化动态测量：被测值本身随时间快速变化

地震测量振动波形便携式仪表可以显示波形2023/7/3050离线测量（Offlinemeasurement）：测量人员在规定的时间内反复读出一个或多个测量仪表的数据，并将这些数据记录在有关表格或者存放到某些数据存储载体之后，再将这些数据输入计算机进行分析处理。

在线测量（Onlinemeasurement）：把测量仪表测得的信号直接送入到计算机中进行处理、识别并给出检测结果。

离线：产品质量检验

在线：在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度。2023/7/3051自学！！！！

1.2.4测量误差2023/7/30521.测量误差来源有那些？2.按误差出现的规律，测量误差分哪几类？3.举例说明什么是系统误差、随机误差、粗大误差以及他们的特点。4.对某量进行多次重复的等精度测量，测量次数为10次，在不考虑系统误差和粗大误差的情况下，测量结果如下，试求标准误差和极限误差，并写出测量结果表达式。123.95,123.45,123.60,123.60,123.87,123.88,123.00,123.85,123.82,123.60作业五2023/7/3053偏差特别大弹着点接近正态分布弹着点均偏向右上侧6.根据下图说明误差特点是什么？5.什么是测量的精确度？请从精确度角度说明下图测量的特点？2023/7/30541.3.1检测仪表的基本组成

1.检测仪表通常由：传感器、变换器、显示器以及连接各环节的传输通道。1.3检测仪表被测对象传感器变换器显示器传感器：感受被测量变化。变换器：对传感器输出信号进行变换。显示器：记录显示。传输通道：给各环节的输入、输出信号提供通路。2023/7/30551.3.2检测仪表的基本性能1.量程：测量范围的上限值和下限值的代数差

2.误差：包括基本误差和附加误差

技术指标：1)绝对误差（Absoluteerror）：客观真实值（未知）①约定真值：是一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量值之平均值作为约定真值。

②相对真值：高一级的标准器或仪表的示值为低一级仪表的示值的相对真值2023/7/3056思考1：某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？2023/7/30572)相对误差:仪表指示值的绝对误差与被测量的真值的比值.测量值x近似代替约定真值x0进行计算：实际相对误差（Actualrelativeerror）

示值相对误差（Indicationrelativeerror）

2023/7/3058思考2：用高压表测量1000v电压，测得值为1005v；用电压表测量100V电压，测得值为105V；用温度计测量200℃炉温，测得值为205℃,试比较三种仪表的测量误差。2023/7/30593）引用误差（Quotederror）：仪表指示值绝对误差与仪表量程B的比值：最大引用误差：2023/7/30603.精度等级（Precisiongrade）：

工业仪表即以允许引用误差值的大小来划分精度等级，并规定用允许引用误差去掉百分号(％)后的数字来表示精度等级。国家规定电工仪表精度等级分0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七级。表仪表的准确度等级和基本误差仪表在出厂检验时，其示值的最大引用误差不能超过规定的允许值，此值称为允许引用误差，记为Q。2023/7/3061一个精度等级为0.5级的电压表，量程为0-300V，当测量值分别为300V，200V，100V时，试求测量值的最大绝对误差和示值相对误差。作业六2023/7/30624)灵敏度（Sensitivity）与分辨力（Resolution）：灵敏度：指稳态时仪表的单位输入量变化所引起的输出量的变化。仪表灵敏度高，精度可以提高，但过高的灵敏度会带来读数不稳定的影响。

a)静态特性曲线是直线b)静态特性曲线不是直线图仪表的灵敏度静态特性曲线2023/7/3063分辨力：是指测量仪表能够检测出被测信号最小变化量的能力。分辨率：分辨力除以仪表的满度量程数字式仪表：一般认为仪表最后一位所表示的数值就是它的分辨力思考3：右图所示的数字式温度计分辨力是多少？2023/7/30645)迟滞性（Hysteresis）：指当输入量上升和下降时，对于同一输入值的仪表两相应输出示值之间的代数差。迟滞性表明仪表检验时所得输入量增大的上升曲线和返回的下降曲线出现的不重合现象。2023/7/30656)线性度（Linearity）：也称为非线性误差。当仪表理论特性曲线为直线时，仪表实际特性曲线与理论特性曲线的符合程度。2023/7/3066例如：采用连接特性曲线上、下限值两端点的直线作基准，以特性曲线与端基直线之间的最大偏差值之比来衡量线性度，称为端基线性度。

作图法求端基直线线性度演示

1—拟合曲线（端基直线）2—实际特性曲线2023/7/3067例如：最小二乘线性度最小二乘法（又称最小平方法）一种常用的数学方法。当在试验观测中获得了自变量与因变量的若干个对应数据(xi,yi)时,要找出一个已知类型的函数yLi=f(xi),使得yi和yLi偏差平方之和最小。最小二乘两个缺陷：当模型噪声是有色噪声时，最小二乘估计不是无偏、一致估计；随着数据的增长，将出现所谓的“数据饱和”现象。针对这两个问题，出现了相应的辨识算法，如遗忘因子法、限定记忆法、偏差补偿法、增广最小二乘、广义最小二乘、辅助变量法、二步法及多级最小二乘法等。2023/7/3068已知一组测量数据：x=1,2,3,4,5;y=500.6,442.4,428.6,370.1,343,1求其最小二乘线性度。要求：用c语言或Matlab编程求取。给出程序代码和运行结果。作业七2023/7/30697)漂移（Drift）：保持仪表输入量不变时，输出示值随时间或温度的改变而缓慢变化称之为漂移。随时间变化的漂移称为时漂。随环境温度变化的漂移称为温漂。

8)可靠性（Reliability）:指仪表在规定工作条件下和规定工作时间内，保持原有技术性能的能力。

**平均无故障时间MTBF(MeanTimeBetweenFailures)：是仪表连续运行时发生一次故障的时间间隔的平均值。假设某仪表在90000h的运行中发生了12次故障，则该仪表的MTBF为7500h。2023/7/30709)输入阻抗与输出阻抗:输入阻抗（Inputimpedance）：仪表在输出端接有额定负载时，输入端所表现出来的阻抗。输入阻抗大好。输出阻抗（Outputimpedance）：仪表在输入接有信号源的情况下，输出端所表现的阻抗。输出阻抗小好。阻抗匹配（Impedancematching）：负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。2023/7/30711.4传感器知识概述1.4.1传感器定义、组成及分类1．传感器的概念能够感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。2．传感器的组成电信号电参量中间量传感元件转换电路被测量敏感元件2023/7/3072例：测量压力的电位器式压力传感器1-压力弹簧管2-电位器3-指针4-齿轮

2023/7/30733.传感器分类1-按输入的物理量分类2-按转换原理分类3-按信号转换形式分类4-按输出信号性质分类5-按是否有外部激励源分类

2023/7/30741.4.2传感器特性

1-传感器的静态特性：表示传感器在被测各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。指标有：线性度、迟滞、重复性和灵敏度。

2-传感器的动态特性：是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。3-对传感器的基本要求：线性度要好迟滞小重复性好灵敏度要高-信噪比越大越好响应时间迅速频率响应范围宽2023/7/30751.4.3传感器功能材料

1．功能材料具有特定的光学、电学、声学、磁学、热学、力学、化学、生物学功能及其相互转化功能，并应用于现代高新技术中的材料，统称为功能材料。

功能材料的特点：用途上，常制成元器件，材料与器件一体化；在材料评价上，常以元件形式对其物理性能进行评价；在生产制造上，是知识密集、多学科交叉、技术含量高的产品；在微观结构上，常有超纯、超低缺陷密度、结构高精度等特点。

2023/7/30762．传感器功能材料在现代传感器技术中，应用较多的功能材料有：贵金属材料、半导体材料（Semiconductor）、功能陶瓷材料（Functionalceramics）和功能高分子材料（Functionalpolymers）、纳米材料（Nano）等。2023/7/3077表传感器用半导体材料利用的物理现象相应的元器件所用的材料压阻效应应变片Si、Ge、GaP、InSbPN结的变化感压二极管、三极管Si、Ge电阻变化热敏电阻金属氧化物、有机半导体、Si、Ge半导体与金属间感应电势热电偶BiTe6、Bi2Se2等光电效应光敏电阻、光二极管、光三极管、光电池、CCDSe、Si、Ge、PbO、ZnO等霍尔效应霍尔元件Si、Ge、InSb等磁阻效应磁阻元件InSb、InAs、等2023/7/3078表功能陶瓷材料及其传感器传感器输出效应温度传感器电阻变化载体浓度的温度变化半导体-金属相转移磁性变化铁磁性-常性转移电势氧浓度电池位置、速度传感器发射波的波形变化压电效应光传感器电势热电效应气体传感器电阻变化气体热传导引起热敏电阻温度变化电势高温固体电解质氧浓度电池电量库仑滴定湿度传感器电阻氧化半导体2023/7/3079纳米（Nano）技术什么是纳米？纳米材料:纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。

纳米材料特性:表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应。纳米材料在传感器中的应用纳米技术为传感器制作提供了许多新型的方法，例如研究对象向纳米尺度过渡的MEMS（MicroelectromechanicalSystem）技术等。纳米传感器现已在生物、化学、机械、航空、军事等方面获得广泛的发展。扩展阅读作业：请同学们自己查阅什么是：表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应?它们有什么应用？2023/7/30801.4.4传感器微细加工技术

1．微细加工技术概述微细加工技术是指加工微小尺寸零件的生产加工技术。

广义上，微细加工包括各种传统精密加工方法和非传统加工方法方法。

狭义上，微细加工主要是指半导体集成电路制造技术。

2023/7/30812.微小尺寸加工特点1）精度的表示方法由于微小尺寸加工尺寸很小，精度用尺寸的绝对值来表示，即用取出的一块材料的大小来表示，从而引入加工单位尺寸的概念。2）加工特征微细加工和超微细加工以分离或结合原子、分子为加工对象，以电子束、技工束、粒子束为加工基础，采用沉积、刻蚀、溅射、蒸镀等手段进行各种处理。2023/7/30823.常用的微细加工技术1）光刻技术(Photolithography)2）蚀刻技术（Etchingtechnique）3）LIGA技术（是由德文Lithographie(光刻)、Galvanoformung(电铸成形)和Abformung(注塑)这三个词生成的缩写词）4）牺牲层技术5）外延生长（Epitaxialtechnology）

6）特种微细加工技术：微细电火花加工、微细电解加工、微细超声加工、微细激光成形加工等7）分子装配技术2023/7/30831.4.5传感器发展趋势

现代信息技术的三大基础是信号的获取、传输和处理技术。即传感技术、通信技术和计算机技术。传感器发展的动向主要表现在如下几个方面：1．开发新材料2．实现传感器的数字化和智能化3．研制开发仿生传感器4．传感器的融合2023/7/3084本章结束了！

你学会什么了？2023/7/3085MagneticResonanceImaging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155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156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162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164ClassenDC,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166六、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