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第七章簡單控制系統(tǒng)第一節(jié)簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成第二節(jié)簡單控制系統(tǒng)的設計第三節(jié)控制器參數(shù)的工程整定SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRYty

簡單控制系統(tǒng)的方框圖

干擾給定SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY第一節(jié)簡單控制系統(tǒng)的設計簡單控制系統(tǒng):

由一個被控對象、測量變送器、控制器和執(zhí)行器所組成的單回路負反饋控制系統(tǒng)。

簡單控制系統(tǒng)的方框圖

干擾給定SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY溫度控制系統(tǒng)載熱體冷流體換熱器SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY液位控制系統(tǒng)SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY確定合理的控制系統(tǒng)方案根據(jù)工藝的要求:設計內(nèi)容(本節(jié)講述主要內(nèi)容)一、被控變量選擇;二、操縱變量的選擇;三、測量元件特性的影響;四、控制器的選擇;五、控制器參數(shù)的工程整定。操縱變量的選擇;控制器的選擇;SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY一、被控變量的選擇

從生產(chǎn)過程對控制系統(tǒng)的要求出發(fā),找出對產(chǎn)量、質(zhì)量、安全等方面起決定作用的變量。

1.采用直接指標控制直接指標:指的是生產(chǎn)過程中的壓力、流量、物位、溫度

等參數(shù)的測量控制。直接指標控制最直接,最有效。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY精餾塔流程圖回流罐冷凝器頂采出進料蒸汽2.采用間接指標控制以蒸餾塔控制為例1)精餾原理

2)精餾塔對自控的要求要求苯、甲苯達到一定的純度,因此,餾出物的濃度XD應作為被控變量。苯甲苯SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRYXD為被控變量,獲取測量信號尚有困難時,可以找出與XD有關的參數(shù)作為被控變量,進行間接指標控制。3)找出與XD有關的參數(shù)XD=f(TD,P)(濃度與溫度和壓力有關)①當壓力恒定時,即P=常數(shù)XD

=f(TD)

如圖所示

XD↑溫度越低

TD↓

XD↓溫度越高

TD↑

測出溫度可以知道濃度。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY②當溫度恒定時,即TD=常數(shù)XD=f(P)

如圖所示

XD↑壓力越高

P↑

XD↓壓力越低

P↓

測出壓力可以知道濃度。4)考慮工藝的合理性結(jié)論:固定壓力,選擇溫度為被控變量。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY精餾塔流程圖回流罐冷凝器頂采出進料蒸汽TCTTSHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY5)考慮被控變量的靈敏度。6)考慮被控變量的獨立性。例如造紙過程中的硫酸鹽法蒸煮過程中,質(zhì)量指標是漿料的硬度和強度,是間接指標。選擇被控變量的原則

1.能代表工藝的操作指標,能反映工藝操作狀態(tài)。

2.被控變量在操作過程中經(jīng)常受到干擾影響,需要頻繁控制的。

3.直接指標無法獲得時,應選與直接指標有單值對應關系的間接指標作為被控變量。

4.間接參數(shù)能夠被測出,并有足夠的靈敏度。

5.考慮工藝過程的合理性及儀表的現(xiàn)狀。

6.間接參數(shù)應是獨立的。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY二、操縱變量的選擇干擾作用對被控變量的影響是使其偏離給定值。操縱變量則是要克服干擾對被控變量的影響。

簡單控制系統(tǒng)的方框圖

干擾f給定xez操縱變量SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY溫度控制系統(tǒng)載熱體冷流體換熱器SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY液位控制系統(tǒng)SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY被控變量對象實現(xiàn)控制作用的操縱變量。即執(zhí)行器所控制的參數(shù)。

最常見的操縱變量是流量,也有電壓、轉(zhuǎn)速等。

干擾干擾通道操縱變量控制通道(

)(

)SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY2.對象特性對選擇操縱變量的影響1)對象靜態(tài)特性的影響放大系數(shù),是對象的靜態(tài)參數(shù)。①

:希望值大一些好,

越大,表示控制作用靈敏,抑制干擾的能力越強。但太大會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。②

無論對系統(tǒng)的靜態(tài)還是動態(tài)對控制質(zhì)量都有害,

盡可能小。(

)(

)SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY2)對象動態(tài)特性的影響(1)控制通道時間常數(shù)T0

的影響T0太大或太小都不利于提高控制質(zhì)量??刂仆ǖ廊绻且浑A環(huán)節(jié),T0小,控制就靈敏。但太小,控制作用過于靈敏易引起控制過程震蕩,而不穩(wěn)定。hQ1Q2SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY反應器溫度控制系統(tǒng)控制通道如果是二階環(huán)節(jié),T0大,控制作用就反應遲鈍,過渡時間長,控制作用就弱。希望T0適當小,有利于克服干擾縮短過渡過程的時間。hQ1Q2SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY(2)

Tf對控制質(zhì)量的影響希望Tf越大,對被控變量影響越小。(3)

對控制質(zhì)量的影響①控制通道滯后時間

的影響如果控制通道大,那么T0也大。因此,對象較難控制。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRYfthQ1Q2tyBCDAE控制通道小為好SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRYtfty有純滯后無純滯后ty

如圖

并不起作用。被控變量只是推遲

時間變化。②

在干擾通道對控制質(zhì)量的影響SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY小結(jié):

3.

越小越好,

對被控變量無影響。

2.適當小,

越大越好;

1.

適當大,越小越好;SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY操縱變量的選擇原則

1.工藝上要合理,除物料平衡調(diào)節(jié)外,一般避免用主物料流量(生產(chǎn)負荷)作為操縱變量。

2.操縱變量應有克服干擾影響的校正能力,控制通道K0(放大倍數(shù))較大。

3.控制通道的動態(tài)響應要較干擾通道的動態(tài)響應為快,滯后時間盡量小。

4.所選的操縱變量應盡量是干擾點,遠離被控變量而靠近控制閥。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY舉例將濃縮乳液干燥成乳粉,生產(chǎn)上采用噴霧式干燥設備。在一定的干燥溫度下獲得合格產(chǎn)品。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY分析一下影響干燥器溫度的因素。1.乳化物流量Q1的改變將影響干燥筒溫度。2.鼓風機風量Q2的變化也將影響干燥筒溫度。3.蒸汽壓力的變化將引起蒸汽流量Q3的變化將影響干燥筒溫度。Q1Q2Q3SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY第一種方案:乳化物流量Q1為操縱變量考慮工藝的合理性。乳化物流量是生產(chǎn)負荷,需要穩(wěn)定,不易作操縱變量。根據(jù)操縱變量選擇原則進行分析:蒸汽產(chǎn)品SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY

第二種方案:空氣流量Q2為操縱變量空氣量與熱風混合通過風管進入干燥器,較第一方案控制通道滯后時間稍大,靈敏度次之。蒸汽產(chǎn)品SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY第三種方案:蒸汽流量Q3為操縱變量控制通道很長,純滯后、容量滯后大,靈敏度差。T0、τ0大,不易作操縱變量。蒸汽產(chǎn)品SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY混合過程控制器執(zhí)行器y變送器zxe風管干燥器-干燥器Q1設計出以干燥器溫度為被控變量,空氣流量為操縱變量,溫度控制系統(tǒng)。方塊圖Q3干燥器風管換熱器TTTCQ1Q3SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY

簡單控制系統(tǒng)的方框圖

干擾f給定xez操縱變量SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY三、測量變送環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)的影響1.測量元件安裝引起的純滯后電極只能安裝在流速較小的支管道上,因此,由測量元件安裝位置所引入的純滯后。合理選擇測量元件的安裝地點,盡可能縮短純滯后時間。LSHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY解決方法:2.測量元件本身的測量滯后測量元件本身時間常數(shù)Tm所引起的動態(tài)誤差。(如測溫元件)解決方法:1)選擇快速測量元件(一般Tm<1/10TC為宜);TC:對象時間常數(shù)2)正確選擇安裝位置;

3)正確使用微分單元。(a)yzt參數(shù)t參數(shù)yz(b)t參數(shù)yz(c)SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY我們分析加入微分單元后的情況:在測量元件之后引入微分單元測量變送器y微分單元z用拉氏變換式描述各環(huán)節(jié)Km/Tms+1TDs+1z(S)y(S)

Km—測量元件和變送器的放大倍數(shù);Tm、TD—測量元件時間常數(shù)、微分時間。如果我們使Tm=TDKmy(S)z(S)可以看出變送器的輸出與被控變量的變化成正比關系。y(S)z(S)則SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY3.測量信號的處理

1)測量信號都要進行“濾波”處理:

測量元件本身的隨機波動特性或測量環(huán)境中的

電磁干擾所致不可避免地摻雜一些隨機干擾,對

測量信號一般都要進行“濾波”處理.

2)測量信號傳送產(chǎn)生的滯后:

指測量變送器的輸出信號傳輸?shù)绞覂?nèi)控制器,所引起的滯后。

3)控制信號傳送產(chǎn)生的滯后:

指控制器的輸出信號傳輸?shù)浆F(xiàn)場的執(zhí)行器,所

引起的滯后。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY解決方法:保證信號遠距離傳輸時采用電信號傳輸。即將電氣轉(zhuǎn)換器放在室內(nèi)?;虿捎秒姎忾y門定位器。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY四、氣動執(zhí)行器的選擇1.流量特性及結(jié)構(gòu)形式的選擇(略)2.氣開、氣關形式的選擇

從安全要求出發(fā)。當氣壓信號中斷時,視調(diào)節(jié)閥處在全開或全關哪一位置對生產(chǎn)造成的危害最小而定。

若對生產(chǎn)安全影響不大時,可根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源物料性質(zhì)等方面考慮。

五、控制器的設計

1.控制器正反作用的選擇

控制器正反作用的選擇,使自動控制系統(tǒng)具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。因此與各環(huán)節(jié)的工作方向有關。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY定義各環(huán)節(jié)的作用方向:①測量變送器:

當輸入增加時輸出也增加。為正作用方向。用“+”號表示。②被控對象:

當控制閥開大時,被控變量為增大變化時,為

正作用方向。用“+”號表示。反之用“-”號表示。作用方向:指各環(huán)節(jié)輸入變化后,輸出的變化方向。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY

③控制閥:

氣開閥:

信號增大時閥開大,為正作用方向,用“+”號表示。

氣關閥:

信號增大時閥關小,為反作用方向,用“-”號表示。

④控制器:

正作用控制器:

輸入偏差e增大時,輸出P增大,為正作用方向。用“+”號表示。

反作用控制器:

輸入偏差e增大時,輸出P減少,為反作用方向。用“-”號表示。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY例:加熱爐出口溫度控制,確定控制器的正、反作用。1.確定閥的氣開、氣關:

因爐溫不允許過高。所以一但信號中斷時閥應關死(信號=0)。所以選氣開閥。為“+”表示。

2.變送器:為“+”表示。

3.對象:

當閥開大時被控變量增大,作用方向為“+”。

4.控制器:選反作用的。如果①×②×③×④四項相乘為負值時,系統(tǒng)為負反饋。“正”“正”“正”“反”SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY例:塔釜液位控制,確定控制器的正、反作用。

1.確定閥的氣開、氣關:

因塔釜液位不允許過低。所以一但信號中斷時閥應關死(信號=0),所以選氣開閥。為“+”表示。2.變送器:為“+”表示。3.對象:當閥開大時被控變量減少,作用方向為“-”。4.控制器:選正作用的?!罢薄罢薄罢薄胺础盨HANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY(二)控制規(guī)律的選擇根據(jù)對象的特性和工藝要求來決定選擇P、PI、PID。1.比例控制器

適用于控制通道滯后較小,負荷變化不大,沒有提出無差要求的系統(tǒng)。

2.比例積分控制器適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小,負荷變化不大,不允許有余差的控制系統(tǒng)。

3.比例積分微分控制器

適用于容量滯后較大,負荷變化大,調(diào)節(jié)質(zhì)量要求

高的系統(tǒng)。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY第三節(jié)控制器參數(shù)的工程整定工程整定的方法有兩種:理論整定法和工程整定法。

理論整定法:根據(jù)已知的廣義對象特性及控制質(zhì)量的要求,通過理論計算出控制器的最佳參數(shù)。工程整定法:在已經(jīng)投運的實際控制系統(tǒng)中,通過實驗和探索,來確定控制器的最佳參數(shù)。

控制器參數(shù)整定:確定最合適的TI和TD,使控制質(zhì)量為最佳??刂破鲄?shù)整定:確定最合適的、TI和TD,使控制質(zhì)量為最佳。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY一、臨界比例度法1.在閉環(huán)控制系統(tǒng)中,先將控制器變?yōu)榧儽壤饔茫═i=∞,TD=0位置上)。tyt

e臨界震蕩過程TK2.在干擾作用下,從大到小逐漸改變比例度,直至系統(tǒng)產(chǎn)生等幅震蕩(即臨界振蕩)這時的比例度是臨界比例度,周期為臨界周期Tk。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY3.記下PB、Tk然后按表中公式計算4.將計算的參數(shù)投入到儀表中。然后看調(diào)節(jié)曲線,調(diào)參數(shù)注意:①對于工藝上不允許有等幅震蕩的系統(tǒng),不能使用。

②對于臨界比例度小的系統(tǒng),不能使用。表7-1臨界比例度法參數(shù)計算表控制作用比例度%積分時間Ti/min微分時間TD/min比例2比例+積分2.2比例+微分1.80.850.1比例+積分+微分1.70.50.125SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY二、衰減曲線法通過使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減震蕩來整定控制器參數(shù)值。具體作法:1.在閉環(huán)控制系統(tǒng)中,先將控制器變?yōu)榧儽壤饔茫═i=∞,TD=0位置上)。并將比例度放在(100%)3.根據(jù)表中經(jīng)驗公式,計算出控制器的整定值。2.系統(tǒng)穩(wěn)定后,改變給定值,加入干擾,觀察被控變量記錄曲線的衰減比,然后從大到小改變比例度直至出現(xiàn)4:1衰減為止,記下此時比例度,衰減周期TS。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY

tyTs3.根據(jù)表中經(jīng)驗公式,計算出控制器的整定值。4:1衰減曲線SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY表7-2-3衰減曲線控制器參數(shù)計算表4:110:1/%/min/min比例比例+積分比例+積分+微分1.20.8比例比例+積分比例+積分+微分1.20.80.521.20.30.10.4控制作用4.如果是10:1衰減曲線方法同上,得到10:1衰減曲線時,記下此時比例度′和最大偏差上升時間Tr。根據(jù)表中經(jīng)驗公式計算出、Ti、TD。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRYtyT升5.將計算的參數(shù)投入到儀表中。然后看調(diào)節(jié)曲線,調(diào)參數(shù)。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY

①干擾幅值施加的不能太大,要根據(jù)生產(chǎn)要求來定,一般為額定值的5%。

③對于反映快的系統(tǒng)如難以得到4:1曲線,以被控變量來回波動兩次達到穩(wěn)定,就近似認為4:1衰減曲線。優(yōu)點:整定質(zhì)量較高,較準確可靠安全應用廣泛。缺點:不適用于干擾頻繁,記錄曲線不規(guī)則的系統(tǒng)。注意:②必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定時,才能施加干擾,否則得不到正確的S、TS、′、Tr值。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY三、經(jīng)驗湊試法經(jīng)驗湊試法是工人師傅在長期的生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的整定方法。有兩種方法。第一種方法:1.將Ti=∞,TD=0。根據(jù)經(jīng)驗參數(shù)選出合適的比例度,系統(tǒng)自動運行。

2.改變比例度,取的較好的過程曲線。0.5-33.將積分時間引入,整定、Ti直到滿意曲線為止。7-4SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY第二種方法:先按表中給出的范圍把Ti定下來,調(diào)整比例度大小,湊到滿意的過渡過程為止。需要加微分作用時,可取TD=(1/3–1/4)Ti。調(diào)整各參數(shù),直到得到滿意曲線為止。優(yōu)點:簡單方便,應用廣泛對于干擾頻繁的系統(tǒng)更為合適。缺點:質(zhì)量不一定高,花費時間多。SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY看曲線,調(diào)參數(shù)。Ti小PB小TD大PB大Ti大SHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRYMagneticResonanceImaging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時間長Damadian1973做出兩個充水試管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永磁商用磁共振設備中國安科

2003諾貝爾獎金LauterburMansfierd時間MR成像基本原理實現(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)。最易受外加磁場的影響而發(fā)生磁共振現(xiàn)象(沒有核輻射)有一個穩(wěn)定的靜磁場(磁體)梯度場和射頻場: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)象信號接收裝置:各種線圈計算機系統(tǒng):完成信號采集、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核進動雜亂無章,磁性相互抵消zMyx進入靜磁場后,H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列(正負方向),正負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信號基礎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C:90度脈沖對磁化矢量的作用。即M以螺旋運動的形式傾倒到橫向平面ABC在這一過程中,產(chǎn)生能量

三、弛豫(Relaxation)回復“自由”的過程

1.

縱向弛豫(T1弛豫):

M0(MZ)的恢復,“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弛豫時間:

MZ恢復到M0的2/3所需的時間

T1愈小、M0恢復愈快T2弛豫時間:MXY喪失2/3所需的時間;T2愈大、同相位時間長MXY持續(xù)時間愈長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準圖像磁共振常規(guī)h檢查必掃這兩種標準圖像.T1的長度在數(shù)百至數(shù)千毫秒(ms)范圍T2值的長度在數(shù)十至數(shù)千毫秒(ms)范圍

在同一個馳豫過程中,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示。分清掃描序列、掃描部位、掃描層面。正常或異常的所在部位---即在同一層面觀察、分析T1、T2加權(quán)像上信號改變。絕大部分病變T1WI是低信號、T2WI是高信號改變。只要熟悉掃描部位正常組織結(jié)構(gòu)的信號表現(xiàn),通常病變與正常組織不會混淆。一般的規(guī)律是T1WI看解剖,T2WI看病變。磁共振成像技術--圖像空間分辨力,對比分辨力一、如何確定MRI的來源(一)層面的選擇1.MXY產(chǎn)生(1H共振)條件

RF=ω=γB02.梯度磁場Z(GZ)

GZ→B0→ω

不同頻率的RF

特定層面1H激勵、共振

3.層厚的影響因素

RF的帶寬↓

GZ的強度↑層厚↓〈二〉體素信號的確定1、頻率編碼2、相位編碼

M0↑--GZ、RF→相應層面MXY----------GY→沿Y方向1H有不同ω

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

GZ----某一層面產(chǎn)生MXYGX----MXY旋進頻率不同

GY----MXY旋進相位不同(不影響MXY大小)

↓某一層面不同的體素,有不同頻率、相位

MRS(FID)第三節(jié)、磁共振檢查技術檢查技術產(chǎn)生圖像的序列名產(chǎn)生圖像的脈沖序列技術名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TR長TE--T2W增強MR最常用的技術是:多層、多回波的SE(spinecho,自旋回波)技術磁共振掃描時間參數(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(IR),脂肪抑制(STIR)、水抑制(FLAIR)高級序列水成像(MRCP,MRU,MRM)血管造影(MRA,TOF2D/3D)三維成像(SPGR)彌散成像(DWI)關節(jié)運動分析是一種成像技術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)成像速度快對出血敏感T2加權(quán)像水抑制反轉(zhuǎn)恢復(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(IR)脂肪抑制(STIR)抑制脂肪信號判斷病灶成分其它組織顯示更清晰血管造影(MRA)無需造影劑TOF法PC法MIP投影動靜脈分開顯示水成像(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張超高空間分辨率掃描任意方位重建窄間距重建技術大大提高對小器官、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的設備一、信號的產(chǎn)生、探測接受1.磁體(Magnet):靜磁場B0(Tesla,T)→組織凈磁矩M0

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

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

MR信號接收二、信號的處理和圖象顯示數(shù)模轉(zhuǎn)換、計算機,等等;MRI技術的優(yōu)勢1、軟組織分辨力強(判斷組織特性)2、多方位成像3、流空效應(顯示血管)4、無骨骼偽影5、無電離輻射,無碘過敏6、不斷有新的成像技術MRI技術的禁忌證和限度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、人造關節(jié)、支架等危重病人的生命監(jiān)護系統(tǒng)、維持系統(tǒng)不能合作病人,早期妊娠,高熱及散熱障礙2.其他鈣化顯示相對較差空間分辨較差(體部,較同等CT)費用昂貴多數(shù)MR機檢查時間較長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均勻度,甚或傷及病人。2.掃描過程中病人身體(皮膚)不要直接觸碰磁體內(nèi)壁及各種導線,防止病人灼傷。3.紋身(紋眉)、化妝品、染發(fā)等應事先去掉,因其可能會引起灼傷。4.病人應帶耳塞,以防聽力損傷。掃描注意事項顱腦MRI適應癥顱內(nèi)良惡性占位病變腦血管性疾病梗死、出血、動脈瘤、動靜脈畸形(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變性、膨隆、突出、游離,各種原因椎管狹窄,術后改變,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適應證呼吸系統(tǒng)對縱隔及肺門區(qū)病變顯示良好,對肺部結(jié)構(gòu)顯示不如CT。胸廓入口病變及其上下比鄰關系縱隔腫瘤和囊腫及其與大血管的關系其他較CT無明顯優(yōu)越性心臟及大血管大血管病變各類動脈瘤、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)較超聲心動圖無優(yōu)勢,應用不廣腹部MRI適應證主要用于部分實質(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直腸腫瘤骨與關節(jié)MRI適應證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詨乃溃缙诠撬柩?、骨髓腫瘤或侵犯骨髓的腫瘤)2.結(jié)構(gòu)復雜關節(jié)的損傷(膝、髖關節(jié))3.形狀復雜部位的檢查(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告界面報告界面2合理應用抗菌藥物預防手術部位感染概述外科手術部位感染的2/3發(fā)生在切口醫(yī)療費用的增加病人滿意度下降導致感染、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)生面臨的重大問題,處理不當,將產(chǎn)生嚴重后果外科手術部位感染占院內(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位嚴重手術部位的感染——病人的災難,醫(yī)生的夢魘

預防手術部位感染(surgicalsiteinfection,SSI)

手術部位感染的40%–60%可以預防圍手術期使用抗菌藥物的目的外科醫(yī)生的困惑★圍手術期應用抗生素是預防什么感染?★哪些情況需要抗生素預防?★怎樣選擇抗生素?★什么時候開始用藥?★抗生素要用多長時間?定義:指發(fā)生在切口或手術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診斷標準——切口淺部感染

指術后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:縫線膿點及戳孔周圍感染不列為手術部位感染二、SSI診斷標準——切口深部感染

指術后30天內(nèi)(如有人工植入物則為術后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.切口深部自行裂開或由醫(yī)師主動打開,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)手術或病理組織學或影像學診斷,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:感染同時累及切口淺部及深部者,應列為深部感染

二、SSI診斷標準—器官/腔隙感染

指術后30天內(nèi)(如有人工植入物★則術后1年內(nèi))、發(fā)生在手術曾涉及部位的器官或腔隙的感染,通過手術打開或其他手術處理,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)手術或病理組織學或影像學診斷器官/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、人工關節(jié)等二、SSI診斷標準—器官/腔隙感染

不同種類手術部位的器官/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:靜脈或動脈感染三、SSI的發(fā)生率美國1986年~1996年593344例手術中,發(fā)生SSI15523次,占2.62%英國1997年~2001年152所醫(yī)院報告在74734例手術中,發(fā)生SSI3151例,占4.22%中國?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:非腹部手術為2%~5%腹部手術可高達20%SSI與病人:入住ICU的機會增加60%再次入院的機會是未感染者的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%手術類別手術數(shù)SSI數(shù)感染率(%)小腸手術6466610.2大腸手術7116919.7子宮切除術71271722.4肝、膽管、胰手術1201512.5膽囊切除術8222.4不同種類手術的SSI發(fā)生率:三、SSI的發(fā)生率手術類別SSI數(shù)SSI類別(%)切口淺部切口深部器官/腔隙小腸手術6652.335.412.3大腸手術69158.426.315.3子宮切除術17278.813.57.6骨折開放復位12379.712.28.1不同種類手術的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。需要進一步處理這里感染將導致:延遲愈合疝內(nèi)臟膨出膿腫、瘺形成需進一步處理四、SSI的后果四、SSI的后果在一些重大手術,器官/腔隙感染可占到1/3。SSI病人死亡的77%與感染有關,其中90%是器官/腔隙嚴重感染

——InfectControlandHospEpidemiol,1999,20(40:247-280SSI的死亡率是未感染者的2倍五、導致SSI的危險因素(1)病人因素:高齡、營養(yǎng)不良、糖尿病、肥胖、吸煙、其他部位有感染灶、已有細菌定植、免疫低下、低氧血癥五、導致SSI的危險因素(2)術前因素:術前住院時間過長用剃刀剃毛、剃毛過早手術野衛(wèi)生狀況差(術前未很好沐?。τ兄刚髡呶从每股仡A防五、導致SSI的危險因素(3)手術因素:手術時間長、術中發(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中低血壓、大量輸血刷手不徹底、消毒液使用不當器械敷料滅菌不徹底等手術特定時間是指在大量同種手術中處于第75百分位的手術持續(xù)時間其因手術種類不同而存在差異超過T越多,SSI機會越大五、導致SSI的危險因素(4)SSI危險指數(shù)(美國國家醫(yī)院感染監(jiān)測系統(tǒng)制定):病人術前已有≥3種危險因素污染或污穢的手術切口手術持續(xù)時間超過該類手術的特定時間(T)

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

在污染細菌接觸宿主手術部位前給藥治療

在污染細菌接觸宿主手術部位后給藥

防患于未然六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用123預防和治療性抗菌素使用目的:清潔手術:防止可能的外源污染可染手術:減少粘膜定植細菌的數(shù)量污染手術:清除已經(jīng)污染宿主的細菌六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用124需植入假體,心臟手術、神外手術、血管外科手術等六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用預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)但存在感染風險六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用外科預防性抗生素的應用:預防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?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、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用預防性抗菌素顯示有效的手術有:婦產(chǎn)科手術胃腸道手術(包括闌尾炎)口咽部手術腹部和肢體血管手術心臟手術骨科假體植入術開顱手術某些“清潔”手術六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用外科預防性抗生素的應用:預防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?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、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用

理想的給藥時間?目前還沒有明確的證據(jù)表明最佳的給藥時機研究顯示: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)給藥影響給藥時間的因素:所選藥物的代謝動力學特性手術中污染發(fā)生的可能時間病人的循環(huán)動力學狀態(tài)止血帶的使用剖宮產(chǎn)細菌在手術傷口接種后的生長動力學

手術過程

012345671hr2hrs6hrs1day3-5days細菌數(shù)logCFU/ml六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用130術后給藥,細菌在手術傷口接種的生長動力學無改變

手術過程抗生素血腫血漿六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用Antibioticsinclot

手術過程

血漿中抗生素予以抗生素血塊中抗生素血漿術前給藥,可以有效抑制細菌在手術傷口的生長六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用132ClassenDC,etal..NEnglJMed1992;326:281切開前時間切開后時間予以抗生素切開六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用不同給藥時間,手術傷口的感染率不同NEJM1992;326:281-6投藥時間感染數(shù)(%)相對危險度(95%CI)早期(切皮前2-24h)36914(3.8%)6.7(2.9-14.7)4.3手術前(切皮前45-75min)170810(0.9%)1.0圍手術期(切皮后3h內(nèi))2824(1.4%)2.4(0.9-7.9) 2.1手術后(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、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用結(jié)論:抗生素在切皮前45-75min或麻醉誘導開始時給藥,預防SSI效果好134六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用切口切開后,局部抗生素分布將受阻必須在切口切開前給藥?。?!抗菌素應在切皮前45~75min給藥六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用外科預防性抗生素的應用:預防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?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相對窄譜廉價六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用抗生素的選擇原則:各類手術最易引起SSI的病原菌及預防用藥選擇六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用

手術最可能的病原菌預防用藥選擇膽道手術革蘭陰性桿菌,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革蘭陰性桿菌頭孢呋辛;環(huán)丙沙星婦產(chǎn)科手術革蘭陰性桿菌,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(可單藥應用)注:各種手術切口感染都可能由葡萄球菌引起六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用外科預防性抗生素的應用:預防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?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、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用單次給藥還是多次給藥?沒有證據(jù)顯示多次給藥比單次給藥好傷口關閉后給藥沒有益處多數(shù)指南建議24小時內(nèi)停藥沒有必要維持抗菌素治療直到撤除尿管和引流管手術時間延長或術中出血量較大時可重復給藥細菌污染定植感染一次性用藥用藥24h用藥4872h數(shù)小時從十數(shù)小時到數(shù)十小時六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用用藥時機不同,用藥期限也應不同短時間預防性應用抗生素的優(yōu)點:六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用減少毒副作用不易產(chǎn)生耐藥菌株不易引起微生態(tài)紊亂減輕病人負擔可以選用單價較高但效果較好的抗生素減少護理工作量藥品消耗增加抗菌素相關并發(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、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用延長抗菌素使用的缺點:六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用外科預防性抗生素的應用:預防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?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、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用應靜脈給藥,2030min滴完肌注、口服存在吸收上的個體差異,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,若手術超過34h,應給第2個劑量,必要時還可用第3次可能有損傷腸管的手術,術前用抗菌藥物準備腸道局部抗生素沖洗創(chuàng)腔或傷口無確切預防效果,不予提倡不應將日常全身性應用的抗生素應用于傷口局部(誘發(fā)高耐藥)必要時可用新霉素、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)局部應用可能有一定益處六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用不提倡局部預防應用抗生素:時機不當時間太長選藥不當,缺乏針對性六、預防SSI干預方法

——抗菌藥物的應用預防用藥易犯的錯誤:在開刀前45-75min之內(nèi)投藥按最新臨床指南選藥術后24小時內(nèi)停藥擇期手術后一般無須繼續(xù)使用抗生素大量對比研究證明,手術后繼續(xù)用藥數(shù)次或數(shù)天并不能降低手術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)預防SSI干預方法

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

脫毛0.6%備皮時間 術前24小時前 >20%

術前24小時內(nèi) 7.1%

術前即刻 3.1%方法/時間 術前即刻剪毛 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時間長Damadian1973做出兩個充水試管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永磁商用磁共振設備中國安科

2003諾貝爾獎金LauterburMansfierd時間PART02MR成像基本原理實現(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)。最易受外加磁場的影響而發(fā)生磁共振現(xiàn)象(沒有核輻射)有一個穩(wěn)定的靜磁場(磁體)梯度場和射頻場: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)象信號接收裝置:各種線圈計算機系統(tǒng):完成信號采集、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核進動雜亂無章,磁性相互抵消zMyx進入靜磁場后,H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列(正負方向),正負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信號基礎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C:90度脈沖對磁化矢量的作用。即M以螺旋運動的形式傾倒到橫向平面ABC在這一過程中,產(chǎn)生能量

三、弛豫(Relaxation)回復“自由”的過程

1.

縱向弛豫(T1弛豫):

M0(MZ)的恢復,“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弛豫時間:

MZ恢復到M0的2/3所需的時間

T1愈小、M0恢復愈快T2弛豫時間:MXY喪失2/3所需的時間;T2愈大、同相位時間長MXY持續(xù)時間愈長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準圖像磁共振常規(guī)h檢查必掃這兩種標準圖像.T1的長度在數(shù)百至數(shù)千毫秒(ms)范圍T2值的長度在數(shù)十至數(shù)千毫秒(ms)范圍

在同一個馳豫過程中,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示。分清掃描序列、掃描部位、掃描層面。正?;虍惓5乃诓课?--即在同一層面觀察、分析T1、T2加權(quán)像上信號改變。絕大部分病變T1WI是低信號、T2WI是高信號改變。只要熟悉掃描部位正常組織結(jié)構(gòu)的信號表現(xiàn),通常病變與正常組織不會混淆。一般的規(guī)律是T1WI看解剖,T2WI看病變。磁共振成像技術--圖像空間分辨力,對比分辨力一、如何確定MRI的來源(一)層面的選擇1.MXY產(chǎn)生(1H共振)條件

RF=ω=γB02.梯度磁場Z(GZ)

GZ→B0→ω

不同頻率的RF

特定層面1H激勵、共振

3.層厚的影響因素

RF的帶寬↓

GZ的強度↑層厚↓〈二〉體素信號的確定1、頻率編碼2、相位編碼

M0↑--GZ、RF→相應層面MXY----------GY→沿Y方向1H有不同ω

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

GZ----某一層面產(chǎn)生MXYGX----MXY旋進頻率不同

GY----MXY旋進相位不同(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)、磁共振檢查技術檢查技術產(chǎn)生圖像的序列名產(chǎn)生圖像的脈沖序列技術名TRA、COR、SAGT1WT2WSETR、TE…

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