单回路控制系统设计

过程控制与自动化仪表主讲教师：赵跃西安理工大学自动化与信息工程学院

信息与控制工程系

第五章简单控制系统设计

一单回路控制系统设计二PID调节参数的工程整定单回路调节系统典型结构单回路控制系统设计单回路控制系统的概念

单回路调节系统一般指对一个被控制对象使用一个调节器来保持一个参数恒定。调节器只接受一个测量信号，输出只控制一个执行器简单控制系统的设计控制系统的设计步骤（2）了解工艺过程，建立过程的数学模型。（1）熟悉系统的技术要求或性能指标，如：超调量，稳定误差，调节时间，上升时间，衰减比等。（3）依据过程的数学模型，确定控制方案。即确定被控参数及其测量和变送的方法；确定操作变量和相关的执行器（控制方法）。（4）依据调节规律和系统的动、静态特性进行理论分析和综合（5）系统仿真与试验研究。简单控制系统的设计控制系统的设计步骤（7）工程安装。（6）工程设计。（8）控制器的参数整定。高位槽干燥器鼓风机蒸汽阀1过滤器风管换热器阀2阀3AB

1.生产工艺简介2.被控参数选择3.控制参数选择4.仪表选择与整定5.控制仪表连接图喷雾干燥过程控制系统设计被控参数选择系统被控参数选取的一般原则(a)应选取对产品的产量，质量，安全生产，经济运行，环境保护有决定性作用，又可直接进行测量的工艺参数作为被控参数（直接参数）；(b)选取与上述直接参数有单值对应关系的间接参数作为被控参数；(c)间接参数对产品质量应有足够的灵敏性；(d)应考虑工艺的合理性及仪表的性能价格比等；被控参数一般要与工艺工程师共同确定。被控参数选择：间接参数（温度）与直接参数水分含量一一对应。高位槽干燥器鼓风机蒸汽阀1过滤器风管换热器阀2阀3AB控制参数的选择扰动分析：1、乳液温度和流量波动，干扰f1(t)。2、旁路冷风流量，干扰f2(t)。3、蒸汽压力、温度变化，干扰f3(t)。过程特性对控制质量的影响一、干扰通道特性对控制质量的影响

系统输出与干扰之间的传递函数为：干扰通道的影响1）Kf

越大，由F(S)引起的C(S)则越大，即C(S)偏离期望值越大；所以希望Kf

值越小越好。结论：2）Tf

越大，惯性越强，对干扰的“滤波”效果越明显，干扰对输出的动态影响越小，所以希望Tf

越大越好。3）τf

的存在于否，不影响系统的控制质量，所以应尽可能将纯滞后时间长的环节置于干扰通道。干扰通道的影响干扰进入位置对控制质量的影响

系统输出与干扰之间的传递函数为：干扰通道的影响结论：4）当干扰进入系统的位置提前，即干扰在GP(S)之前进入系统时,与前面相比又多了一个“滤波”项。所以干扰进入系统的位置越远离被控参数越好。控制通道特性对控制质量的影响与干扰通道正好相反!过程特性对控制质量的影响二、控制通道特性对控制质量的影响

系统输出与输入之间的传递函数为：控制参数的选择控制参数选择的一般原则(a)Kp越大越好，Tp适当小一些；(b)τp越小越好，τp/Tp<0.3(c)尽可能将广义对象的时间常数错开，即Tmax/Tmin越大越好。(d)

考虑工艺操作的合理性，经济性等因素。实际生产过程中，广义被控过程可近似看成由几个一阶惯性环节串联而成。以三阶为例

相应的临界稳定增益

的大小完全取决于

三个时间常数的相对比值

可以证明：时间常数相差越大，临界稳定的增益则越大，这对系统的稳定性是 有利的。也就是说：在保持稳定性相同的情况下，时间常数错开得越多，系统开环增益 就允许增大得越多，因而对系统的控制质量就越有利。控制通道的时间常数匹配高位槽干燥器鼓风机蒸汽阀1过滤器风管换热器阀2阀3AB控制参数的选择扰动分析：f1(t)、f2(t)、f3(t)。对象特性：1、换热器为双容对象，T1=T2=100s。2、风管到干燥器的纯延迟时间τ＝3s。控制参数选择方案一以乳液流量为控制参数（操作量）时的系统框图控制参数选择方案一混合过程换热器调节器风管风管调节阀干燥器干燥器干燥器测量变送以乳液流量为控制参数时控制系统框图

这个控制方案的性能是最优的！

然而乳液流量是控制系统的生产负荷，由整个系统的期望产量确定。生产负荷通常不能作为控制参数！控制参数选择方案二以冷风流量为控制参数（操作量）时的系统框图

控制回路增加了一个纯滞后环节调节性能下降，但是该方案避免了工艺的不合理。由于系统的纯滞后时间小，对系统性能影响不大。因此方案二是可行的方法！控制参数选择方案二混合过程换热器调节器风管风管调节阀干燥器干燥器干燥器测量变送控制参数选择方案三以加热蒸汽流量为控制参数（操作量）时的系统框图高位槽干燥器鼓风机蒸汽阀1过滤器风管换热器阀2阀3AB控制参数的选择扰动分析：f1(t)、f2(t)、f3(t)。对象特性：1、换热器为双容对象，T1=T2=100s。2、风管到干燥器的纯延迟时间τ＝3s。

这个控制方案的性能是最差的。

根据以上分析方案二的控制参数选择最合适！控制参数选择方案三混合过程换热器调节器风管风管调节阀干燥器干燥器干燥器测量变送控制仪表的选择(1)仪表的选型——电动单元组合仪表(DDZ)(3)调节阀选型：选气动调节阀，且事故时要求不要超温！(2)测温元件与变送器：热电阻温度计，三线制接法配温度变送器。(4)调节器:PI或PID。气关形式，流量特性选择？控制仪表的选择调节器的正反作用的确定:当调节器置于正作用时随测量信号的增加调节器的输出也增加。P157

调节器的正/反作用是指测量值与输出值之间，不是偏差和输出之间!混合过程换热器调节器风管风管调节阀干燥器干燥器干燥器测量变送控制仪表的选择已知:有的调节器直接提供加热控制和制冷控制两种设定因此当正作用时KC<0高位槽干燥器鼓风机蒸汽阀1过滤器风管换热器阀2阀3

本控制方案有无问题？本控制方案的能源利用效率不高大量热能被浪费！不环保也不经济。控制系统连接图

左图为方案三的连接图，此方案时间常数大导致调节不及时的缺点能否消除？高位槽干燥器鼓风机蒸汽阀1过滤器风管换热器阀2阀3

由于系统的干扰主要来自乳液流量的波动，可以控制系统负荷均匀变化减少对系统的冲击。控制方案探讨高位槽干燥器鼓风机蒸汽阀1过滤器风管换热器阀2阀3

增加蒸汽流量控制系统可节省能源！

但增加蒸汽流量控制系统后使系统成为一个MIMO的复杂控制系统，我们随后介绍其控制方法！返回控制方案探讨5.3.1调节器参数整定的理论基础1.控制系统的稳定性与衰减指数简单控制系统，在干扰作用下，闭环控制系统的传递函数为其中为系统的开环传递函数。闭环系统的特征方程为一般形式为各系数由广义对象的特性和调节器的整定参数所确定。调节器参数整定的实质就是选择合适的调节器参数，使其闭环控制系统的特征方程的每一个根都能满足稳定性的要求。PID控制器参数的工程整定具体分析如下：如果特征方程有一个实根()，其通解为非周期变化过程。如果特征方程有一对共轭复根()，则通解为振荡过程，当时,呈发散振荡,系统不稳定；调节器参数整定的理论基础时,呈等幅振荡。当由衰减率定义可知其中衰减指数ｍ为与之比衰减指数与衰减率的关系如下表00.1500.3000.4500.6000.7500.9000.950……00.0260.0570.0950.1450.2210.3660.478……调节器参数整定的理论基础控制系统在不同调节作用下的典型响应如下：可以看到，如果不加控制，过程将缓慢地到达一个新的稳态值；当采用比例控制后，则加快了过程的响应，并减小了稳态误差；当加入积分控制作用后，则消除了稳态误差，但却容易使过程产生振荡；在增加微分作用以后则可以减小振荡的程度和响应时间。虽然PID调节器的调节效果比较理想，但是PID调节器要整定三个参数才能使系统整定得最佳。调节器参数整定的理论基础PID控制器参数的工程整定

调节器的参数整定是指确定调节器的比例带、积分时间常数和微分时间常数的具体数值。整定的实质是通过改变调节器的参数使其特性与过程的参数相匹配，以改善系统的动态和静态性能指标取得最佳的控制效果。

1940年以前PID控制器的参数整定没有有效的方法。Taylor仪表公司的JohnZiegler和NathanierNichols致力于PID调节器的参数整定方法研究。他们于1941年找到了相对直接的整定PID参数的方法。这就是著名的Ziegler-Nichols法PID控制器参数的工程整定典型最佳调节过程生产过程中的控制系统多为恒值调节系统，评定控制系统性能的常用指标有稳态误差、最大超调或超调率、衰减率和过渡过程时间等。在过程控制系统中更多的采用衰减率来表示调节系统的稳定度。工程上通常将

的调节过程当作“典型最佳调节过程”临界比例度法一．临界比例度法（Ziegler-Nichols稳定边界法）步骤：1、将PID控制器中的积分与微分作用切除，取比例带为较大值，将系统投入自动运行。

2、将比例带由大到小变化，对应某一比例带值作小幅度的设定值阶跃响应，直至产生等幅震荡。3、记录产生等幅震荡时的调节器比例带和等幅震荡周期，根据选择的调节规律查表选择PID调节器参数。整定实例：临界比例度法临界比例度法缺陷：

1、有些工业过程不允许系统长时间处于等幅震荡。

2、有些系统根本就不能产生等幅震荡。1、属于频域方法。2、有一定局限性衰减曲线法二．衰减曲线法在纯比例的条件下施加一阶跃扰动并减小比例带,使系统出现上图所示的衰减曲线记录下此时的比例带和震荡周期或峰值时间，由以上两个参数查表确定PID参数。PID控制器参数的工程整定三．Ziegler-Nichols反映曲线法反应曲线法有自衡特性实例：齐格勒－尼科尔斯法齐格勒－尼科尔斯表反应曲线法无自衡特性返回三种工程整定方法的比较1.共同点:通过试验然后按工程整定经验公式计算而得2.不同点：

1)反应曲线法:开环试验，理论性强，典型模型，适用范围广。2)临界比例度法与衰减曲线法：闭环试验，无需模型，但应用受限，实验数据难以准确，变化较快的过程不适用。3)对于减少干扰对试验信息的影响，后两者优于前者，闭环试验对干扰有较好的抑制作用。返回PID控制器参数的自动整定一．极限环法

采用极限环法整定PID参数的PID控制器都可以工作于调节器与继电器两种模式，当需要对PID参数进行整定时可使控制系统切换到继电器调节模式（两位式调节器）。在这种模式下可以测定系统的临界频率与临界增益，然后采用稳定边界法整定调节器的PID参数改进型临界比例度法是用具有继电特性的非线性环节代替比例调节器，使闭环系统自动稳定在等幅振荡状态，其振荡幅度还可由继电特性的特征值进行调节，以便减小对生产过程的影响，从而达到实用化要求。改进临界比例度法整定PID参数时的系统框图非线性环节N用描述函数表示为:输出的一次谐波幅值;输入正弦波的幅值;输出的一次谐波相位。`极限环(改进临界比例度)法非线性环节N用描述函数表示为输出的一次谐波幅值;输入正弦波的幅值;输出的一次谐波相位。`极限环(改进临界比例度)法N的理想继电特性如左图，其描述函数可由右图求出对输出进行傅氏三角级数展开，设其一次谐波分量为：其描述函数为：其描述函数为：由控制理论可知，整定状态的闭环系统产生等幅振荡的条件为：因此当X从时，是在幅频特性平面上沿负实轴的一条轨线，和的交点即为临界振荡点，此时的临界放大系数为:改进临界比例度法只要测出上图中偏差e的振幅X,即可得到临界放大倍数测取e的振荡周期即可得到临界振荡周期改进临界比例度法

根据震荡周期和临界放大倍数按照临界比例度法即可设定系统的PID控制参数。返回极限环法继电器非线性的描述函数为只要满足就可以出现极限环，此时可以通过测量两个相邻的过零时间求出。在线的系统辩识法

采用此方法整定PID参数还可以克服被控对象的时变和非线性甚至可以实现智能PID的算法。返回二．系统辨识法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121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122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128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130ClassenDC,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132六、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（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）