矿井火灾学课件

CFD模拟技术及在煤矿安全研究中的应用时国庆StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMining

1.CFD技术简介

2.CFD模拟在煤矿安全研究中的应用实例

2.1氧气浓度分布规律的CFD模拟

2.2抽放条件下氧气浓度的CFD模拟

2.5泡沫在采空区流动特性的模拟CFD技术介绍StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMiningCFD？

CFD是英文ComputationalFluidDynamics的缩写，译作中文：计算流体动力学。计算流体动力学(CFD)是通过计算机数值计算和图像显示，对包含流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD可以看做是在流动基本方程控制下对流动的数值模拟。CFD技术介绍StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMiningCFD技术的主要应用领域？

机械设计；（汽车、搅拌机、风机、泵等）水利工程；（堤坝、水闸等）地铁、隧道等流场模拟；室内气体与热交换研究；电子元件冷却；污染物运移；食品中细菌的运移；其他工程中传热、传质学问题的模拟。CFD技术介绍StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMiningCFD工作的主要步骤

采用CFD方法对流体流动进行数值模拟，通常包含以下步骤：建立数学模型（真实反应工程问题或物理问题本质）确定模型的计算方法（准确度高、效率好）；编制程序并计算（有限体积，有限元等。采用商业软件求解并显示结果）显示计算结果。CFD技术介绍StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMiningCFD工作的主要步骤

CFD技术介绍StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMiningCFD的主要特点

CFD的主要优点是适应性强、应用面广。具有如下主要特点：CFD方法能够找出满足工程需要的控制方程数值解；不受物理模型和实验模型的限制，省钱省时间，有较多的灵活性；近似计算方法，依赖物理是合理、数学上适用、适合在计算机上离散的数学模型，存在计算误差，需要原体观测或模型实验提供验证；资料的收集、整理与正确应用很大程度上依赖经验和技巧，可能存在计算不真实。CFD技术介绍PHOENICSFLUENTCFXSTART-CDFIDIPCFD软件CFD技术介绍常见的CFD商业软件

6.0版本基于非结构性网格的求解器，可应用结构性和非结构性、自适应网格求解；可求解多种物理化学模型；FLUENT的前处理，用于网格划分。但不是必须的，网格也可有其他软件来划分后处理软件，也不是必须的；FLUENT求解器自带的后处理功能能够满足基本的可视化显示需要。GAMBITFLUENTSOLVERTecplotCFD技术介绍Fluent软件包的构成及各部分的功能

StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMiningCFD技术介绍CFD求解的控制方程

CFD模拟技术在煤矿安全研究中的应用实例StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMining研究内容煤矿安全研究中CFD的应用领域煤自然发火的数值模拟（渗流、传热、传质）瓦斯运移规律的模拟（渗流、传质）分尘运移规律的模拟（多相流、离散项）矿井降温特性的模拟（传热、流动）灭火介质在采空区流动特性的模拟（渗流）①数学模型-主要控制方程②确定了该方程的边界条件及关键参数采空区渗透率K,采空区孔隙率n，工作面配风量（风速），工作面几何特征作为边界条件输入。采空区浮煤耗氧速率、氧气扩散系数、瓦斯涌出速率、一氧化碳产生速率等这是模型求解的关键参数；1、建立采空区氧气浓度分布规律的数学模型应用1：采空区氧气浓度分布的CFD模拟(1)采空区渗透率应用1：采空区氧气浓度分布的CFD模拟T.X.Ren在实验室测定不同类型的岩石样品在破坏后区的应力与渗透率的关系，然后根据Edwards等对采空区应力分布规律研究的成果，得出采空区中渗透率的分布规律。认为采空区中渗透率的值介于10-14与10-8m2之间。L．Yuan和A.Smith利用FLAC估计采空区的渗透率和孔隙率的分布，认为匹兹堡的长壁工作面的渗透率的范围在3.0×104到8.5×105md，没有给出具体的分布规律。1mD(厘泊)=0.9869×10-9m22、确定模型中的关键参数及边界条件应用1：采空区氧气浓度分布的CFD模拟Carman-Kozeny公式采空区孔隙率n李树刚提出了综放面碎胀系数（KP）分析法，指出KP=f（x,y）碎胀系数和n具有函数关系。在对渗透率取值范围初步理论分析的基础上，采用双曲正切函数拟合出来的采空区渗透率分布更符合实际情况。2、确定模型中的关键参数及边界条件(1)采空区渗透率(2)浮煤的耗氧速率应用1：采空区氧气浓度分布的CFD模拟E为煤化学反应的活化能；n为­­­­常数，取值多在0.5～1之；R为气体常；T为热力学温度；[O2]是气体中氧气的摩尔浓度；(3)氧化产热速率2、确定模型中的关键参数及边界条件应用1：采空区氧气浓度分布的CFD值模拟现场实测和预测（采面瓦斯涌出量，采用线性或非线性函数预测）相结合的方法确定采空区瓦斯的释放量。(4)一氧化碳产生速率(5)瓦斯释放速率2、确定模型中的关键参数及边界条件采空区几何模型的建立和网格划分进风侧回风侧3、建立采空区氧气浓度分布规律的几何模型应用1：采空区氧气浓度分布的CFD值模拟4、利用求解器求解模型读入网格数据设置边界条件和初始条件设置求解参差和参差监视器流场初始化求解求解结果的提取及可视化显示应用1：采空区氧气浓度分布的CFD值模拟4、利用求解器求解模型UDF的编写与应用采用文本编辑器，用C语言编辑UDF；通过如右图所示的步骤，对UDF进行解释；通过如右图所示的步骤，对UDF进行解释；应用1：采空区氧气浓度分布的CFD值模拟采空区氧气浓度分布云图5、显示求解结果应用1：采空区氧气浓度分布的CFD值模拟采空区氧气浓度分布的现场实测1测点分布示意图采空区氧气浓度的实测测点分布示意图应用1：采空区氧气浓度分布的CFD值模拟根据模拟结果，依据氧气浓度为5%-18%的划分标准划分出的采空区三带易自燃区域的模拟氧化带窒息带散热带6%18%＜6%配风量1450的情况下，进风侧氧化带分布范围达采空区深部400m，回风侧也达300m左右，相比之下采空区中部氧化带分布范围则小许多，在采空区50m左右即进入“窒息带”，也与实测数据得到的结论是吻合的。应用1：采空区氧气浓度分布的CFD值模拟数值模拟的结果和实测数据的趋势基本相符，由此可认为该模型能够反应采空区氧气浓度分布的实际情况。在此基础上，通过改变模型中的相关参数和边界条件，而进一步发展的采空区气体CFD模型，可用来模拟采空区自然发火规律的影响因素。如：研究工作面配风量变化对采空区氧化带分布特征的影响。应用1：采空区氧气浓度分布的CFD值模拟图4配风量为1350、1450、1520、1600m3/h时的氧化带分布云图应用1：采空区氧气浓度分布的CFD值模拟工作面配风量与氧化带分布的CFD模拟研究工作面配风量与氧化带分布的CFD模拟研究工作面风量对于进风巷侧、中部和回风巷侧的氧化带宽度的影响依次为：回风巷侧>进风巷侧>采空区中部，并且进、回风巷氧化带后端边界都受风量变化影响较大。而采空区中部，无论是氧化带的宽度，还是氧化带的前、后端线受配风量变化影响较小。这些对通风调整时期防灭火工作区域的转移都具有指导意义。回风侧氧化带分布与配风量的关系中部氧化带分布与配风量的关系进风侧氧化带分布与配风量的关系应用1：采空区氧气浓度分布的CFD值模拟应用2、采空区火灾气体产物CO的运移规律在该模型的基础上，通过在特定位置增设火灾气体释放源项，而进一步发展的采空区气体CFD模型，可用来模拟采空区内部火源存在条件下，灾害气体在可接触边界上的分布特征，通过数值试验的方式提高对内因火灾气体蔓延分布规律的认识，这有助于火源位置的分析与探测。气体释放源项所处位置示意图5m10m20m应用2、采空区火灾气体产物CO的运移规律进风侧采空区深部５m、10m、20m处设置一氧化碳释放源项的模拟结果回风侧进风侧应用2、采空区火灾气体产物CO的运移规律工作面进风侧设置一氧化碳释放源回风侧采空区深部５m、10m、20m处设置一氧化碳释放源项的模拟结果回风侧进风侧应用2、采空区火灾气体产物CO的运移规律工作面回风侧设置一氧化碳释放源进风侧采空区中部５m、10m、20m处设置一氧化碳释放源项的模拟结果工作面中部设置一氧化碳释放源回风侧进风侧应用2、采空区火灾气体产物CO的运移规律应用2、采空区火灾气体产物CO的运移规律研究主要结论工作面进风侧采空区存在自燃隐蔽火源时，回风侧采空区也会存在一氧化碳，且一氧化碳在采空区的分布沿工作面倾向（进风侧-回风侧）不断减少；工作面回风侧采空区存在自燃隐蔽火源时，进风侧不会存在一氧化碳，仅在回风隅角附近小范围内存在一氧化碳；工作面中部后侧采空区存在自燃火源时，进风侧和回风侧均有可能存在一氧化碳，但进风侧的一氧化碳减少梯度要显著大于回风侧一氧化碳的较少梯度；CFD模拟工作的主要步骤：现场收集工作面采空区的几何形状和其他参数（工作面尺寸、采空区跨落特征）。采空区几何模型的构建与网格划分采用文本编辑器应用C语言，编写渗透率的函数，通过自定义函数（UDF-shortforuserdefinefunction）设置边界条件利用FLUENT求解器模拟现场实测数据对模型进行校准和验证利用校正后的模型进行广泛的参数优化和模型优化应用1：采空区氧气浓度分布的CFD值模拟模型的几何特征应用3抽放条件下采空区氧气浓度的分布特征巷道高3m，宽4m，长30m；工作面长度200m，采空区走向长度为500m，计算高度为20m；煤层倾角为0°，工作面走向2°俯采；工作面通风方式为U型通风，配风量为1400m3/min，进风侧新鲜风流氧气质量分数23%，体积分数（浓度）20.7%；高抽巷配风量为200m3/min，回风隅角的抽放管路1直径为Ф325mm，流量为200m3/min，灌浆巷抽放管路2流量为180m3/h；2008年矿井绝对涌出量达到155.49m3/t，相对涌出量21.78m3/t。矿井瓦斯主要来源于采煤工作面瓦斯涌出、采空区底板及顶煤冒落瓦斯涌出，整个采空区的瓦斯涌出量约为21~24m3/min。3模型的网格划分应用3抽放条件下采空区氧气浓度的分布特征几何模型的网格划分局部网格加密60mAirinletAirreturnworkfaceTestpointLongwallstart-up

应用3抽放条件下采空区氧气浓度的分布特征采空区氧气浓度的实测数据曲线采空区内氧气的实测数据模拟结果应用3抽放条件下采空区氧气浓度的分布特征模型外表面的氧气浓度分布规律模拟结果采空区内不同高度水平的氧气浓度分布应用3抽放条件下采空区氧气浓度的分布特征氧化带的分布特征模拟结果应用3抽放条件下采空区氧气浓度的分布特征工作面后部10m、20m、30m、40m、100m采空区不同深度垂向剖面氧气浓度分布云图工作面后部不同位置垂向剖面的氧气浓度分布特征回风侧进风侧应用3抽放条件下采空区氧气浓度的分布特征模拟结果氧化带的三维分布区域特征8%18%应用3抽放条件下采空区氧气浓度的分布特征应用4条带面采空区注氮对氧气浓度分布规律的影响模型参数：工作面长：50m；采空区走向：注氮管出口：深部30、60m；注氮流量：800或1200m3。模型特征应用4采空区注氮对氧气浓度分布规律的影响上巷侧氧气浓度分布规律的实测数据氧气浓度的实测数据应用4采空区注氮对氧气浓度分布规律的影响下巷侧氧气浓度分布规律的实测数据氧气浓度的实测数据应用4采空区注氮对氧气浓度分布规律的影响条带面采空区内部氧气浓度的模拟云图与氧化带分布范围氧气浓度的模拟结果与氧化带的划分应用4采空区注氮对氧气浓度分布规律的影响进风侧30m注氮流量分别为800，1200m3/h时的氧气浓度分布注氮时氧气浓度分布的模拟应用4采空区注氮对氧气浓度分布规律的影响进风侧30m注氮流量分别为800，1200m3/h时的氧气浓度（8%-18%）分布注氮时氧气浓度分布的模拟应用4采空区注氮对氧气浓度分布规律的影响进风侧60m注氮流量分别为800，1200m3/h时的氧气浓度分布注氮时氧气浓度分布的模拟应用4采空区注氮对氧气浓度分布规律的影响注氮时氧气浓度分布的模拟进风侧30m注氮流量分别为800，1200m3/h时的氧气浓度（8%-18%）分布应用4采空区注氮对氧气浓度分布规律的影响研究的结论短壁条带采空区氧化带的分布并没有典型的中间窄两边宽的一般工作面氧化带分布的特征；无论注氮的流量是800或1200m3/h,在采空区深部30m位置处设置注氮出口注氮防火效率不高；无论注氮的流量是800或1200m3/h,在采空区深部60m位置埋管注氮时，氮气对采空区的惰化效果较好。应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性泡沫介质的渗流特性实验三相泡沫渗流特性测试系统流量为6m3/h时数值模拟的结果表观粘度速度分布m/sPas泡沫介质的渗流实验的模拟与分析应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性流量为80m3/h时数值模拟的结果表观粘度速度分布m/sPas三相泡沫在渗流的过程中，在多孔介质的中部渗流速度较慢，两边速度较快，这与牛顿流体的流动规律截然相反。柱塞状流动的这一特点是由屈服应力造成的。泡沫介质的渗流实验的模拟与分析应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性结论：数值计算结果与实测数据具有较好的吻合度。这表明采用CFD数值计算技术可以用来研究泡沫流体的渗流规律。模拟结果与实测数据的对比应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性流变参数对渗流特性的影响的CFD分析流变参数对渗流特性的影响应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性

三相泡沫在采空区渗流的数学模型六面微元体分析法应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性

三相泡沫在采空区渗流的数学模型应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性地质雷达探测地质雷达探测剖面图1、2区域为松散煤体区，3、4区域空洞区域防灭火介质在采空区流动特性的现场试验-试验区域的圈定应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性蓝色为原小煤窑采空区、红色为空洞区，绿色为实体煤分布区域不同地质特征平面分布图防灭火介质在采空区流动特性的现场试验-试验区域的圈定应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性灌注试验1（考察三相泡沫堆积高度）A为1-3剖面，c为2-4剖面。其中0#为灌注钻孔，1、2、3、4为观测钻孔钻孔布置图地表采空区应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性灌注试验2（考察扩散距离）蓝色为原小煤窑采空区、红色为空洞区，绿色为实体煤分布区域不同地质特征平面分布图应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性灌注试验3（考察防灭火介质的扩散覆盖区域）钻孔布置实物图（左）及位置说明图（右）灌注钻孔应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性试验主要结论三相泡沫能够向上自由堆积2~3m的高度（试验流量360m3/h）；三相泡沫的最大水平扩散距离可达3~4m之间（试验流量360m3/h）；三相泡沫向上堆积高度和水平扩散距离与流量有关，灌注流量大则向上堆积高度高、水平扩散距离长。应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性渗流数值模拟与实测数据的对比钻孔图3-9几何模型特征图图3-9几何模型特征图-剖面应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性不同时刻（4、7、10、15、50、90min）三相泡沫体积分数分布云图（钻孔处剖面）钻孔灌注过程模拟结果的剖面图应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性对应的三相泡沫扩散轮廓图（覆盖率20%的等值曲面)

钻孔灌注模拟的三维扩散图应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性预埋管上巷30m5°倾角模型的几何特征说明图4106采空区应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性模型中的主要边界条件应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性10min30min50min70min预埋管灌注模拟结果（埋管深度30m）

应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性120min240min90min240min三相泡沫的最大堆积高度为3.62m，位于灌注出口的正上方（左图红点处）；沿走向的最小扩散宽度为36.9m，位于采空区上煤帮处（图中黄线处）。预埋管灌注模拟结果（埋管深度30m）

应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性三相泡沫的堆积高度随时间的变化三相泡沫的扩散宽度（走向）随时间的变化堆积高度、扩散宽度随时间的变化规律灌注初期的短时间内，堆积高度达到最大值；灌注时间持续至130min中左右时，扩散宽度达到最大值，之后仅沿倾向继续流动。应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性扩散宽度与煤层倾角的关系4扩散宽度的影响因素5煤层倾角增大，扩散宽度减小；灌注流量增大，扩散宽度增大。应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性5堆积高度的影响因素堆积高度与工作面倾角、灌注流量的关系煤层倾角增大，对堆积高度无影响；灌注流量增大，堆积高度增加。应用5防灭火泡沫介质在采空区中流动特性矿业安全领域研究课题一般较为复杂，由于成本高、周期长现场实测难以开展；实验室物理相似模型实验也具有成本高的特点，并且相似模型不易搭建，研究结论在推广性方面也具有局限性；CFD模拟可避免以上缺点，在涉及流动、传热、传质的煤矿安全问题研究方面大有可为。CFD模拟技术并不能完全定量的去研究问题，更何况煤矿安全研究领域的问题十分复杂。因此，应用CFD模拟技术必须结合现场实测或实验共同展开，利用经过实测数据验证了的模型，在此基础上再更深入的研究参数变化对目标问题的影响才更具有实际意义。关于CFD学习的两点感触：StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMining请批评指正！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?