蒲晓蓉-操作系统原理第3-2章-存储管理

3.3程序装入技术可执行程序的生成步骤图3.10高级程序处理过程源程序目标模块编译库函数装入模块链接编辑执行目标模块内存可执行程序的装入

？如何装入待执行的程序及其所需的数据？何时将程序的逻辑地址转换为物理地址3种装入方式：绝对装入、重定位装入和运行时动态装入。

绝对装入程序运行之前，按照程序的逻辑地址，将程序和数据装入内存指定的地方。实现简单，无须进行逻辑地址到物理地址的变换。绝对装入缺点：程序每次必须装入同一内存区；程序员必须事先了解内存的使用情况，根据内存情况确定程序的逻辑地址；程序的修改（增加或删除指令）将引起整个程序中指令地址的变动；程序中的所有存储引用，例如函数调用或过程调用等，在装入之前都必须转换为物理地址，这不利于存储共享。重定位装入允许将程序装入与逻辑地址不同的物理内存空间。即程序可以装入到内存的任何位置，其逻辑地址与装入内存后的物理地址无直接关系。但是，必须进行地址映射，将逻辑地址转换为物理地址。静态重定位技术：地址映射在程序装入时进行，以后不再更改程序地址。重定位装入有利于程序代码和数据的共享。因为装入程序时，可以将其中的某些存储引用的逻辑地址映射为内存中已有的共享区的物理地址。但是，静态重定位不允许程序在内存中移动。这不便于进程交换和紧凑拼接操作，也很难实现多道程序环境下，多个程序同时装入内存的要求。故，重定位装入方式只适合于单道程序环境。运行时动态装入指，程序的地址转换不是在装入时进行，而是在程序运行时动态进行。运行时动态装入需要硬件支持，即重定位寄存器，用于保存程序在内存中的起始地址。程序被执行时，通过重定位寄存器内的起始物理地址和指令或数据的逻辑地址计算其物理地址。运行时动态装入有利于多道程序环境下，进程的换进/换出及实现紧凑技术。

可执行程序的链接形成

？目标模块如何链接成装入模块呢静态链接动态链接：装入时动态链接和运行时动态链接静态链接指，程序被装入内存之前，必须完全链接成一个装入模块，将其中的存储引用全部转换为相对地址跳转语句。并将多个目标模块链接成为一个模块，使装入模块中的每一条指令具有相对于整个模块的第一条语句的逻辑地址。静态链接生成的装入模块可以采用重定位装入或运行时动态装入方式。静态链接需要花费大量的处理机时间。而其中的很多模块将不会运行，浪费存储空间和处理机时间。

链接图3.11目标模块链接成装入模块模块1…ifx>1thencallmm1elsecallmm2…模块mm1模块mm2(a)目标模块模块1…ifx>1thenelse…模块mm1模块mm2(b)装入模块？执行？执行动态链接指，不用事先链接所有目标模块形成一个完备的装入模块，而是生成一个含有未被链接的外部模块引用的装入模块，这些外部模块可以在装入时链接，或运行时链接。装入时动态链接指，当系统装入含有未链接的外部模块引用的装入模块时，每当遇到一个外部模块引用，则查找相应的目标模块。将其装入内存，并将模块内的指令地址转换为相对于整个装入模块起始地址的相对地址。优点：有利于目标模块的更新与升级；有利于代码共享；有利于扩充软件的功能，可以将扩充部分作为动态链接模块。但是，可能链接一些不会执行的模块，浪费存储空间和处理机时间。运行时动态链接指，外部模块引用直至程序执行时才装入内存，并链接到装入模块中，进行地址转换。可以解决静态链接和装入时动态链接都面临的存储空间和处理机时间浪费问题，不需要执行的模块就不会装入内存。广泛用于事务处理系统，如航空售票系统、银行管理系统等。操作系统自身的一些特殊处理例程，如错误处理例程，也无需事先全部装入内存。3.4简单存储管理技术简单存储相对于虚拟存储而言，指为了实现简单，执行之前，操作系统必须将待执行的程序全部装入内存。然而，现代操作系统大都支持虚拟存储功能，允许进程装入部分程序即可开始执行，其余部分保留在外存。当执行所需的部分不在内存时，中断进程执行，使之阻塞等待，直到相应部分装入内存。？

程序在内存中如何组织连续存储:需要内存中的一块连续的、足够大的分区。如果内存中没有足够大的连续空闲分区，但存在总量足够的独立小分区，即外零头。系统要么拒绝分配空间，要么采用紧凑技术拼接外零头。非连续存储：允许进程的程序和数据分别装在内存的不同分区中。必须登记一个进程分到的所有分区的位置、大小、使用情况（如是否共享等）等信息。常用的非连续存储技术：分页存储技术、分段存储技术及其结合。图3.12内存的连续存储与非连续存储…OS进程P…基地址(a)连续存储进程P（2）…OS…进程P（1）…进程P（n）…进程的组成基地址长度…P(1)2604200…P(2)1240300……………P(n)6500300…(b)非连续存储连续存储管理

最简单的存储管理技术要求系统配置专门的硬件实现快速地址转换和存储保护。处理机硬件基址寄存器(Baseregister)界限寄存器(Boundsregister)连续存储管理

基址寄存器：存放当前执行进程所在分区的物理存储单元的起始地址。界限寄存器：存放当前执行进程所在分区最后一个物理存储单元的地址，限定进程的执行范围，保护其他进程不被非法访问。基址寄存器和界限寄存器被多个进程共享，只有当前执行进程才使用它们。装入时，进程分区的基地址值和分区的最后一个物理存储单元的地址值，分别填入该进程PCB的相应字段中。当进程被调度执行时，将PCB中对应的进程基地址值写入基址寄存器中，并将进程获得的内存分区最大地址值，填入界限寄存器中。当进程被交换出/换入内存时，上述两个地址值也会发生改变。

地址映射与存储保护逻辑地址转换成物理地址—取基址寄存器中的值，加上逻辑地址值，生成一个物理地址地址越界检查—取界限寄存器中的值，与第一步计算的结果进行比较。如果生成的物理地址超出了界限范围，产生一个中断，报告地址越界。否则，继续该指令的执行。程序部分数据部分内存基址寄存器加法器逻辑地址界限寄存器比较器越界中断物理地址图3.13连续存储管理的地址转换和越界检查简单分页存储管理

连续存储：存在外零头，浪费存储空间。“紧凑”需要系统额外开销。非连续存储：允许将一个进程的程序和数据离散存储在多个独立的分区中，消除了外零头。

基本原理分页存储管理技术是一种特殊的固定分区方法。系统事先将物理内存划分成许多尺寸相等的页框(PageFrame)，并将进程分割成许多大小相同的页面(Page)，页面与页框大小相同。分区：进程的逻辑地址空间是连续的、一维的、线性地址，进程的每一条指令和数据的地址相对于第一条语句的地址而定。分页：进程被分割成许多页面。每个页面内的指令和数据是连续的，它们的地址相对于其所属页的第一条语句的地址，称为页内偏移量。逻辑地址被分为两部分：页号和页内偏移量

页号页内偏移量151090图3.14分页管理的逻辑地址表示当一个进程被装入物理内存时，系统将为该进程的每个页面分配一个独立的页框。同一个进程的多个页面不必存放在连续的多个页框中。例如假设内存能提供16个空闲页框，进程P1被分割成4个页面，装入内存中的0号至3号页框。进程P2被分割成3个页面，装入4号至6号页框。进程P3被装入7号至12号页框，如图3.15(a)所示。此时，进程P4请求分配5个页框大小的存储空间，但内存只有3个空闲页框。于是，将暂时不运行的P2交换出内存，如图3.15(b)所示。然后，再将P4装入4、5、6、13、14号页框，如图3.15(c)所示。

图3.15进程装入到离散的页框中0123456789101112131415P1.2P1.1P1.0P1.3P2.0P2.1P2.2P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5页框号内存(a)依次装入P1、P2、P3P1P2P3空闲0123456789101112131415P1.2P1.1P1.0P1.3P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5页框号内存(b)换出P2P1空闲P3空闲0123456789101112131415P1.2P1.1P1.0P1.3P4.0P4.1P4.2P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P4.3P4.4页框号内存(c)装入P4P1P4P3空闲P4数据结构：页表页表：系统为每个进程建立一张页面映射表。用于记载进程的各页面到物理内存中页框的映射信息。进程的每个页面依次对应页表中的一个表项，其中包含相应页在内存中对应的物理页框号和页面存取控制权限等字段。页号页框号00112233进程P1页表页号页框号0-1-2-进程P2页表页号页框号071829310411512进程P3页表页号页框号041526313414进程P4页表图3.16进程P1、P2、P3、P4的页表数据结构：页框表空闲页框表：登记系统中剩下的空闲页框情况图3.17空闲页框表151413地址变换硬件机制，实现逻辑地址到物理地址的转换分页系统中的地址变换过程如下：（1）

根据逻辑地址,计算出页号和页内偏移量；（2）

用页号检索页表，查找指定页面对应的页框号；（3）

根据页框号和页内偏移量，计算出物理地址。页表寄存器页表寄存器：实现快速地址映射，存储执行进程的页表起始地址。页表寄存器设置在处理机硬件中。当进程被创建时，其页表起始地址记载于进程PCB中。当进程被调度执行时，页表的起始地址将从该进程的PCB中取出，并填入页表寄存器中。进行地址变换时，处理机从页表寄存器中查找页表的地址。页号偏移量逻辑地址物理地址页框号偏移量页表寄存器页表起始地址内存页框号页表地址转换程序+偏移量图3.18分页系统的地址变换过程页框大页表

大逻辑地址空间，页表非常大，需要占用相当大的内存空间。比如，32位逻辑地址空间，假设页面大小为4KB（212），则4GB（232）的逻辑地址空间将被划分成220个页面。大页表

若采用一级页表，则其内将包含1兆（220）个页表项。若按字节寻址，一个页表项占4B，则一级页表需要占用4MB（222）内存空间。不可能将4MB的页表保存在一个连续区中。那么，如何处理大页表的存储与检索呢？二级页表将一个大页表全部保存在内存中。首先，将其分割，并离散地存储在内存的多个页框中。为之建立二级页表，记录被分割的各个页面存储在哪些页框中，也称为外层页表（OuterPageTable）。对于4GB的进程，若采用二级页表，则对应的二级页表结构如图：

……4GB的用户进程4MB的一级页表4KB的二级页表图3.194GB进程的二级页表结构多级页表对于某些机器，二级页表也可能非常大。可以采用多级页表，对外层页表再进行分页，将各个页面离散地存储到不相邻接的物理页框中虽然，对大页表而言，多级页表方法消除了对较大的连续内存空间的需要，但并未解决大页表占用较大的内存空间的问题，建立多及页表反而会增加额外的存储空间。大页表最好的解决办法是采用虚拟存储技术，内存中仅装入页表的一部分。即只将当前需要的部分页表项装入内存，其余页表项驻留在磁盘上，需要时再将它们装入内存。若采用多级页表，对于正在运行的进程，必须将其外层页表调入内存，而内层页表只需调入几页就可以了。反置页表

(InvertedPageTable)一般情况下，系统从进程的角度为每个进程建立一张页表，页表的表项按页号排序。这种方法可能导致一个大进程的页表太大，占据大量的内存空间。反置页表：从内存的角度建立页表，整个系统只有一张页表。页表的表项基于内存中的每一个物理页框设置，页表项按页框号的顺序排序。其中还必须包含页框对应的页号及其隶属进程的标识符等信息。反置页表通常，反置页表需要包含成千上万个表项，利用进程ID和页号检索其中某一个表项的速度很慢。可以根据进程ID和页号构建Hash表。Hash表的每一项指向反置页表中的某一项。但是，可能会出现多个逻辑地址被映射到一个Hash表项的情况。需要通过链接指针将多个冲突的映射链接起来。一般，冲突的表项一般只有一项，或两项。

地址变换首先，以进程ID和页号为参数，代入Hash函数进行计算。然后，根据计算结果，检索反置页表。若检索完整个反置页表都未找到与之匹配的表项，表明此页尚未装入内存。若系统支持虚拟存储技术，则产生请求调页中断。若系统不支持虚拟存储技术，则表示地址出错。当检索到反置页表中的对应表项时，将其中的页框号与逻辑地址中的偏移量相加，构成物理地址。

物理地址偏移量页框号逻辑地址偏移量页号HashHash表页号进程ID指针页框号反置页表图3.20利用反置页表进行地址变换

快表

分页系统：处理机每次存取指令或数据至少需要访问两次物理内存—第一次访问页表，第二次存取指令或数据为了提高地址变换速度，为进程页表设置一个专用的高速缓冲存储器，称为快表、TLB(TranslationLookasideBuffer)，或联想存储器（AssociativeMemory）

快表的工作原理快表的工作原理类似于系统中的数据高速缓存(cache)，其中专门保存当前进程最近访问过的一组页表项。根据局部性原理，在一个很短的时间段内，程序的执行总是局部于某一个范围。即，进程最近访问过的页面在不久的将来还可能被访问。分页系统地址转换通过根据逻辑地址中的页号，查找快表中是否存在对应的页表项。若快表中存在该表项，称为命中（hit），取出其中的页框号，加上页内偏移量，计算出物理地址。若快表中不存在该页表项，称为命中失败，则再查找页表，找到逻辑地址中指定页号对应的页框号。同时，更新快表，将该表项插入快表中。并计算物理地址图3.21具有快表的分页系统地址变换过程页号偏移量逻辑地址物理地址页框号偏移量偏移量内存快表页框号页表页框TLB命中命中失败页面与页框大小分页系统中，页面=页框。页框的大小由计算机的硬件逻辑定义。通常，页框的大小是2的幂次个字节，且常在512B（29）～4KB（212）之间，典型的页框大小为1KB。将页框大小设置为2的幂次，可以简化处理机中地址变换硬件逻辑的设计与实现。页面与页框大小影响页面与页框大小的主要因素：页内零头、地址转换速度和页面交换效率。较小的页面有利于减少内零头，从而有利于提高内存的利用率。然而，较小的页面也将导致页表过大，从而降低处理机访问页表时的命中率(HitRate)。块越大，内/外存之间的数据交换效率越高。因此，对于支持交换技术的系统，较大的页面有利于提高页面换进/换出内存的效率。对分页存储管理的评价彻底消除了外零头,仅存在很少的内零头,提高了内存利用率。分页操作由系统自动进行,一个页面不能实现某种逻辑功能。用户看到的逻辑地址是一维的，无法调试执行其中的某个子程序或子函数。采用分页技术不易于实现存储共享，也不便于程序的动态链接。简单分段存储管理

基于模块化程序设计时，常常需要将一个大任务划分成若干相对独立的子任务，对应于子任务编写子程序，称为段(Segment)。每个子程序可以独立地编辑、编译、链接和执行。各个子程序由实现的功能决定，长度各不相同。执行时，根据实际需要，将若干子程序链接成一个大程序。基本原理程序由若干逻辑段组成，每个段有自己的名字和长度。程序的逻辑地址是由段名（段号）和段内偏移量决定。每个段的逻辑地址从0开始编址段号段内偏移量151090图3.22分段管理的逻辑地址表示系统采用动态划分技术，将物理内存动态地划分成许多尺寸不相等的分区。当一个进程被装入物理内存时，系统将为该进程的每一段独立地分配一个分区。同一进程的多个段不必存放在连续的多个分区中。分段系统的基本数据结构

段表:每个进程建立一个，用于描述进程的分段情况，记载进程的各个段到物理内存中分区的映射情况。其中包含段号、段长、段基址以及对本段的存取控制权限等信息。空闲分区表:用于记载物理内存中的空闲分区情况图3.23分段存储示例…P2.1P1.0P1.2P1.1…P2.0(a)分段存储0500100执行存取控制段基址段长段号1200800只读22001000执行(b)进程P1的段表01001200执行存取控制段基址段长段号1200600执行(c)进程P2的段表地址变换和存储保护

（1）

根据逻辑地址中的段号检索进程段表，获得指定段对应的段表项；（2）

判断是否地址越界。比较逻辑地址中的段内偏移量与段表项中的段长，若超过段的长度，则产生存储保护中断（该中断将由操作系统进行处理）；否则，转（3）；（3）把逻辑地址中的段内偏移量与段表表项中的段基址相加，从而得到物理地址。段表寄存器段表同样被保存在物理内存中。段表寄存器：实现快速地址变换，用来存放当前执行进程的段表在物理内存中的起始地址。当创建进程，将进程的程序和数据装入内存时，系统为之建立段表，并将段表的起始地址填入进程的PCB中。当进程被调度执行时，取出其PCB中的段表首址，填入段表寄存器中。图3.24分段系统的地址变换过程内存物理地址段基址+偏移量偏移量段号偏移量逻辑地址段表寄存器段表起始地址+段表段长段基址+越界判断中断越界正常段段分段系统的快表在分段系统中，为了访问内存中的一条指令或数据，需要两次访问内存：—第一次，访问内存中的段表，获得对应段的起始地址。根据段的起始地址和段内偏移量，计算出物理地址。—第二次，根据物理地址，访问对应存储单元的指令或数据。为了提高处理机的效率，类似分页系统的快表，可以为分段系统增加一个快表，用于保存最近使用过的段表项。对分段系统的评价

有效消除了内零头，提高了存储利用率。允许子程序独立编译和修改，而不需要重新编译或链接其它相关子程序。容易实现存储共享。具有较高的安全保障。很容易满足程序段的动态增长需要。分页与分段技术的比较

都采用非连续存储，由地址映射实现地址变换。不同主要表现在：（1）

页是信息的物理单位，大小固定。段是信息的逻辑单位，各段的长度不固定。每一段都具有一定逻辑含义。（2）

分页的地址空间是一维的，逻辑地址的划分由机器硬件实现，对用户透明。分段的地址空间是二维或多维的，程序员知道段名和段内偏移量。（3）分页活动源于系统管理物理内存的需要，在系统内部进行，由系统实施，用户看不见。分段活动源于用户进行模块化程序设计的需要，在系统外部进行，由用户实施，用户是知道的。

简单段页式存储管理

基本思想：采用分段方法组织用户程序，采用分页方法分配和管理内存。即，用户程序可以用模块化思想进行设计，一个用户序由若干段构成。系统将内存划分成固定大小的页框，并将程序的每一段分割成若干页以后装入内存执行时。逻辑地址在段页式系统中，进程的每一段被进一步分割成页面，段内代码和数据地址不再连续。逻辑地址由3部分组成：段号、段内页号、页内偏移量，如图段号段内页号页内偏移量图3.25段页式系统的逻辑地址结构数据结构用于管理的数据结构：段表、页表，如图图3.26段页式系统的数据结构段0段1段2用户程序段表03页表首址页表长度段号12内存

OS

0页号页框号12页号页框号页表段表寄存器段表寄存器：加速地址变换，用于存放执行进程段表的起始地址。地址变换首先，从段表寄存器从获得进程段表的起始地址，根据该地址，查找进程的段表。然后，根据逻辑地址指定的段号检索段表，找到对应段的页表起始地址。再根据逻辑地址中指定的页号检索该页表，找到对应页所在的页框号。最后，用页框号加上逻辑地址中指定的页内偏移量，形成物理地址。图3.27段页式系统的地址变换过程段表页表首址段号页内偏移量逻辑地址段内页号++物理地址页框号+页内偏移量页表页框号+偏移量内存页框页框页框段表寄存器段表起始地址快表第一次，访问段表，从中获得该段的页表首址；第二次，访问页表，从中取出逻辑地址指定的页面所在的页框号，并将该页框号和页内偏移量相加，形成指令或数据的物理地址；第三次访问内存，根据前面计算的物理地址，取出对应存储单元的指令或数据。可以在地址变换机构中增设一个高速缓冲寄存器，其中保存最近使用过的页号及其所属的段号。具有快表的地址转换首先，利用段号和页号检索该高速缓冲寄存器。若找到匹配的表项，则可以从中获得相应页面的页框号，加上页内偏移量，形成物理地址。若该高速缓冲寄存器中未包含对应表项，则需要访问段表及页表，计算出物理地址以后，从相应存储单元获取指令或数据。对段页式存储管理方式的评价

综合了分段和分页技术的优点，既能有效地利用存储空间，又能方便用户进行程序设计。但是，实现段页式存储管理系统需要增加硬件成本，系统的复杂度和管理开销也大大增加。因此，段页式存储管理技术适合于大、中型计算机系统，不太适合小型、微型计算机系统。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MXYGY→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MXYGXMXY旋进频率不同

GYMXY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143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144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150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152ClassenDC,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154六、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MXYGY→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MXYGXMXY旋进频率不同

GYMXY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、SAGT1W