第二讲机电一体化的机械结构

主要内容第1章

概论第2章

机械系统的部件选择与设计第3章机电一体化中的执行元件第4章微机控制系统及接口设计第5章机电一体化系统中的检测传感器第6章机电一体化系统的控制策略第7章典型机电一体化系统实例分析7/30/20231第二章机电一体化系统的机械结构第2章机械传动部件与支承技术

2.1机电一体化系统对机械传动的要求

2.2机械传动部件的分类

2.3丝杠螺母机构的传动形式

2.4齿轮传动部件

2.5柔性传动机构

2.6间歇传动部件2.7导向支承部件的设计与选择

7/30/20232第二章机电一体化系统的机械结构2.1机电一体化对机械系统的要求

传统的机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置，是一种扭矩和转速变换器，其目的是使驱动电动机与负载之间在扭矩和转速上得到合理的匹配。在机电一体化系统中，普遍采用计算机控制和具有动力、变速与执行等多重功能的伺服电动机。伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上代替了机械传动中的变速机构，大大简化了传动链。7/30/20233第二章机电一体化系统的机械结构机电一体化系统中的机械传动部分已成为伺服系统的组成部分，必需根据伺服控制的要求进行设计和选择。例如，在数控机床的设计中，把机械传动部分放在电动机调速系统中统一考虑，以提高整个系统的动态特性。7/30/20234第二章机电一体化系统的机械结构机电一体化机械系统应具有良好的伺服性能，要求机械传动部件转动惯量小、摩擦小、阻尼合理、刚度大、抗振性好、间隙小、并满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性等要求。7/30/20235第二章机电一体化系统的机械结构机械传动部件的分类

机械传动部件分类

7/30/20236第二章机电一体化系统的机械结构丝杠螺母机构的传动形式

丝杠螺母机构又称螺旋传动机构，用来将旋转运动变为直线运动或将直线运动变为旋转运动。

A、按功能分为：

有传递能量（千斤顶，螺旋压力机）；

有传递运动（工作台的进给丝杠）；

调整位置（螺旋测微器）。B、按运动副分为：

滑动摩擦机构：结构简单，成本低，具有自锁功能，但摩擦力大，传动效率低；滚动摩擦机构：结构复杂，成本高，摩擦力小，传动效率高。

7/30/20237第二章机电一体化系统的机械结构2.3.2滚珠丝杠传动部件

1）滚珠丝杠副的组成在螺母的内壁和丝杠的外壁分别加工一条螺旋形的滚道，在滚道中装入滚珠，在螺母的滚道两端装一个挡住滚珠的螺母（螺母内壁有滚珠槽，反向器），就构成了滚珠丝杠传动部件。7/30/20238第二章机电一体化系统的机械结构2）滚珠丝杠副的特点

1）传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率η＝0.92～0.96，比常规的丝杠螺母副提高3～4倍。因此，功率消耗只相当于常规的丝杠螺母副的1/4～1/3。2）给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空行程死区，定位精度高，刚度好。3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。7/30/20239第二章机电一体化系统的机械结构4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。5）磨损小，使用寿命长。6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，故常需添加制动装置。7/30/202310第二章机电一体化系统的机械结构（3）滚珠丝杠副的典型结构类型7/30/202311第二章机电一体化系统的机械结构单圆弧形与双圆弧形的特点显然，单圆弧型滚珠丝杠幅存在一定的传动间隙，因此，传动精度稍差，但滚道加工容易。如图所示，左边为单圆弧型，可以看到，螺杆和螺母的螺纹都是半圆弧型，显然它们之间的间隙比较大，因此其传动误差就较大。图右边是1/4圆弧型螺纹，双圆弧型滚珠丝杠幅传动间隙相对较小，传动精度高，但滚道加工困难些。7/30/202312第二章机电一体化系统的机械结构内循环与外循环方式的特点滚珠内循环方式的反向器的转动可调整滚珠的循环方向，滚珠循环回路短、流畅性好；而且螺母的径向尺寸也较小（反向器可以做的很小）。但反向器的加工困难，而且装配调整也比较困难。7/30/202313第二章机电一体化系统的机械结构内循环方式滚珠丝杠内循环方式滚珠丝杠内循环的反向器7/30/202314第二章机电一体化系统的机械结构外循环方式而外循环方式中滚道循环道路长，在高频浮动中达到回珠圆弧槽进出口自动对接，通道流畅，摩擦小，更适合于高速高灵敏度高刚性的精密进给系统。滚珠丝杠外循环结构图7/30/202315第二章机电一体化系统的机械结构（4）调整轴向间隙方式常用的双螺母消除轴向间隙的结构型式有以下三种。(a)垫片调隙式通常用螺钉来连接滚珠丝杠两个螺母的凸缘，并在凸缘间加垫片。调整垫片的厚度使螺母产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预拉紧力的目的。这种结构的特点是构造简单、可靠性好、刚度高以及装卸方便。但调整费时，并且在工作中不能随意调整，除非更换厚度不同的垫片。双螺母垫片调隙式结构

7/30/202316第二章机电一体化系统的机械结构(b)螺纹调隙式

其中一个螺母的外端有凸缘而另一个螺母的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸出套筒外，并用两个圆螺母固定着。旋转圆螺母时，即可消除间隙，并产生预拉紧力，调整好后再用另一个圆螺母把它锁紧。双螺母螺纹调隙式结构

7/30/202317第二章机电一体化系统的机械结构

(c)齿差调隙式在两个螺母的凸缘上各制有圆柱齿轮，两者齿数相差一个齿，并装入内齿圈中，内齿圈用螺钉或定位销固定在套筒上。调整时，先取下两端的内齿圈，当两个滚珠螺母相对于套筒同方向转动相同齿数时，一个滚珠螺母对另一个滚珠螺母产生相对角位移，从而使滚珠螺母对于滚珠丝杠的螺旋滚道相对移动，达到消除间隙并施加预紧力的目的。双螺母齿差调隙式结构7/30/202318第二章机电一体化系统的机械结构除了上述三种双螺母加预紧力的方式外，还有单螺母变导程自预紧及单螺母钢球过盈预紧方式等方式。7/30/202319第二章机电一体化系统的机械结构（5）滚珠丝杆副支承方式

丝杠的轴承组合及轴承座的连接刚性不足时将严重影响滚珠丝杠传动副的传动精度和刚度，为了提高轴向刚度，常用止推轴承为主的轴承组合来支承丝杠，当轴向载荷较小时，也可用向心推力球轴承来支承丝杠。

单推—单推式：在支承座内安装向心推力轴承，外边安装止推轴承

7/30/202320第二章机电一体化系统的机械结构数控机床主轴支承轴承7/30/202321第二章机电一体化系统的机械结构双推—双推式：刚度最好，但容易造成两端支承的预紧力不对称7/30/202322第二章机电一体化系统的机械结构双推—简支式：左端安装双止推轴承，右端只安装双向心轴承，轴向刚度不高。7/30/202323第二章机电一体化系统的机械结构双推—自由式：一端安装双止推轴承，另一端自由状态，轴向刚度和承载能力低，适于轻载，低速的垂直安装。

7/30/202324第二章机电一体化系统的机械结构7/30/202325第二章机电一体化系统的机械结构轴承的类型与选择

标准滚动轴承：

7/30/202326第二章机电一体化系统的机械结构（6）滚珠丝杠副的选择方法

（1）结构型式的选择：

根据防尘防护条件及对调整间隙和预紧的要求来选择。例如：当允许有间隙时（如垂直运动），可选择具有单圆弧形螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副；当必须有预紧或在使用过程中因磨损而需要定期调整时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构；当具有良好的防尘条件，且只需要在装配时调整间隙及预紧力时，可采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构；7/30/202327第二章机电一体化系统的机械结构滚珠丝杠副的选择方法（2）结构尺寸的选择

公称直径d0：轴向最大载荷基本导程l0：设计要求螺纹长度ls：在满足l0的条件下尽可能短螺距t：传动精度、传动速度

7/30/202328第二章机电一体化系统的机械结构③滚珠丝杠副的精度滚珠丝杠副的精度等级为1、2、3、4、5、7、10级精度，代号分别为1、2、3、4、5、7、10。其中1级为最高，依次逐级降低。7/30/202329第二章机电一体化系统的机械结构2.4齿轮传动部件齿轮传动部件的功能是改变转矩、转速和转向，最常用的是减速箱。

2.4.1齿轮的分类7/30/202330第二章机电一体化系统的机械结构齿轮传动在机床中的应用7/30/202331第二章机电一体化系统的机械结构2.4.2有关齿轮的几个重要概念渐开线：将绕在圆柱上的线绳拉直展开时，线端点的轨迹称为渐开线。齿轮的齿面就是渐开线。模数m：表示齿轮的大小和齿的肥馊。两个直径相同的齿轮，模数m不相同，则不能啮合。模数m为“分度圆上的齿距（周节）除以圆周率”即m＝d/z。中心距a：两个相互啮合齿轮的节圆（d）的半径之和，也可表示为：在模数和齿数不变时可采用变位齿轮来改变中心距a。分度圆d：d＝m×z7/30/202332第二章机电一体化系统的机械结构2.4.3传动比的最佳分配原则齿轮传动部件是转矩、转速和转向的变换器，常用的齿轮减速箱有一级、二级和三级等。

用于伺服系统的齿轮减速器是一个力矩变换器，其输入电机为高速低转矩，而输出为低速高转矩。传动转矩时不但要有足够的刚度，还要求转动惯量尽可能小，以便获得同一加速度时所需要的转矩小。

7/30/202333第二章机电一体化系统的机械结构传动比的选择：使负载加速度最大原则额定转矩为Tm、转子转动惯量为Jm的直流伺服电机通过减速比为i的齿轮减速器带动转动惯量为JL、负载转矩为TLF的负载，其最佳传动比计算：

设其加速转矩为Ta，则

当时，加速度最大，得到：

7/30/202334第二章机电一体化系统的机械结构各级传动比的最佳分配原则重量最轻原则：

对中小功率传动系统，使各级传动比满足下式，即可使传动装置的重量最轻。对于大型齿轮，要考虑齿轮模数、齿宽等参数，一般应按照“先大后小”的原则。

7/30/202335第二章机电一体化系统的机械结构各级传动比的最佳分配原则输出轴转角误差最小原则：设有一四级传动系统，各级传动比分别为i1、i2、i3、i4，总传动比为I；各级齿轮的转角误差分别为ΔФ1、ΔФ2、…ΔФ8、可以计算，总转角误差为：总转角误差主要取决于最末级齿轮的转角误差和传动比的大小，因此，设计时最末两级的传动比应取大些，并尽量提高最末级齿轮的加工精度。7/30/202336第二章机电一体化系统的机械结构各级传动比的最佳分配原则等效转动惯量最小原则：

利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算到电机轴上的等效转动惯量为最小。可得n级齿轮传动系统各级传动比：

按此原则计算的各级传动比也是按“先小后大”次序分配，可使其结构紧凑。

7/30/202337第二章机电一体化系统的机械结构柔性传动机构

1.柔性传动的分类：

7/30/202338第二章机电一体化系统的机械结构2.柔性传动的特点：

摩擦力传动方式由于存在相对滑动，主从动轮不能同步运动，所以，在同步性要求较高的场合一般不能使用，这种传动方式一般应用于高速电机的出口处，但摩擦力传动结构简单，成本低，噪声小，结构柔软等优点。在同步性要求高的场合，当传动距离较远时，一般都要使用链传动或同步带传动。例如，打印机中的字车驱动就是用同步带传动。在机器人中一般都使用带传动。

7/30/202339第二章机电一体化系统的机械结构间歇传动部件

间歇传动部件可将原动机构的连续运动转换为间歇运动。

7/30/202340第二章机电一体化系统的机械结构间歇传动部件1.棘轮传动7/30/202341第二章机电一体化系统的机械结构棘轮的结构形式7/30/202342第二章机电一体化系统的机械结构间歇传动部件2.槽轮传动

为什么在自动切割机中使用槽轮传动？7/30/202343第二章机电一体化系统的机械结构3.蜗形凸轮传动机构

7/30/202344第二章机电一体化系统的机械结构工业机器人的传动系统7/30/202345第二章机电一体化系统的机械结构导向支承部件的设计与选择

导向支承部件的作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。这样的部件通常称为导轨副，简称导轨。1.基本要求2.导向支承部件分类和特点3.滑动导轨副的结构及其类型选择4.导轨副的截面形状及其特点5.导轨副材料的选择6.静压导轨副的工作原理7/30/202346第二章机电一体化系统的机械结构导向支承部件的基本要求

导向精度：动导轨沿支承导轨运动的直线度或圆度。耐磨性：长期使用时是否能一直保持一定的精度。疲劳和压溃：导轨面由于过载或接触应力不均匀而使导轨表面产生弹性变形，久之就会形成疲劳点，呈塑性变形，表面出现凹坑。刚度：导轨受力变形就会影响导轨的导向精度。低速运动平稳性：低速时，动导轨会产生爬行现象。结构工艺性：制造、调整和维修方便。对温度的敏感性：7/30/202347第二章机电一体化系统的机械结构导向支承部件分类和特点

7/30/202348第二章机电一体化系统的机械结构滑动导轨：结构简单，制造方便，刚度好，抗振性好，应用最广泛。滚动导轨：两导轨表面之间为滚动摩擦，导向面之间放置滚珠、滚柱或滚针等滚动体来实现两导轨无滑动地相对运动。滚动导轨的特点是：磨损小，寿命长，定位精度高，但结构复杂，成本高。适用于工作部件要求移动均匀灵敏，定位精度高的场合，因此，机电一体化产品中广泛应用。

7/30/202349第二章机电一体化系统的机械结构滑动导轨副的结构

圆柱形、三角形、矩形、燕尾形和圆形，每一种又分为凸形和凹形。凸形不易积存切屑，但又不易存储润滑油。一般用于低速工作情况。凹形的情况刚好相反。

市场样品照片7/30/202350第二章机电一体化系统的机械结构滑动导轨副类型选择选择导轨主要以以下几点来考虑：

结构工艺性、方向精度、摩擦力大小、对温度的敏感性、承载能力、耐磨性、成本。三角形导轨：磨损后能自动补偿，不会产生间隙。矩形导轨：结构简单，制造、检验和维护方便，导轨面宽，承载能力大，刚度高，但导向精度没有三角形高，磨损后不能自动补偿间隙。燕尾槽导轨：主要优点是结构紧凑，用一根镶条就可同时调整两个方向的间隙。适用于位置受限的场合。圆形导轨：优点是结构简单，易制造。有两个自由度，适用于同时要求直线运动和转动的场合。7/30/202351第二章机电一体化系统的机械结构导轨副材料的选择

导轨常用材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等。铸铁：耐磨性能好，热稳定性能好，易于铸造和加工，成本低；钢：为了提高耐磨性能，有时采用淬火钢导轨，但一般是镶装或焊接。有色金属：耐磨，镶装或焊接。塑料：耐磨，抗振。镶装或焊接。

7/30/202352第二章机电一体化系统的机械结构滚动导轨副的常用型式7/30/202353第二章机电一体化系统的机械结构静压导轨副的工作原理

静压导轨是将具有一定压力的油或气体介质通入导轨的运动件于导向支承件之间，运动件浮在压力油或气体薄膜之上，与导向支承件脱离接触，致使摩擦阻力大大降低。

7/30/202354第二章机电一体化系统的机械结构静压导轨副与液压系统的连接7/30/202355第二章机电一体化系统的机械结构返回传动类型返回间歇传动7/30/202356第二章机电一体化系统的机械结构7/30/202357第二章机电一体化系统的机械结构返回遵循的原则7/30/202358第二章机电一体化系统的机械结构7/30/202359第二章机电一体化系统的机械结构返回7/30/202360第二章机电一体化系统的机械结构7/30/202361第二章机电一体化系统的机械结构7/30/202362第二章机电一体化系统的机械结构7/30/202363第二章机电一体化系统的机械结构7/30/202364第二章机电一体化系统的机械结构7/30/202365第二章机电一体化系统的机械结构返回遵循的原则7/30/202366第二章机电一体化系统的机械结构返回遵循的原则7/30/202367第二章机电一体化系统的机械结构返回遵循的原则7/30/202368第二章机电一体化系统的机械结构返回遵循的原则7/30/202369第二章机电一体化系统的机械结构7/30/202370第二章机电一体化系统的机械结构7/30/202371第二章机电一体化系统的机械结构7/30/202372第二章机电一体化系统的机械结构7/30/202373第二章机电一体化系统的机械结构返回7/30/202374第二章机电一体化系统的机械结构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144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145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151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153ClassenDC,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155六、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----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（