計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用

ComputerinMSE（MaterialScienceandEngineering）1主要參考資料1、計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用楊明波胡紅軍唐麗文（化學(xué)工業(yè)出版社,2008）2、計(jì)算機(jī)在材料工程中的應(yīng)用湯愛(ài)濤(重慶大學(xué)出版社,2008)3、計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用

曾令可(武漢理工大學(xué)出版社,2004)4、計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用許鑫華（機(jī)械工業(yè)出版社,2003）5、計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用劉興江（東北大學(xué)出版社,2007）6、計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用李瓊（電子科技出版社,2007）7、材料科學(xué)中計(jì)算機(jī)的應(yīng)用喬寧（中國(guó)紡織出版社,2007）8、計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用—張朝暉（中南大學(xué)出版社,2008）

2第一章計(jì)算機(jī)在材料與工程中的應(yīng)用概述

第二章材料科學(xué)與工程中數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理（原理、方法以及計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)）

第三章材料數(shù)據(jù)庫(kù)及專家系統(tǒng)第四章人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

第五章材料研究中的數(shù)學(xué)模型及分析方法第六章電子顯微技術(shù)在材料科學(xué)中的應(yīng)用目錄3本課程是一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課。課程教學(xué)所要達(dá)到的目的：

了解計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用；初步掌握在材料科學(xué)研究領(lǐng)域中更好地應(yīng)用計(jì)算機(jī)的思路、方法和原理；初步將計(jì)算機(jī)用于后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)和專業(yè)設(shè)計(jì)中去。本課程在教學(xué)計(jì)劃中的地位、作用和任務(wù)41.1.1材料的作用與分類1.1材料科學(xué)與工程(MSE)材料是用以制造有用物件的物質(zhì)第1章計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中應(yīng)用概述材料是人類社會(huì)發(fā)展的里程碑，是人類生產(chǎn)和生活水平提高的物質(zhì)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代文明進(jìn)步的重要標(biāo)志和發(fā)展高新技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。石器時(shí)代銅器時(shí)代鐵器時(shí)代當(dāng)代文明三大支柱（20世紀(jì)60年代說(shuō)法）：材料、能源和信息新技術(shù)革命主要標(biāo)志（20世紀(jì)70年代說(shuō)法）：新材料、信息技術(shù)和生物技術(shù)5材料的分類金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料復(fù)合材料結(jié)構(gòu)材料功能材料建筑材料能源材料電子材料耐火材料醫(yī)用材料耐火材料6研究材料組成、結(jié)構(gòu)、性能、制備工藝和使用性能以及它們之間相互關(guān)系的科學(xué)。（Nextpage）美國(guó)國(guó)家研究院材料科學(xué)與工程委員會(huì)《90年代的材料科學(xué)與工程：在材料時(shí)代保持競(jìng)爭(zhēng)力》材料科學(xué)與工程領(lǐng)域存在

四個(gè)要素（性質(zhì)與現(xiàn)象、使用性能、結(jié)構(gòu)與成分、合成與加工）

兩個(gè)關(guān)鍵（儀器設(shè)備和分析建模）1.1.2MSE研究?jī)?nèi)容7Source:MaterialsScienceandEngineeringforthe1990s,NRC,1989Composition

&Processing成分與工藝Structure組織結(jié)構(gòu)Properties材料性能.Performance使用性能四個(gè)要素8

MSE特點(diǎn)：多學(xué)科交叉的新興科學(xué)。它與許多基礎(chǔ)學(xué)科有著不可分割的聯(lián)系，如固體物理學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、量子化學(xué)、數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)等。一門(mén)發(fā)展不成熟的學(xué)科，它的研究很大程度依賴于實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的積累，系統(tǒng)的研究材料還有一個(gè)很長(zhǎng)的過(guò)程。91.2計(jì)算機(jī)在MSE中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)硬件條件的飛速發(fā)展為計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的廣泛應(yīng)用提供了有力保證。Moore’sLaw(1965)：計(jì)算機(jī)的CPU速度每24個(gè)月增加一倍。

18(1975)圖中電腦處理器中晶體管數(shù)目的增長(zhǎng)曲線符合摩爾定律10

計(jì)算機(jī)在MSE的應(yīng)用非常廣泛:

材料科學(xué)是研究材料的組成與結(jié)構(gòu)、合成與制備、性能與應(yīng)用以及它們之間相互關(guān)系的一門(mén)科學(xué),在所有的這些方面,計(jì)算機(jī)都發(fā)揮了非常重要的作用。111.2.1計(jì)算機(jī)用于新材料的設(shè)計(jì)材料設(shè)計(jì)主要是利用人工智能、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)模擬、知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù),使人們能將物理、化學(xué)理論和大批雜亂的實(shí)驗(yàn)資料溝通起來(lái),用歸納和演繹相結(jié)合的方式對(duì)新材料的研制作出決策,為材料設(shè)計(jì)的實(shí)施提供行之有效的技術(shù)和方法。

材料設(shè)計(jì)是指通過(guò)理論分析與計(jì)算預(yù)報(bào)新材料的組分、結(jié)構(gòu)與性能，或者是通過(guò)理論設(shè)計(jì)來(lái)“訂做”具有特定性能的新材料，按生產(chǎn)要求“設(shè)計(jì)”最佳的制備和加工方法。20世紀(jì)50年代開(kāi)始；80年代實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的條件趨于成熟；計(jì)算機(jī)技術(shù)是保障、條件。13

材料設(shè)計(jì)一般可分為三個(gè)層次（按照設(shè)計(jì)對(duì)象和所涉及的空間尺寸可分）：微觀設(shè)計(jì)層次，尺度約1nm數(shù)量級(jí)，是電子、原子、分子層次的設(shè)計(jì)；介觀設(shè)計(jì)層次，尺度約為1μm數(shù)量級(jí)，材料被看作是連續(xù)介質(zhì)、是組織結(jié)構(gòu)層次的設(shè)計(jì)；宏觀設(shè)計(jì)層次。尺度對(duì)應(yīng)于宏觀材料，涉及大塊材料的成分、組織、性能和應(yīng)用的設(shè)計(jì)研究，是工程應(yīng)用層次的設(shè)計(jì)。不同的結(jié)構(gòu)層次有不同理論和方法，不同層次之間常常相互交叉、不同層次的目的、任務(wù)及應(yīng)用也不盡相同。141.2.2材料科學(xué)研究中的計(jì)算機(jī)模擬

計(jì)算機(jī)模擬是一種根據(jù)實(shí)際體系在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)將模擬結(jié)果與實(shí)際體系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,可以檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性,也可以檢驗(yàn)出模型導(dǎo)出的解析理論所作的簡(jiǎn)化近似是否成功,還可為現(xiàn)實(shí)模型和實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的探索模型做詳細(xì)的預(yù)測(cè)并提供方法。1.2.3材料與工藝過(guò)程的優(yōu)化及自動(dòng)控制

材料加工技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制技術(shù)的飛速發(fā)展,微機(jī)和可編程控制器在材料加工過(guò)程中的應(yīng)用正體現(xiàn)了這種發(fā)展和趨勢(shì)。在材料加工過(guò)程中利用計(jì)算機(jī)技術(shù)不僅能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,更能改善產(chǎn)品的質(zhì)量和精度,提高產(chǎn)量。在材料的制備中,可以對(duì)過(guò)程進(jìn)行精確的控制,例如材料表面處理熱處理中的爐溫控制等。計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合,使工藝設(shè)備、檢測(cè)手段的準(zhǔn)確性和精確度等大大提高。1.2.4計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)和圖像處理

材料科學(xué)研究在實(shí)驗(yàn)中可以獲得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),借助計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備,可以大量保存數(shù)據(jù),并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算、繪圖,擬合分析和快速查詢等。利用計(jì)算機(jī)的圖像處理和分析功能就可以研究材料的結(jié)構(gòu),從圖像中獲取有用的結(jié)構(gòu)信息,如晶體的大小,分布,聚集方式等,并將這些信息和材料性能建立相應(yīng)的聯(lián)系,用來(lái)指導(dǎo)結(jié)構(gòu)的研究。返回1.3材料科學(xué)研究中的數(shù)學(xué)模型建立和數(shù)值分析

數(shù)學(xué)模型建立是一種具有創(chuàng)新性的科學(xué)方法,它將現(xiàn)實(shí)問(wèn)題簡(jiǎn)化,抽象為一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題或數(shù)學(xué)模型,再采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法求解,進(jìn)而對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行定量的分析和研究,最終達(dá)到解決實(shí)際問(wèn)題的目的。典型模擬方法及所對(duì)應(yīng)的模擬尺度FDM=finitedifferencemethod,FEM=finiteelementmethod

20有限差分法

建立差分方程,用有限差分代替無(wú)限微分,以差分代數(shù)方程代替微分方程,以數(shù)值計(jì)算代替數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程,從而將連續(xù)函數(shù)離散化,以有限的,離散的數(shù)值代替連續(xù)的函數(shù)分布。計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)上述離散和計(jì)算的強(qiáng)大工具。有限元法有限元法是將連續(xù)的介質(zhì)材料劃分為許多微小的單元有限個(gè)單元,在確定其邊界條件后對(duì)其進(jìn)行單元求解,從而獲得整體介質(zhì)的相關(guān)性能。有限元法的實(shí)現(xiàn)必須通過(guò)計(jì)算機(jī),利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大而快速的數(shù)據(jù)計(jì)算、處理和存儲(chǔ)能力進(jìn)行有限元計(jì)算。

網(wǎng)格劃分有限元模擬人腳走路受力情況有限元方法23主要是利用有限元軟件進(jìn)行分析,方法是先建立某個(gè)零件的幾何模型,然后賦予其一定的材質(zhì)鋼材、木材等這些材質(zhì)的力學(xué)等性能是己知的,施加載荷,然后根據(jù)其邊界條件進(jìn)行有限元分析。25261.3.1材料科學(xué)研究中主要物理場(chǎng)的數(shù)值模擬

包括材料的傳熱(溫度場(chǎng))、應(yīng)力場(chǎng)(力學(xué)問(wèn)題)和濃度場(chǎng)(內(nèi)部原子的遷移流動(dòng))等的計(jì)算,以上問(wèn)題即可采用前述的有限元分析法進(jìn)行模擬“傳熱傳質(zhì)過(guò)程”。材料內(nèi)部原子遷移的微觀過(guò)程和由此引起的物質(zhì)的宏觀流動(dòng)與材料在生產(chǎn)和使用過(guò)程中的許多物理化學(xué)過(guò)程密切相關(guān),因此使用有限元法對(duì)擴(kuò)散的濃度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算的技術(shù)具有重要的意義。1.3.2組織轉(zhuǎn)變的計(jì)算機(jī)模擬

鋼材的性能主要取決于其內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu),鋼的常溫組織是在加熱之后的冷卻過(guò)程中形成和完成的,為了使鋼材獲得某種預(yù)期的組織結(jié)構(gòu),就需要準(zhǔn)確地測(cè)量鋼在熱處理或熱加工過(guò)程中的冷卻過(guò)程。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的開(kāi)展使材料的組織轉(zhuǎn)變數(shù)值模擬成為可能,鋼的TTT曲線和CCT曲線為組織轉(zhuǎn)變提供了兩種不同的模擬途徑。30顯微組織模擬圖中顯示了計(jì)算機(jī)模擬的不同時(shí)刻的凝固枝晶形貌圖，不同的顏色代表不同的濃度分布。這樣顯微組織形核、生長(zhǎng)等過(guò)程也將實(shí)現(xiàn)“可視化”！

31三維等軸樹(shù)枝晶形貌的模擬

321.3.3相圖計(jì)算及其軟件

相圖是描述相平衡系統(tǒng)的重要幾何圖形,通過(guò)相圖可以獲得某些熱力學(xué)資料反之,由熱力學(xué)數(shù)據(jù)建立一定的模型也可計(jì)算和繪制相圖。用計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算和繪制相圖有了廣泛的應(yīng)用。34

Thermo-Calc包括物質(zhì)和溶液數(shù)據(jù)庫(kù)、熱力學(xué)計(jì)算系統(tǒng)和熱力學(xué)評(píng)估系統(tǒng)。Fact包括物質(zhì)和溶液兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)及一套熱力學(xué)和相圖等的優(yōu)化計(jì)算軟件。這些軟件的共同特定是集成了具有自洽性的熱化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)和先進(jìn)的計(jì)算軟件?？捎糜诟鞣N類型的二元、三元和多元相圖的平衡計(jì)算。1.3.4材料數(shù)據(jù)庫(kù)

計(jì)算機(jī)材料數(shù)據(jù)庫(kù)具有存儲(chǔ)信息量大、存取速度快、查詢方便、使用靈活、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。目前已有的材料數(shù)據(jù)庫(kù)包括合金相圖數(shù)據(jù)庫(kù)、陶瓷相圖數(shù)據(jù)庫(kù)、材料腐蝕數(shù)據(jù)庫(kù)、材料摩擦磨損數(shù)據(jù)庫(kù)等,還包括材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫(kù)、金屬?gòu)椥孕阅軘?shù)據(jù)中心和金屬擴(kuò)散數(shù)據(jù)中心等數(shù)種各類數(shù)據(jù)庫(kù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得材料數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)一步走向現(xiàn)代化,在材料研究、理化測(cè)試、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和決策咨詢中得到廣泛應(yīng)用。

另外,利用人工智能技術(shù)的材料加工等專家系統(tǒng)也得到了很大的發(fā)展。包括預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)、診斷專家系統(tǒng)、設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、規(guī)劃專家系統(tǒng)、監(jiān)視專家系統(tǒng)、控制專家系統(tǒng)等。1.3.5材料加工過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制是生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。在材料加工控制領(lǐng)域,運(yùn)用較多的是微型計(jì)算機(jī)和可編程控制器。計(jì)算機(jī)在材料加工中的應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面物化性能測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)聚集和處理、加工過(guò)程的自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造、計(jì)算機(jī)輔助研究、材料加工過(guò)程的全面質(zhì)量管理等。溫度控制391.3.6材料科學(xué)研究中的數(shù)據(jù)與圖像處理

利用計(jì)算機(jī)可以大量保存并方便快速查找實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),而且更重要的是可以對(duì)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的后續(xù)處理計(jì)算、繪圖、擬合分析等。目前,可用于數(shù)據(jù)管理、計(jì)算、繪圖、解析和擬合分析的軟件很多,有些功能強(qiáng)大,有些則相對(duì)簡(jiǎn)單、專業(yè)化。比如origin可以對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行一般的處理與繪圖,對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)處理和一般的統(tǒng)計(jì)分析,

計(jì)算機(jī)圖像分析系統(tǒng)正逐漸成為輔助研究材料結(jié)構(gòu)與性能之間定量關(guān)系的一種重要手段。圖像處理主要是用常規(guī)軟件(photo

shop等)進(jìn)行材料的圖像分析與處理,例如,材料凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)單元的測(cè)量,利用圖像色調(diào)整的方法進(jìn)行圖像的二值化,包括目標(biāo)粒子的分離,背景的去除,設(shè)定閉值進(jìn)行二值化等。材料性能的測(cè)定大多使用專門(mén)的測(cè)試設(shè)備和儀表。如果使用計(jì)算機(jī)來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)，使其協(xié)調(diào)運(yùn)行，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，通常使整個(gè)系統(tǒng)的功能得到飛躍性增強(qiáng)。計(jì)算機(jī)化得材料性能測(cè)試系統(tǒng)(CAT系統(tǒng))是提高材料研究水平的重要手段。由于計(jì)算機(jī)靈活的編程方式、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和很高的運(yùn)算速度，使得CAT系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)方式不能完成的許多測(cè)試工作，提高了材料試驗(yàn)研究的水平和測(cè)試精度。1.3.7計(jì)算機(jī)技術(shù)用于材料性能表征與檢測(cè)42電子顯微鏡43金相顯微鏡44X射線衍射儀45

計(jì)算機(jī)作為一種現(xiàn)代工具,在當(dāng)今世界的各個(gè)領(lǐng)域日益發(fā)揮巨大的作用,它己滲透到各門(mén)學(xué)科領(lǐng)域以及日常生活中成為現(xiàn)代化的標(biāo)志。在材料領(lǐng)域,計(jì)算機(jī)也正在逐漸成為極其重要的工具,計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用正是材料科學(xué)飛速發(fā)展的重要原因之一。大家對(duì)鑄造過(guò)程并不陌生，傳統(tǒng)的鑄造工藝是“睜眼造型，閉眼澆注”。我們不禁要問(wèn)“閉眼”操作能做好嗎？沒(méi)錯(cuò)，“眼見(jiàn)為實(shí)”在鑄造工藝設(shè)計(jì)中非常重要，而金屬液一旦進(jìn)入模具型腔之后我們就無(wú)法看到其動(dòng)態(tài)流動(dòng)、溫度分布以及凝固過(guò)程。所以工程師們只能憑經(jīng)驗(yàn)和想象來(lái)設(shè)計(jì)模具，這很令人頭疼，那么如何才能看到整個(gè)鑄造過(guò)程，讓其在我們面前變得“可視”，從而優(yōu)化鑄造工藝呢？首先采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和現(xiàn)代鑄造理論，模擬鑄件充型、溫度分布和凝固過(guò)程；其次用三維X射線實(shí)時(shí)觀察和監(jiān)測(cè)澆注過(guò)程獲得初步試驗(yàn)數(shù)據(jù)；最后通過(guò)實(shí)際澆鑄生產(chǎn)并與模擬、監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比，確定最佳的生產(chǎn)工藝。通過(guò)這樣三步，我們就實(shí)現(xiàn)了“可視化鑄造”！先進(jìn)鑄造工藝計(jì)算模擬47

計(jì)算機(jī)模擬X射線實(shí)時(shí)觀察實(shí)際生產(chǎn)48

圖中是一個(gè)大型鋼錠的充型過(guò)程模擬，其中用到專業(yè)模擬軟件viewcast，從動(dòng)畫(huà)中可以清楚的看到整個(gè)鑄件充型過(guò)程。49此動(dòng)畫(huà)顯示了鋼錠的冷卻過(guò)程中溫度的變化過(guò)程，其中不同的顏色代表不同的溫度，這樣溫度這一不可見(jiàn)的過(guò)程也將變得“可視”。

50先進(jìn)鍛造工藝計(jì)算模擬鍛造加工的悠久歷史

鍛造=打鐵？？No??！如何加工大型巨輪中的大型曲軸曲拐呢？51曲拐加工工藝的計(jì)算機(jī)模擬

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工藝的模擬和工廠試制的比較

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有

限

元

模

擬

實(shí)

際

生

產(chǎn)

對(duì)一個(gè)大型壓力容器件的加工模擬過(guò)程，用計(jì)算模擬的結(jié)果來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)，已經(jīng)取得了很好的效果！

54其它加工過(guò)程的模擬鉆孔橫楔軋晶粒演化

齒輪架感應(yīng)加熱連桿

55由于工程材料的種類繁多，而每一種材料都有其特定的成分、結(jié)構(gòu)及性能，因此所有工程材料的成分、結(jié)構(gòu)及性能就構(gòu)成了一個(gè)龐大的信息系統(tǒng)，為了便于材料工作者查詢和研究，有必要建立各種類型的材料數(shù)據(jù)庫(kù)。目前已建立了許多不同類型的材料數(shù)據(jù)庫(kù)，如中科院金屬所的材料數(shù)據(jù)庫(kù)/SDB1.4計(jì)算機(jī)技術(shù)用于材料數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)56美國(guó)材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研究所(NIST)材料數(shù)據(jù)庫(kù)/srd/materials.htm日本國(guó)立材料科學(xué)研究所材料數(shù)據(jù)庫(kù)http://mits.nims.go.jp/db_top_eng.htmMatweb材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)57

知識(shí)庫(kù)主要是材料成分、組織、工藝和性能間的關(guān)系以及材料科學(xué)與工程的有關(guān)理論成果，它是實(shí)現(xiàn)人工智能的基本條件。實(shí)際上知識(shí)庫(kù)就是材料計(jì)算設(shè)計(jì)中的一系列數(shù)理模型，用于定量計(jì)算或半定量描述的關(guān)系式的總和。數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的是具體的數(shù)據(jù)值，它只能進(jìn)行查詢，不能進(jìn)行推理。而知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)的是規(guī)則、規(guī)律，通過(guò)數(shù)理模型的推理、運(yùn)算，以一定的可信度給出所需的性能等數(shù)據(jù)；也可以利用知識(shí)庫(kù)進(jìn)行成分和工藝控制參量的計(jì)算設(shè)計(jì)。利用數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)材料性能的預(yù)測(cè)功能和設(shè)計(jì)功能，達(dá)到設(shè)計(jì)的雙向性。58

材料設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)是指具有相當(dāng)數(shù)量的與材料有關(guān)的各種背景知識(shí)，并能運(yùn)用這些知識(shí)解決材料設(shè)計(jì)中有關(guān)問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)主要有下列幾個(gè)模塊：優(yōu)化模塊、集成化模塊和知識(shí)模塊。現(xiàn)在逐步在發(fā)展智能專家網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這是以模式識(shí)別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的專家系統(tǒng)。目前基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理技術(shù)在材料科學(xué)中可到了越來(lái)越多的應(yīng)用，在處理規(guī)律不明顯、組分變量多、非線性方面的問(wèn)題具有特殊的優(yōu)越性，并且也可以對(duì)建立的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。59ABINITVASPWIN2KGaussianMaterialStudioPWSCF量子化學(xué)第一原理計(jì)算軟件60Thermo-CalcPandatFactSage材料熱力學(xué)和相圖計(jì)算軟件61有限元分析是對(duì)于結(jié)構(gòu)力學(xué)分析迅速發(fā)展起來(lái)的一種現(xiàn)代計(jì)算方法。它是50年代首先在連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域--飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)特性分析中應(yīng)用的一種有效的數(shù)值分析方法，隨后很快廣泛的應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場(chǎng)、流體力學(xué)等連續(xù)性問(wèn)題。有限元分析軟件62有限元分析軟件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四個(gè)比較知名比較大的公司，其中ADINA、ABAQUS在非線性分析方面有較強(qiáng)的能力目前是業(yè)內(nèi)最認(rèn)可的兩款有限元分析軟件，ANSYS、MSC進(jìn)入中國(guó)比較早所以在國(guó)內(nèi)知名度高應(yīng)用廣泛。目前在多物理場(chǎng)耦合方面幾大公司都可以做到結(jié)構(gòu)、流體、熱的耦合分析，但是除ADINA以外其它三個(gè)必須與別的軟件搭配進(jìn)行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的軟件只有ADINA。63ANSYS是商業(yè)化比較早的一個(gè)軟件，目前公司收購(gòu)了很多其他軟件在旗下。ABAQUS專注結(jié)構(gòu)分析目前沒(méi)有流體模塊。MSC是比較老的一款軟件目前更新速度比較慢。ADINA是在同一體系下開(kāi)發(fā)有結(jié)構(gòu)、流體、熱分析的一款軟件，功能強(qiáng)大但進(jìn)入中國(guó)時(shí)間比較晚市場(chǎng)還沒(méi)有完全鋪開(kāi)。結(jié)構(gòu)分析能力排名：1、ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS流體分析能力排名：1、ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS耦合分析能力排名：1、ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS性價(jià)比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC64

材料科學(xué)中的實(shí)驗(yàn)為材料科學(xué)研究提供了大量的含有材料基本行為特征信息的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如何快速精確地處理這些復(fù)雜的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，從而得到真實(shí)客觀的材料行為信息，對(duì)材料科學(xué)研究而言非常重要?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的大容量存儲(chǔ)特征和快速運(yùn)算為存儲(chǔ)和處理大量的材料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供很好的平臺(tái)。計(jì)算機(jī)對(duì)材料數(shù)據(jù)的處理工作主要包括存儲(chǔ)、計(jì)算、繪圖、擬合分析及快速查詢等。計(jì)算機(jī)圖像分析已成為輔助研究材料結(jié)構(gòu)和性能之間定量關(guān)系的一種重要方法。其應(yīng)用涉及材料科學(xué)研究的各個(gè)方面，主要包括晶粒度的測(cè)量，夾雜物的評(píng)級(jí)、相分析以及顯微硬度、孔洞率、球化率、涂層的測(cè)量等。1.5計(jì)算機(jī)技術(shù)用于材料數(shù)據(jù)和圖像處理65ExcelOriginPhotoshopCorelDrawMatlab常用的軟件66借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，不同區(qū)域的材料科學(xué)研究者可以相互交流，及時(shí)了解材料科學(xué)的發(fā)展動(dòng)向，查閱各種科技文獻(xiàn)，共享材料研究的最新成果，迅速獲得各種相關(guān)信息。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源共享，材料研究工作者可以在辦公室、家里或其他任何地方，訪問(wèn)查詢網(wǎng)上任何資源，極大地提高了工作效率。而且，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使原本繁瑣的文獻(xiàn)檢索工作變得非常簡(jiǎn)單，可以更快捷、更準(zhǔn)確地獲得相關(guān)的材料科學(xué)研究信息。1.6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于材料科學(xué)研究671、/

2、http://qns.cc/

科研人員的良好助手，上此網(wǎng)站的90%是從事科研的學(xué)生與老師。其詞典搜索集成了目前市面上最好的在線英漢寫(xiě)作及科研詞典，用此搜索引擎寫(xiě)作英文論文相當(dāng)方便；其文獻(xiàn)搜索集成了目前最優(yōu)秀的數(shù)據(jù)庫(kù)。

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Scirus是目前互聯(lián)網(wǎng)上最全面、綜合性最強(qiáng)的科技文獻(xiàn)搜索引擎之一，由Elsevier科學(xué)出-版社開(kāi)發(fā)，用于搜索期刊和專利，效果很不錯(cuò)！Scirus覆蓋的學(xué)科范圍包括：農(nóng)業(yè)與生物學(xué)，天文學(xué)，生物科學(xué)，化學(xué)與化工，計(jì)算機(jī)科學(xué)，地球與行星科學(xué)，經(jīng)濟(jì)、金融與管理科學(xué)，工程、能源與技術(shù)，環(huán)境科學(xué)，語(yǔ)言學(xué)，法學(xué)，生命科學(xué)，材料科學(xué)，數(shù)學(xué)，醫(yī)學(xué)，神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)，藥理學(xué)，物理學(xué)，心理學(xué)，社會(huì)與行為科學(xué)，社會(huì)學(xué)等?？蒲谐Ｓ玫乃阉饕?84、/

BASE是德國(guó)比勒費(fèi)爾德(Bielefeld)大學(xué)圖書(shū)館開(kāi)發(fā)的一個(gè)多學(xué)科的學(xué)術(shù)搜索引擎，提供對(duì)全球異構(gòu)學(xué)術(shù)資源的集成檢索服務(wù)。它整合了德國(guó)比勒費(fèi)爾德大學(xué)圖書(shū)館的圖書(shū)館目錄和大約160個(gè)開(kāi)放資源（超過(guò)200萬(wàn)個(gè)文檔）的數(shù)據(jù)。

5、http://www.vascoda.de/

Vascoda是一個(gè)交叉學(xué)科門(mén)戶網(wǎng)站的原型，它注重特定主題的聚合，集成了圖書(shū)館的收藏,文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)和附加的學(xué)術(shù)內(nèi)容。

6、/

與google比較了一下發(fā)現(xiàn)，能搜索到一些google搜索不到的好東東。它界面簡(jiǎn)潔，功能強(qiáng)大，速度快，YAHOO、網(wǎng)易都采用了它的搜索技術(shù)。69英國(guó)無(wú)損檢測(cè)中心計(jì)算材料學(xué)中心http://www.twi.co.uk

TWI提供的材料焊接技術(shù)服務(wù)/bbs/小木蟲(chóng)論壇-學(xué)術(shù)科研第一站

材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)/mml/

材料測(cè)量實(shí)驗(yàn)室高分子材料網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)http://icsd.ill.fr/icsd/index.php無(wú)機(jī)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)與材料科學(xué)相關(guān)的專業(yè)網(wǎng)站70中文英文文獻(xiàn)檢索（電子書(shū)和電子期刊等）71理論講解與上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合重點(diǎn)學(xué)習(xí)軟件Orgin、MATLAB，需自己安裝和上機(jī)練習(xí)一般了解軟件Office(Word,Excel)、ISCD、Thermo-calc、MaterialStudio和TurboC等及常用的數(shù)據(jù)庫(kù)1.7課程學(xué)習(xí)特點(diǎn)72MagneticResonanceImaging磁共振成像發(fā)生事件作者或公司磁共振發(fā)展史1946發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象BlochPurcell1971發(fā)現(xiàn)腫瘤的T1、T2時(shí)間長(zhǎng)Damadian1973做出兩個(gè)充水試管MR圖像Lauterbur1974活鼠的MR圖像Lauterbur等1976人體胸部的MR圖像Damadian1977初期的全身MR圖像

Mallard1980磁共振裝置商品化1989

0.15T永磁商用磁共振設(shè)備中國(guó)安科

2003諾貝爾獎(jiǎng)金LauterburMansfierd時(shí)間MR成像基本原理實(shí)現(xiàn)人體磁共振成像的條件:人體內(nèi)氫原子核是人體內(nèi)最多的物質(zhì)。最易受外加磁場(chǎng)的影響而發(fā)生磁共振現(xiàn)象(沒(méi)有核輻射)有一個(gè)穩(wěn)定的靜磁場(chǎng)（磁體）梯度場(chǎng)和射頻場(chǎng)：前者用于空間編碼和選層，后者施加特定頻率的射頻脈沖，使之形成磁共振現(xiàn)象信號(hào)接收裝置：各種線圈計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：完成信號(hào)采集、傳輸、圖像重建、后處理等

人體內(nèi)的H核子可看作是自旋狀態(tài)下的小星球。自然狀態(tài)下，H核進(jìn)動(dòng)雜亂無(wú)章，磁性相互抵消zMyx進(jìn)入靜磁場(chǎng)后，H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列（正負(fù)方向），正負(fù)方向的磁矢量相互抵消后，少數(shù)正向排列（低能態(tài)）的H核合成總磁化矢量M，即為MR信號(hào)基礎(chǔ)ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脈沖前的磁化矢量MzB:施加90度RF脈沖后的磁化矢量Mxy.并以Larmor頻率橫向施進(jìn)C:90度脈沖對(duì)磁化矢量的作用。即M以螺旋運(yùn)動(dòng)的形式傾倒到橫向平面ABC在這一過(guò)程中，產(chǎn)生能量

三、弛豫（Relaxation）回復(fù)“自由”的過(guò)程

1.

縱向弛豫（T1弛豫）：

M0（MZ）的恢復(fù)，“量變”高能態(tài)1H→低能態(tài)1H自旋—晶格弛豫、熱弛豫

吸收RF光子能量（共振）低能態(tài)1H高能態(tài)1H

放出能量（光子，MRS）T1弛豫時(shí)間：

MZ恢復(fù)到M0的2/3所需的時(shí)間

T1愈小、M0恢復(fù)愈快T2弛豫時(shí)間：MXY喪失2/3所需的時(shí)間；T2愈大、同相位時(shí)間長(zhǎng)MXY持續(xù)時(shí)間愈長(zhǎng)MXY與ST1加權(quán)成像、T2加權(quán)成像

所謂的加權(quán)就是“突出”的意思

T1加權(quán)成像（T1WI）突出組織T1弛豫（縱向弛豫）差別

T2加權(quán)成像（T2WI）突出組織T2弛豫（橫向弛豫）差別。

磁共振診斷基于此兩種標(biāo)準(zhǔn)圖像磁共振常規(guī)h檢查必掃這兩種標(biāo)準(zhǔn)圖像.T1的長(zhǎng)度在數(shù)百至數(shù)千毫秒（ms）范圍T2值的長(zhǎng)度在數(shù)十至數(shù)千毫秒（ms）范圍

在同一個(gè)馳豫過(guò)程中,T2比T1短得多

如何觀看MR圖像：首先我們要分清圖像上的各種標(biāo)示。分清掃描序列、掃描部位、掃描層面。正?；虍惓５乃诓课患丛谕粚用嬗^察、分析T1、T2加權(quán)像上信號(hào)改變。絕大部分病變T1WI是低信號(hào)、T2WI是高信號(hào)改變。只要熟悉掃描部位正常組織結(jié)構(gòu)的信號(hào)表現(xiàn)，通常病變與正常組織不會(huì)混淆。一般的規(guī)律是T1WI看解剖,T2WI看病變。磁共振成像技術(shù)－－圖像空間分辨力，對(duì)比分辨力一、如何確定MRI的來(lái)源（一）層面的選擇1.MXY產(chǎn)生（1H共振）條件

RF=ω=γB02.梯度磁場(chǎng)Z（GZ）

GZ→B0→ω

不同頻率的RF

特定層面1H激勵(lì)、共振

3.層厚的影響因素

RF的帶寬↓

GZ的強(qiáng)度↑層厚↓〈二〉體素信號(hào)的確定1、頻率編碼2、相位編碼

M0↑--GZ、RF→相應(yīng)層面MXYGY→沿Y方向1H有不同ω

各1H同相位MXY旋進(jìn)速度不同同頻率一定時(shí)間后→→GX→沿X方向1H有不同ω沿Y方向不同1H的MXYMXY旋進(jìn)頻率不同位置不同（相位不同）〈三〉空間定位及傅立葉轉(zhuǎn)換

GZ某一層面產(chǎn)生MXYGXMXY旋進(jìn)頻率不同

GYMXY旋進(jìn)相位不同（不影響MXY大?。?/p>

↓某一層面不同的體素，有不同頻率、相位

MRS（FID）第三節(jié)、磁共振檢查技術(shù)檢查技術(shù)產(chǎn)生圖像的序列名產(chǎn)生圖像的脈沖序列技術(shù)名TRA、COR、SAGT1WT2WSETR、TE…….梯度回波FFE快速自旋回波FSE壓脂壓水MRA短TR短TE－－T1W長(zhǎng)TR長(zhǎng)TE－－T2W增強(qiáng)MR最常用的技術(shù)是：多層、多回波的SE（spinecho，自旋回波）技術(shù)磁共振掃描時(shí)間參數(shù)：TR、TE磁共振掃描還有許多其他參數(shù)：層厚、層距、層數(shù)、矩陣等序列常規(guī)序列自旋回波（SE）,快速自旋回波（FSE）梯度回波（FE）反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR），脂肪抑制（STIR）、水抑制（FLAIR）高級(jí)序列水成像（MRCP,MRU,MRM）血管造影（MRA,TOF2D/3D）三維成像（SPGR）彌散成像（DWI）關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)分析是一種成像技術(shù)而非掃描序列自旋回波（SE）必掃序列圖像清晰顯示解剖結(jié)構(gòu)目前只用于T1加權(quán)像快速自旋回波（FSE）必掃序列成像速度快多用于T2加權(quán)像梯度回波（GE）成像速度快對(duì)出血敏感T2加權(quán)像水抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR）水抑制（FLAIR）抑制自由水梗塞灶顯示清晰判斷病灶成份脂肪抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR）脂肪抑制（STIR）抑制脂肪信號(hào)判斷病灶成分其它組織顯示更清晰血管造影（MRA）無(wú)需造影劑TOF法PC法MIP投影動(dòng)靜脈分開(kāi)顯示水成像（MRCP，MRU，MRM）含水管道系統(tǒng)成像膽道MRCP泌尿路MRU椎管MRM主要用于診斷梗阻擴(kuò)張超高空間分辨率掃描任意方位重建窄間距重建技術(shù)大大提高對(duì)小器官、小病灶的診斷能力三維梯度回波（SPGR） 早期診斷腦梗塞

彌散成像MRI的設(shè)備一、信號(hào)的產(chǎn)生、探測(cè)接受1.磁體（Magnet）:靜磁場(chǎng)B0（Tesla,T）→組織凈磁矩M0

永磁型（permanentmagnet）常導(dǎo)型（resistivemagnet）超導(dǎo)型（superconductingmagnet）磁體屏蔽（magnetshielding）2.梯度線圈（gradientcoil）:

形成X、Y、Z軸的磁場(chǎng)梯度功率、切換率3.射頻系統(tǒng)（radio-frequencesystem，RF）

MR信號(hào)接收二、信號(hào)的處理和圖象顯示數(shù)模轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)，等等；MRI技術(shù)的優(yōu)勢(shì)1、軟組織分辨力強(qiáng)（判斷組織特性）2、多方位成像3、流空效應(yīng)（顯示血管）4、無(wú)骨骼偽影5、無(wú)電離輻射，無(wú)碘過(guò)敏6、不斷有新的成像技術(shù)MRI技術(shù)的禁忌證和限度1.禁忌證

體內(nèi)彈片、金屬異物各種金屬置入：固定假牙、起搏器、血管夾、人造關(guān)節(jié)、支架等危重病人的生命監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、維持系統(tǒng)不能合作病人，早期妊娠，高熱及散熱障礙2.其他鈣化顯示相對(duì)較差空間分辨較差（體部，較同等CT）費(fèi)用昂貴多數(shù)MR機(jī)檢查時(shí)間較長(zhǎng)1.病人必須去除一切金屬物品，最好更衣，以免金屬物被吸入磁體而影響磁場(chǎng)均勻度，甚或傷及病人。2.掃描過(guò)程中病人身體（皮膚）不要直接觸碰磁體內(nèi)壁及各種導(dǎo)線，防止病人灼傷。3.紋身（紋眉）、化妝品、染發(fā)等應(yīng)事先去掉，因其可能會(huì)引起灼傷。4.病人應(yīng)帶耳塞，以防聽(tīng)力損傷。掃描注意事項(xiàng)顱腦MRI適應(yīng)癥顱內(nèi)良惡性占位病變腦血管性疾病梗死、出血、動(dòng)脈瘤、動(dòng)靜脈畸形（AVM）等顱腦外傷性疾病腦挫裂傷、外傷性顱內(nèi)血腫等感染性疾病腦膿腫、化膿性腦膜炎、病毒性腦炎、結(jié)核等脫髓鞘性或變性類疾病多發(fā)性硬化（MS）等先天性畸形胼胝體發(fā)育不良、小腦扁桃體下疝畸形等脊柱和脊髓MRI適應(yīng)證1.腫瘤性病變椎管類腫瘤（髓內(nèi)、髓外硬膜內(nèi)、硬膜外），椎骨腫瘤（轉(zhuǎn)移性、原發(fā)性）2.炎癥性疾病脊椎結(jié)核、骨髓炎、椎間盤(pán)感染、硬膜外膿腫、蛛網(wǎng)膜炎、脊髓炎等3.外傷骨折、脫位、椎間盤(pán)突出、椎管內(nèi)血腫、脊髓損傷等4.脊柱退行性變和椎管狹窄癥椎間盤(pán)變性、膨隆、突出、游離，各種原因椎管狹窄，術(shù)后改變，5.脊髓血管畸形和血管瘤6.脊髓脫髓鞘疾病（如MS），脊髓萎縮7.先天性畸形胸部MRI適應(yīng)證呼吸系統(tǒng)對(duì)縱隔及肺門(mén)區(qū)病變顯示良好，對(duì)肺部結(jié)構(gòu)顯示不如CT。胸廓入口病變及其上下比鄰關(guān)系縱隔腫瘤和囊腫及其與大血管的關(guān)系其他較CT無(wú)明顯優(yōu)越性心臟及大血管大血管病變各類動(dòng)脈瘤、腔靜脈血栓等心臟及心包腫瘤，心包其他病變其他（如先心、各種心肌病等）較超聲心動(dòng)圖無(wú)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用不廣腹部MRI適應(yīng)證主要用于部分實(shí)質(zhì)性器官的腫瘤性病變肝腫瘤性病變，提供鑒別信息胰腺腫瘤，有利小胰癌、胰島細(xì)胞癌顯示宮頸、宮體良惡性腫瘤及分期等，先天畸形腫瘤的定位（臟器上下緣附近）、分期膽道、尿路梗阻和腫瘤，MRCP，MRU直腸腫瘤骨與關(guān)節(jié)MRI適應(yīng)證X線及CT的后續(xù)檢查手段－－鈣質(zhì)顯示差和空間分辨力部分情況可作首選：1.累及骨髓改變的骨?。ㄔ缙诠侨毖詨乃?，早期骨髓炎、骨髓腫瘤或侵犯骨髓的腫瘤）2.結(jié)構(gòu)復(fù)雜關(guān)節(jié)的損傷（膝、髖關(guān)節(jié)）3.形狀復(fù)雜部位的檢查（脊柱、骨盆等）軟件登錄界面軟件掃描界面圖像瀏覽界面膠片打印界面報(bào)告界面報(bào)告界面2合理應(yīng)用抗菌藥物預(yù)防手術(shù)部位感染概述外科手術(shù)部位感染的2/3發(fā)生在切口醫(yī)療費(fèi)用的增加病人滿意度下降導(dǎo)致感染、止血和疼痛一直是外科的三大挑戰(zhàn)，止血和疼痛目前已較好解決感染仍是外科醫(yī)生面臨的重大問(wèn)題，處理不當(dāng)，將產(chǎn)生嚴(yán)重后果外科手術(shù)部位感染占院內(nèi)感染的14%～16%，僅次于呼吸道感染和泌尿道感染，居院內(nèi)感染第3位嚴(yán)重手術(shù)部位的感染——病人的災(zāi)難，醫(yī)生的夢(mèng)魘

預(yù)防手術(shù)部位感染（surgicalsiteinfection,SSI)

手術(shù)部位感染的40%–60%可以預(yù)防圍手術(shù)期使用抗菌藥物的目的外科醫(yī)生的困惑★圍手術(shù)期應(yīng)用抗生素是預(yù)防什么感染？★哪些情況需要抗生素預(yù)防？★怎樣選擇抗生素？★什么時(shí)候開(kāi)始用藥？★抗生素要用多長(zhǎng)時(shí)間？定義：指發(fā)生在切口或手術(shù)深部器官或腔隙的感染分類：切口淺部感染切口深部感染器官／腔隙感染一、SSI定義和分類二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)——切口淺部感染

指術(shù)后30天內(nèi)發(fā)生、僅累及皮膚及皮下組織的感染，并至少具備下述情況之一者：

1．切口淺層有膿性分泌物

2．切口淺層分泌物培養(yǎng)出細(xì)菌

3．具有下列癥狀體征之一：紅熱，腫脹，疼痛或壓痛，因而醫(yī)師將切口開(kāi)放者（如培養(yǎng)陰性則不算感染）

4．由外科醫(yī)師診斷為切口淺部SSI

注意：縫線膿點(diǎn)及戳孔周圍感染不列為手術(shù)部位感染二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)——切口深部感染

指術(shù)后30天內(nèi)（如有人工植入物則為術(shù)后1年內(nèi)）發(fā)生、累及切口深部筋膜及肌層的感染，并至少具備下述情況之一者：

1.切口深部流出膿液

2.切口深部自行裂開(kāi)或由醫(yī)師主動(dòng)打開(kāi)，且具備下列癥狀體征之一：①體溫＞38℃；②局部疼痛或壓痛

3.臨床或經(jīng)手術(shù)或病理組織學(xué)或影像學(xué)診斷，發(fā)現(xiàn)切口深部有膿腫

4.外科醫(yī)師診斷為切口深部感染

注意：感染同時(shí)累及切口淺部及深部者，應(yīng)列為深部感染

二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)—器官／腔隙感染

指術(shù)后30天內(nèi)（如有人工植入物★則術(shù)后1年內(nèi)）、發(fā)生在手術(shù)曾涉及部位的器官或腔隙的感染，通過(guò)手術(shù)打開(kāi)或其他手術(shù)處理，并至少具備以下情況之一者：

1.放置于器官/腔隙的引流管有膿性引流物

2.器官/腔隙的液體或組織培養(yǎng)有致病菌

3.經(jīng)手術(shù)或病理組織學(xué)或影像學(xué)診斷器官/腔隙有膿腫

4.外科醫(yī)師診斷為器官/腔隙感染

★人工植入物：指人工心臟瓣膜、人工血管、人工關(guān)節(jié)等二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)—器官／腔隙感染

不同種類手術(shù)部位的器官/腔隙感染有：

腹部：腹腔內(nèi)感染（腹膜炎，腹腔膿腫）生殖道：子宮內(nèi)膜炎、盆腔炎、盆腔膿腫血管：靜脈或動(dòng)脈感染三、SSI的發(fā)生率美國(guó)1986年～1996年593344例手術(shù)中，發(fā)生SSI15523次，占2.62%英國(guó)1997年～2001年152所醫(yī)院報(bào)告在74734例手術(shù)中，發(fā)生SSI3151例，占4.22%中國(guó)？SSI占院內(nèi)感染的14～16%，僅次于呼吸道感染和泌尿道感染三、SSI的發(fā)生率SSI與部位：非腹部手術(shù)為2%～5%腹部手術(shù)可高達(dá)20%SSI與病人：入住ICU的機(jī)會(huì)增加60%再次入院的機(jī)會(huì)是未感染者的5倍SSI與切口類型：清潔傷口 1%～2%清潔有植入物 ＜5%可染傷口＜10%手術(shù)類別手術(shù)數(shù)SSI數(shù)感染率(%)小腸手術(shù)6466610.2大腸手術(shù)7116919.7子宮切除術(shù)71271722.4肝、膽管、胰手術(shù)1201512.5膽囊切除術(shù)8222.4不同種類手術(shù)的SSI發(fā)生率：三、SSI的發(fā)生率手術(shù)類別SSI數(shù)SSI類別（%）切口淺部切口深部器官/腔隙小腸手術(shù)6652.335.412.3大腸手術(shù)69158.426.315.3子宮切除術(shù)17278.813.57.6骨折開(kāi)放復(fù)位12379.712.28.1不同種類手術(shù)的SSI類別：三、SSI的發(fā)生率延遲愈合疝內(nèi)臟膨出膿腫，瘺形成。需要進(jìn)一步處理這里感染將導(dǎo)致:延遲愈合疝內(nèi)臟膨出膿腫、瘺形成需進(jìn)一步處理四、SSI的后果四、SSI的后果在一些重大手術(shù)，器官/腔隙感染可占到1/3。SSI病人死亡的77%與感染有關(guān)，其中90%是器官/腔隙嚴(yán)重感染

——InfectControlandHospEpidemiol,1999,20(40:247-280SSI的死亡率是未感染者的2倍五、導(dǎo)致SSI的危險(xiǎn)因素（1）病人因素：高齡、營(yíng)養(yǎng)不良、糖尿病、肥胖、吸煙、其他部位有感染灶、已有細(xì)菌定植、免疫低下、低氧血癥五、導(dǎo)致SSI的危險(xiǎn)因素（2）術(shù)前因素：術(shù)前住院時(shí)間過(guò)長(zhǎng)用剃刀剃毛、剃毛過(guò)早手術(shù)野衛(wèi)生狀況差（術(shù)前未很好沐?。?duì)有指征者未用抗生素預(yù)防五、導(dǎo)致SSI的危險(xiǎn)因素（3）手術(shù)因素：手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)、術(shù)中發(fā)生明顯污染置入人工材料、組織創(chuàng)傷大止血不徹底、局部積血積液存在死腔和/或失活組織留置引流術(shù)中低血壓、大量輸血刷手不徹底、消毒液使用不當(dāng)器械敷料滅菌不徹底等手術(shù)特定時(shí)間是指在大量同種手術(shù)中處于第75百分位的手術(shù)持續(xù)時(shí)間其因手術(shù)種類不同而存在差異超過(guò)T越多，SSI機(jī)會(huì)越大五、導(dǎo)致SSI的危險(xiǎn)因素（4）SSI危險(xiǎn)指數(shù)（美國(guó)國(guó)家醫(yī)院感染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)制定）：病人術(shù)前已有≥3種危險(xiǎn)因素污染或污穢的手術(shù)切口手術(shù)持續(xù)時(shí)間超過(guò)該類手術(shù)的特定時(shí)間（T）

（或一般手術(shù)＞2h)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法根據(jù)指南使用預(yù)防性抗菌藥物正確脫毛方法縮短術(shù)前住院時(shí)間維持手術(shù)患者的正常體溫血糖控制氧療抗菌素的預(yù)防/治療預(yù)防

在污染細(xì)菌接觸宿主手術(shù)部位前給藥治療

在污染細(xì)菌接觸宿主手術(shù)部位后給藥

防患于未然六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用142預(yù)防和治療性抗菌素使用目的：清潔手術(shù)：防止可能的外源污染可染手術(shù)：減少粘膜定植細(xì)菌的數(shù)量污染手術(shù)：清除已經(jīng)污染宿主的細(xì)菌六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用143需植入假體，心臟手術(shù)、神外手術(shù)、血管外科手術(shù)等六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防性抗菌素使用指征：可染傷口(Clean-contaminatedwound)污染傷口（Contaminatedwound）清潔傷口（Cleanwound）但存在感染風(fēng)險(xiǎn)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對(duì)哪些病人有用?什么時(shí)候開(kāi)始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防性抗菌素顯示有效的手術(shù)有：婦產(chǎn)科手術(shù)胃腸道手術(shù)(包括闌尾炎)口咽部手術(shù)腹部和肢體血管手術(shù)心臟手術(shù)骨科假體植入術(shù)開(kāi)顱手術(shù)某些“清潔”手術(shù)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對(duì)哪些病人有用?什么時(shí)候開(kāi)始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用

理想的給藥時(shí)間？目前還沒(méi)有明確的證據(jù)表明最佳的給藥時(shí)機(jī)研究顯示：切皮前45～75min給藥，SSI發(fā)生率最低，且不建議在切皮前30min內(nèi)給藥影響給藥時(shí)間的因素:所選藥物的代謝動(dòng)力學(xué)特性手術(shù)中污染發(fā)生的可能時(shí)間病人的循環(huán)動(dòng)力學(xué)狀態(tài)止血帶的使用剖宮產(chǎn)細(xì)菌在手術(shù)傷口接種后的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)

手術(shù)過(guò)程

012345671hr2hrs6hrs1day3-5days細(xì)菌數(shù)logCFU/ml六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用149術(shù)后給藥，細(xì)菌在手術(shù)傷口接種的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)無(wú)改變

手術(shù)過(guò)程抗生素血腫血漿六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用Antibioticsinclot

手術(shù)過(guò)程

血漿中抗生素予以抗生素血塊中抗生素血漿術(shù)前給藥，可以有效抑制細(xì)菌在手術(shù)傷口的生長(zhǎng)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用151ClassenDC,etal..NEnglJMed1992;326:281切開(kāi)前時(shí)間切開(kāi)后時(shí)間予以抗生素切開(kāi)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用不同給藥時(shí)間，手術(shù)傷口的感染率不同NEJM1992;326:281-6投藥時(shí)間感染數(shù)（%）相對(duì)危險(xiǎn)度(95%CI)早期（切皮前2-24h）36914(3.8%)6.7(2.9-14.7)4.3手術(shù)前（切皮前45-75min)170810(0.9%)1.0圍手術(shù)期（切皮后3h內(nèi)）2824(1.4%)2.4(0.9-7.9) 2.1手術(shù)后（切皮3h以上）48816(3.3%)5.8(2.6-12.3)

5.8全部284744(1.5%)似然比病人數(shù)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用結(jié)論：抗生素在切皮前45-75min或麻醉誘導(dǎo)開(kāi)始時(shí)給藥，預(yù)防SSI效果好153六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用切口切開(kāi)后，局部抗生素分布將受阻必須在切口切開(kāi)前給藥?。?！抗菌素應(yīng)在切皮前45～75min給藥六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對(duì)哪些病人有用?什么時(shí)候開(kāi)始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？有效安全殺菌劑半衰期長(zhǎng)相對(duì)窄譜廉價(jià)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用抗生素的選擇原則：各類手術(shù)最易引起SSI的病原菌及預(yù)防用藥選擇六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用

手術(shù)最可能的病原菌預(yù)防用藥選擇膽道手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢哌酮或

(如脆弱類桿菌）頭孢曲松闌尾手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢噻肟；

(如脆弱類桿菌）＋甲硝唑結(jié)、直腸手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢曲松或

(如脆弱類桿菌）頭孢噻肟；＋甲硝唑泌尿外科手術(shù)革蘭陰性桿菌頭孢呋辛；環(huán)丙沙星婦產(chǎn)科手術(shù)革蘭陰性桿菌，腸球菌頭孢呋辛或頭孢曲松或

B族鏈球菌，厭氧菌頭孢噻肟；+甲硝唑莫西沙星（可單藥應(yīng)用）注:各種手術(shù)切口感染都可能由葡萄球菌引起六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對(duì)哪些病人有用?什么時(shí)候開(kāi)始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用單次給藥還是多次給藥？沒(méi)有證據(jù)顯示多次給藥比單次給藥好傷口關(guān)閉后給藥沒(méi)有益處多數(shù)指南建議24小時(shí)內(nèi)停藥沒(méi)有必要維持抗菌素治療直到撤除尿管和引流管手術(shù)時(shí)間延長(zhǎng)或術(shù)中出血量較大時(shí)可重復(fù)給藥細(xì)菌污染定植感染一次性用藥用藥24h用藥4872h數(shù)小時(shí)從十?dāng)?shù)小時(shí)到數(shù)十小時(shí)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用用藥時(shí)機(jī)不同，用藥期限也應(yīng)不同短時(shí)間預(yù)防性應(yīng)用抗生素的優(yōu)點(diǎn)：六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用減少毒副作用不易產(chǎn)生耐藥菌株不易引起微生態(tài)紊亂減輕病人負(fù)擔(dān)可以選用單價(jià)較高但效果較好的抗生素減少護(hù)理工作量藥品消耗增加抗菌素相關(guān)并發(fā)癥增加耐藥抗菌素種類增加易引起脆弱芽孢桿菌腸炎MRSA（耐甲氧西林金黃色葡萄球菌）定植六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用延長(zhǎng)抗菌素使用的缺點(diǎn)：六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對(duì)哪些病人有用?什么時(shí)候開(kāi)始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？正確的給藥方法：六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用應(yīng)靜脈給藥，2030min滴完肌注、口服存在吸收上的個(gè)體差異，不能保證血液和組織的藥物濃度，不宜采用常用的-內(nèi)酰胺類抗生素半衰期為12h，若手術(shù)超過(guò)３４h，應(yīng)給第２個(gè)劑量，必要時(shí)還可用第３次可能有損傷腸管的手術(shù)，術(shù)前用抗菌藥物準(zhǔn)備腸道局部抗生素沖洗創(chuàng)腔或傷口無(wú)確切預(yù)防效果，不予提倡不應(yīng)將日常全身性應(yīng)用的抗生素應(yīng)用于傷口局部（誘發(fā)高耐藥）必要時(shí)可用新霉素、桿菌肽等抗生素緩釋系統(tǒng)（PMMA—青大霉素骨水泥或膠原海綿)局部應(yīng)用可能有一定益處六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用不提倡局部預(yù)防應(yīng)用抗生素：時(shí)機(jī)不當(dāng)時(shí)間太長(zhǎng)選藥不當(dāng)，缺乏針對(duì)性六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防用藥易犯的錯(cuò)誤：在開(kāi)刀前45-75min之內(nèi)投藥按最新臨床指南選藥術(shù)后24小時(shí)內(nèi)停藥擇期手術(shù)后一般無(wú)須繼續(xù)使用抗生素大量對(duì)比研究證明，手術(shù)后繼續(xù)用藥數(shù)次或數(shù)天并不能降低手術(shù)后感染率若病人有明顯感染高危因素或使用人工植入物，可再用1次或數(shù)次小結(jié)預(yù)防SSI干預(yù)方法

——正確的脫毛方法用脫毛劑、術(shù)前即刻備皮可有效減少SSI的發(fā)生手術(shù)部位脫毛方法與切口感染率的關(guān)系：備皮方法 剃毛備皮 5.6%

脫毛0.6%備皮時(shí)間 術(shù)前24小時(shí)前 ＞20%

術(shù)前24小時(shí)內(nèi) 7.1%

術(shù)前即刻 3.1%方法/時(shí)間 術(shù)前即刻剪毛 1.8%

前1晚剪/剃毛 4.0%THANKYOUMagneticResonanceImagingPART01磁共振成像發(fā)生事件作者或公司磁共振發(fā)展史1946發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象BlochPurcell1971發(fā)現(xiàn)腫瘤的T1、T2時(shí)間長(zhǎng)Damadian1973做出兩個(gè)充水試管MR圖像Lauterbur1974活鼠的MR圖像Lauterbur等1976人體胸部的MR圖像Damadian1977初期的全身MR圖像

Mallard1980磁共振裝置商品化1989

0.15T永磁商用磁共振設(shè)備中國(guó)安科

2003諾貝爾獎(jiǎng)金LauterburMansfierd時(shí)間PART02MR成像基本原理實(shí)現(xiàn)人體磁共振成像的條件:人體內(nèi)氫原子核是人體內(nèi)最多的物質(zhì)。最易受外加磁場(chǎng)的影響而發(fā)生磁共振現(xiàn)象(沒(méi)有核輻射)有一個(gè)穩(wěn)定的靜磁場(chǎng)（磁體）梯度場(chǎng)和射頻場(chǎng)：前者用于空間編碼和選層，后者施加特定頻率的射頻脈沖，使之形成磁共振現(xiàn)象信號(hào)接收裝置：各種線圈計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：完成信號(hào)采集、傳輸、圖像重建、后處理等

人體內(nèi)的H核子可看作是自旋狀態(tài)下的小星球。自然狀態(tài)下，H核進(jìn)動(dòng)雜亂無(wú)章，磁性相互抵消zMyx進(jìn)入靜磁場(chǎng)后，H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列（正負(fù)方向），正負(fù)方向的磁矢量相互抵消后，少數(shù)正向排列（低能態(tài)）的H核合成總磁化矢量M，即為MR信號(hào)基礎(chǔ)ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脈沖前的磁化矢量MzB:施加90度RF脈沖后的磁化矢量Mxy.并以Larmor頻率橫向施進(jìn)C:90度脈沖對(duì)磁化矢量的作用。即M以螺旋運(yùn)動(dòng)的形式傾倒到橫向平面ABC在這一過(guò)程中，產(chǎn)生能量

三、弛豫（Relaxation）回復(fù)“自由”的過(guò)程

1.

縱向弛豫（T1弛豫）：

M0（MZ）的恢復(fù)，“量變”高能態(tài)1H→低能態(tài)1H自旋—晶格弛豫、熱弛豫

吸收RF光子能量（共振）低能態(tài)1H高能態(tài)1H

放出能量（光子，MRS）T1弛豫時(shí)間：

MZ恢復(fù)到M0的2/3所需的時(shí)間

T1愈小、M0恢復(fù)愈快T2弛豫時(shí)間：MXY喪失2/3所需的時(shí)間；T2愈大、同相位時(shí)間長(zhǎng)MXY持續(xù)時(shí)間愈長(zhǎng)MXY與ST1加權(quán)成像、T2加權(quán)成像

所謂的加權(quán)就是“突出”的意思

T1加權(quán)成像（T1WI）突出組織T1弛豫（縱向弛豫）差別

T2加權(quán)成像（T2WI）突出組織T2弛豫（橫向弛豫）差別。

磁共振診斷基于此兩種標(biāo)準(zhǔn)圖像磁共振常規(guī)h檢查必掃這兩種標(biāo)準(zhǔn)圖像.T1的長(zhǎng)度在數(shù)百至數(shù)千毫秒（ms）范圍T2值的長(zhǎng)度在數(shù)十至數(shù)千毫秒（ms）范圍

在同一個(gè)馳豫過(guò)程中,T2比T1短得多

如何觀看MR圖像：首先我們要分清圖像上的各種標(biāo)示。分清掃描序列、掃描部位、掃描層面。正?；虍惓５乃诓课患丛谕粚用嬗^察、分析T1、T2加權(quán)像上信號(hào)改變。絕大部分病變T1WI是低信號(hào)、T2WI是高信號(hào)改變。只要熟悉掃描部位正常組織結(jié)構(gòu)的信號(hào)表現(xiàn)，通常病變與正常組織不會(huì)混淆。一般的規(guī)律是T1WI看解剖,T2WI看病變。磁共振成像技術(shù)－－圖像空間分辨力，對(duì)比分辨力一、如何確定MRI的來(lái)源（一）層面的選擇1.MXY產(chǎn)生（1H共振）條件

RF=ω=γB02.梯度磁場(chǎng)Z（GZ）

GZ→B0→ω

不同頻率的RF

特定層面1H激勵(lì)、共振

3.層厚的影響因素

RF的帶寬↓

GZ的強(qiáng)度↑層厚↓〈二〉體素信號(hào)的確定1、頻率編碼2、相位編碼

M0↑--GZ、RF→相應(yīng)層面MXYGY→沿Y方向1H有不同ω