快速成形制造技术

快速成形与制造技术

（RPT）

RapidPrototypingTechnology一、快速成形技术的产生

快速原型（RapidPrototyping，RP）技术，又称快速成形技术，是20世纪80年代后期首先在美国产生并商品化，90年代在全球迅速发展起来的制造新技术。快速原型是继60年代NC技术之后制造领域的又一重大突破，是先进制造技术群中的重要组成部分。技术背景

20世纪80年代以来，计算机技术、材料科学、CAD/CAM、精密传动技术、激光技术以及结构科学等的飞速发展与交叉渗透，为快速原型技术（RPT）的发生和发展奠定了坚实的技术基础。市场背景

由于全球市场一体化的形成，制造业的竞争剧烈，产品开发周期的长短影响到一个企业的生死存亡。因此，客观上需要一种可以直接地将设计数据快速地转化为三维实体的技术。这样，不但可以快速直观地验证设计的正确性，而且可以向客户、甚至仅仅是有意向的潜在客户提供未来产品的实体模型，从而达到迅速占领市场的目的。早期发展美国3M公司的AlanJ.Hebert(1978)日本的小玉秀男(1980)美国UVP公司的CharlesW.Hull(1982)日本的丸谷洋二(1983)在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即用分层制造产生三维实体的思想。

CharlesW.Hull在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为StereolithographyApparatus(SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。同年，CharlesW.Hull和UVP的股东们一起建立了3DSystem公司。与此同时，其它的成形原理及相应成形系统也相继开发成功。1984年MichaelFeygin提出了薄材叠层（LaminatedObjectManufacturing，以下简称LOM）的方法，并于1985年组建Helisys公司，1992年推出第一台商业成形系统LOM-1015。1986年，美国Texas大学的研究生C.Deckard提出了选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering，简称SLS)的思想，稍后组建了DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成形系统Sinterstation。ScottCrump在1988年提出了熔融成形(FusedDepositionModeling，简称FDM)的思想，1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。美国的3DSystems公司于1988年生产出了世界上第一台现代快速成型机——SLA-250(液态光敏树脂选择性固化成型机），开创了快速成型技术发展的新纪元。国内快速原型技术发展概况

我国RP研究工作起步于90年代初。1994年以来，我国已有20几家企业或机构从国外引进RP机器。但由于引进价格昂贵，如美国3Dsystem公司生产的及SLA250系统售价20万美元，SLA500价格高达40万美元，加之材料也依靠进口，使生产成本过高，往往是国内企业无法承受的。

为了解决中国制造业对RP的迫切需求，1991年以来，在中国政府资助和支持下，一些高等院校和研究机构积极开展RP研究，并取得较大的进展。

清华大学、西安交通大学、南京航天大学、华中理工大学、上海交通大学、华北工学院等在成形理论、工艺方法、设备、材料、软件等方面做了大量的研究、开发工作。有些单位已开发出商品化、能做出复杂原型的RP系统。例如北京隆源公司开发的AFS300激光快速成形机（选择性激光烧结系统）、华中的HRP系统、清华大学研制的多功能快速造型系统MRPMS和基于FDM的熔融挤出成形系统（MEM250）等。此外，国内的家电行业在快速成形系统的应用上，走在了国内前列。如广东的美的、华宝、科龙、江苏的春兰、小天鹅，青岛的海尔等，都先后采用快速成形系统来开发新产品，收到了很好的效果。

目前，国内由政府资助，正在深圳、天津等地建立一批向企业提供快速成形技术的服务机构，推动快速成形技术在我国的广泛应用。在模具制造业，可以利用快速成形技术制得的快速原型，结合硅胶模、金属冷喷涂、精密铸造、电铸、离心铸造等方法生产模具；快速成形件也可以直接或间接制得EDM电极，用于电火花加生产模具；快速成形技术制得的快速原型也可以直接作为模具。

本课程主要介绍了快速成形技术的定义、特征和几种典型的快速成形工艺，四种快速成形设备的结构、特点、工艺操作过程等.

二、快速成形技术原理快速成形的基本工艺过程CAD建模STL转换生成片层NC代码实体加工零件原型后处理切片处理前处理快速成型系统工作后处理用Pro/E设计的零件模型STL面片化的零件模型快速原型设备的处理过程材料输入输出零件离散堆积设备作为一种先进制造技术，快速成形技术自问世以来得到了迅速发展，并在工程领域得到广泛应用。该技术打破了传统的制造模式，无需任何工、模具，由CAD模型直接驱动，利用离散/堆积的原理，快速完成任意复杂形状的原型和零件，从而大大缩短了新产品开发的周期，极大增强了企业的市场竞争力。三、典型快速原型制造工艺快速成型的主要工艺方法光固化成型法（StereoLithographyApparatus--SLA）叠层实体制造法（LaminatedObjectManufacturing--LOM）选择性激光烧结法（SelectedLaserSintering---SLS）熔融沉积制造法（FusedDepositionModeling--FDM）三维打印（Three-DimensionalPrinting---3D-P）固基光敏液相法（SolidGroundCuring---SGC）近年涌现了几十种快速成型工艺

光固化成型法（SLA）

叠层实体制造法（LOM）

选择性激光烧结法（SLS）

熔融沉积制造法（FDM）

1、光固化成型法-SLAStereoLithographyApparatus1984年由CharlesHul发明并获美国专利，1988年美国3DSystems公司推出商品化样机SLA-1，是世界上第一台快速原型成形机SLA是最早出现且技术上最为成熟的RPT，也称液态光敏树脂选择性固化光固化成型法

第一个投入商业应用的RP技术。这种方法的特点是精度高、表面质量好。原材料利用率将近100％，能制造形状特别复杂（如空心零件）、特别精细（如手饰、工艺品等）的零件。SLA工艺演示光固化成型法的工艺原理

以光敏树脂为原料，将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。当一层固化完毕，移动工作台，在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂以便进行下一层扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，如此重复直到整个零件原型制造完毕.SLA的工艺特点成型材料自由基光固化树脂阳离子光固化树脂混杂型光固化树脂SLA的特点成型方法简单，能直接生产塑料件；表面粗糙度较低，尺寸精度较高成型中有相的变化，翘曲变形较大。需要支撑结构成型速度较低，原材料有污染、气味很大成本高（树脂和激光器价格昂贵、寿命短）SLA方法制作的实物模型SLA-700，3DSystems2、叠层实体制造-LOMLaminatedObjectManufacturing由MichaelFeygin于1986年研制成功，美国Helisys公司推出商品化机器LOM是采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等，在材料表面事先涂覆上一层热熔胶，加工时用CO2激光器或刀具在计算机控制下进行切割，然后通过热压辊压，使当前层与下面已成型的工件粘接，从而堆积成型.叠层实体制造工艺特点成型材料薄材：如纸、塑料薄膜热熔胶涂布工艺LOM工艺的特点LOM工艺只需在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面，因此适合大、中型零件的加工零件尺寸精度较高，工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以翘曲变形小，成型时无需加支撑。但是，材料浪费大，且清除废料困难SSM-1600成形设备目前世界上成形空间最大的快速成形设备(最大成型尺寸要案1600X800X750MM)3D300C，LOM工艺，以色列采用刀切塑料薄膜，不加热仅用粘结剂粘结层片，因而变形非常小。机器重量仅为31kg该设备以叠层实体制造模式工作，生产用于快速工模具制造的原型叠层实体制造叠层实体制造方法制作的实物模型3、选择性激光烧结-SLSSelectiveLaserSintering由美国德州Austin分校C.R.Dechard于1989年研制成功，后被美国DTM公司商品化，推出商品化机器SLS工艺是利用粉末材料（金属或非金属粉末）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成形选择性激光烧结工艺原理CO2激光器激光束/镜组/扫描镜推平滚子粉末缸成型腔粉末面成型腔尺寸：381*330*457mm选择性激光烧结工艺特点成型材料蜡粉、聚苯乙烯（PS)、工程塑料（ABS）、聚碳酸酯（PC)、尼龙（PA)、金属粉末、覆膜砂、覆膜陶瓷粉，近年来更多的采用复合粉末，粉粒直径为50～125µm工艺特点材料适应面广，不仅能制造塑料制件，还能制造蜡模、陶瓷和金属零件成型精度一般、能直接制造制件和装配件（轴承整体）制件翘曲变形相对较小，但对于容易发生变形的地方应设计有支撑结构实心零件成型时间较长，适合中小零件的生产。HiQ-SLS，3DSystems选择性激光烧结方法制作的实物模型激光直接烧结金属粉末得到的复杂金属零件4、熔融沉积成形-FDMFusedDepositionModeling由美国学者Dr.ScottCrump于1988年研制成功。并由美国Stratasys公司推出商品化的设备，FDM1600、FDM1650、FDM8000、QuantumFDM工艺采用热塑性材料，如ABS、蜡、尼龙等，一般以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化后，从小孔挤出堆积成形FDM（FusedDepositionModeling）

熔融沉积制造工艺

MEM（MeltedExtrusionManufacturing）

熔融挤压成型工艺FDM工艺原理FDM工艺演示FDM工艺的特点FDM不用激光，使用、维护简单，成本低。用蜡成形的零件原型可直接用于石蜡铸造；用ABS工程塑料制造的原型则具有较高强度，在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。由于FDM工艺一般在80~120ºC进行，材料的收缩率必然会引起尺寸误差，同时会产生热应力，导致制件的翘曲变形，因此需要设计支撑结构。FDM工艺适合成型小塑料件，最高精度0.127mm。

由于是填充式扫描，因此成型时间较长，为克服这一缺点，可采用多个热喷头同时进行涂覆，提高成型效率。FDM方法制作的实物模型MEM-300-II熔融挤压快速成形设备MEM-200-D熔融挤压快速成形设备M-RPMS设备以MEM模式工作，生产用于新产品的原型熔融挤压制造几种常见RPT特点比较低较复杂小截面较慢大截面较快LOM高几乎无费料简单小截面较快大截面较慢FDM较高较复杂小截面较快大截面较慢SLS较高较复杂小截面较快大截面较慢SLA材料利用率制件后处理成形速度四、快速成形技术的应用快速成形技术的应用领域

产品快速设计/制造设计：新产品的设计与开发制造：快速工/模具制造、快速铸造

分析：试验分析模型

生物制造：

生物医学和组织工程

工艺品：与美学有关的各工程领域快速成型技术的主要应用状况◆汽车、摩托车:外形及内饰件的设计、改型、装配试验，发动机、汽缸头试制。◆家电:各种家电产品的外形与结构设计，装配试验与功能验证，市场宣传，模具制造。◆通讯产品:产品外形与结构设计，装配试验，功能验证，模具制造。◆航空、航天:特殊零件的直接制造，叶轮、涡轮、叶片的试制，发动机的试制、装配试验。◆轻工业:各种产品的设计、验证、装配，市场宣传，玩具、鞋类模具的快速制造。◆医疗:医疗器械的设计、试产、试用，CT扫描信息的实物化，手术模拟，人体骨关节的配制。◆国防:各种武器零部件的设计、装配、试制，特殊零件的直接制作，遥感信息的模型制作。1、在产品设计中的应用在产品设计中的应用

目前主要是应用于新产品开发的设计验证和模拟样品的试制上。

开发过程概念设计→造型设计→结构设计→基本功能评估→模拟样件试制。

对某些以塑料结构为主的产品还可以进行小批量试制，或进行一些物理方面的功能测试、装配验证、实际外观效果审视，甚至将产品小批量组装先行投放市场，达到投石问路的目的。

用于新产品的设计评估RP原型可直接用于模拟性能测试、模拟装配实验和生产可行性评估采用RPT进行新产品开发，可减少产品开发成本30~70%，减少开发时间。

手机壳－手板摩托车发动机智能卡系统部件喷漆设备的喷头战斗机上的头盔系统头盔外壳模型复杂型面叶轮的CAD模型

和SSM工艺制作的原型空间曲面叶片2、快速模具制造技术快速模具制造技术

RapidTooling

采用模具生产零件是现代工业的主要生产工艺和手段.传统模具制造生产过程复杂、周期长，模具需反复调试，制造成本高.往往成为设计和制造的瓶颈.快速模具制造可节约成本3/4，缩短生产周期约2/3.因此应用RP技术制造快速经济模具成为RP技术发展的主要推动力之一。

从RP到RT是快速成型技术发展的第二次飞跃。

传统金属冷作模具制造流程下料锻造调试模具设计球化退火机械加工修配热处理投产快速原型和模具制造技术示意图

快速模具制造的分类直接模具制造用LOM系统制做的制件经表面处理，其强度比一般木材还要高，可直接用作铸造木模；用SLS等方法则可直接制造熔模铸造用的蜡模以及造型或压力加工用金属模。间接模具制造用快速原型制件作母模可复制出蜡模、硅橡胶模、环氧树脂模或聚氨脂模等软模具；据此软模具又可浇铸出环氧树脂、石膏、陶瓷、低熔点金属、金属基复合材料等硬模具。这些简易模具可用作各种铸造模、注塑模、蜡模的成型模以及拉伸模等，实现塑料件或金属件的小批量生产。用快速原型制件作母模，通过金属喷涂等方法可快速制造电脉冲机床用电极。快速工模具制造快速模具技术的发展方向提高模具制造精度开发新材料新工艺直接制造高强度金属模具3、快速铸造技术快速铸造技术

RapidCasting（RC）概念利用快速成型技术直接或间接制造铸造用模样、模板、型芯或型壳等，再结合传统铸造技术，快速制造铸件的工艺方法。目前主要利用RP技术快速制取铸造模样4、快速成形技术在医学领域中的应用：

生物制造技术生物制造的定义生物制造是生物科学与制造科学交叉的边缘学科，其目标是运用现代成形学的原理和方法，从制造科学的角度，采用现代成形技术、数据重构技术、模拟仿真技术等与分子生物学和细胞学相结合，以寻求新的组织和器官的假体与活体的制造原理和方法，以及新的制造工艺。生物制造的主要应用制作生物体模型生物假体制造生物相容不降解永久植入体制造生物相容降解植入体制造制作生物体模型头骨模型生物假体制造人体解剖学数据三维重构快速成形体外治疗、诊断、康复等辅助模型非生物活性材料

修复病变盆骨材料：纳米羟基磷灰石/胶原复合材料具有与人骨材料微观结构高度相似的纳米片层结构的纳米羟基磷灰石/胶原复合材料5、与美学有关的各工程领域及工艺品制作与美学有关的各工程领域RPT对一切有美学需求的设计，如轿车、桥梁、雕塑等是一种重要工具，它可以将设计者的构思迅速表达成三维实体，便于设计修改和再创作。此外，RPT在文物、艺术品复制或复原等方面具有相当的优势和应用前景。孔雀香炉双象瓶RPT在艺术领域应用实例

仿文物工艺品6、反向工程（RE）

（ReverseEngineering）RP与RE（ReverseEngineering）五、快速成形技术的

现状及发展中的问题一、材料方面的限制

离散/堆积成形的过程伴随着材料的变化残余应力难以消除翘曲和变形

二、价格问题

RP是机械、材料、自动化、信息等技术的集成，制造高技术成本高，一旦工艺成熟，开发商使用专利来保护自己，这就给RP设备生产和技术服务带来经济上的代价。3DSystem2001.3推出的ViperSi2的SLA设备，18万美元；1994年的SLA700080万美元

RP材料价格偏高（由于改性需求等）限制了其应用。美国3DSystemsSLA设备专用树脂200~250美元/公斤美国Stratasys公司ABS等丝材在2000~4000美元/公斤三、成形精度与成形速度的矛盾材料的离散/堆积过程均需单元化处理，导致精度下降。

台阶效应——成形原理性误差STL转换切片处理STL转换切片处理

对实体分层切片策略起着非常重要的作用，其结果直接影响到制造过程的精度，表面质量和成形效率．等层厚切片，算法简单，但不能兼顾加工效率与加工精度．自适应切片（变层厚切片），根据零件形状的变化规律自动调整合适的分层厚度，解决效率和精度的矛盾．常见的有曲率计算法和面积计算法四、后处理带来的问题RP技术的快速性归根到底还是其柔性决定的，但材料单元在堆积过程中伴随着的物理化学变化使后处理成为必须，使其柔性下降，大大降低了其快速性五、其它待研究和开发的课题

（1）改善快速成形系统的可靠性、生产率和制作大件能力，尤其是提高快速成形系统的制作精度（2）开发经济型的快速成形系统；

（3）快速成形方法和工艺的改进和创新；

（4）快速模具制造的应用；

（5）开发性能好的快速成形材料；

（6）开发快速成形的高性能软件；

（7）快速成形技术与CAD、CAE、CAPP、CAM以及高精度自动测量、逆向工程的一体化集成。

六、熔融沉积成形设备介绍熔融沉积成形设备设备工艺特点1.工艺无需激光，降低运行成本且造型速度快，在现有快速成型设备中运行费用最低；2.设备以数控机床原理设计，刚性好，运行平稳；3.X、Y轴采用精密伺服电机驱动，精密滚珠丝杠传动，精密滚珠直线导轨导向；4.特有填充路径网格优化设计技术，使原型表面质量更高；5.系统软件可以对STL格式原文件实现自动检验、修补功能；6.丝材宽度自动补偿技术，保证零件精度；7.丝材成型后的可打磨性好，易于后期精加工；8.挤压喷射喷头无流涎、高响应；9.高质量元器件及传感系统，具报警装置，可靠性高，可长时间连续运行；10.精密微泵增压系统控制的远程送丝机构，确保送丝过程持续、稳定；11.快速切换喷嘴结构，便于保养、维修及更换；12.设备运行过程无毒，无味，无音，可在办公室工作。

操作流程

1．打开三维打印机／快速成型系统，上电。2．启动ModelWizard软件。3．启动“初始化”命令，让三维打印机／快速成型系统执行初始化操作。4．使用系统按钮或本软件的手动调试对话框，启动温控。（由于喷头，成形室温上升需要一定时间，该步骤可以节省等待时间，当然，该步骤也可省略，）5．载入三维模型，分层，再载入二维层片模型。6．调节工作台的高度，设定在一个合适的位置。7．打印模型。如果打印过程中出现异常，可以选择取消打印或暂停打印。8．打印完成，工作台下降，取出模型。9．关机或重新开始制作另外一个模型。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169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170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176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178ClassenDC,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180六、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