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摘要磁共振成像(MRI)是一种无创无电离辐射的临床医学影像学方法，具有分辨率高、组织穿透深度高、软组织对比强、能够进行多参数成像等很多优点，在临床上应用广泛。然而，由于其信号来源于人体水中质子，而人体肺部属于空腔结构，因此，传统质子MRI对人体肺部的影像学诊断十分有限。慢性阻塞性肺部疾病(COPD)是一种发病率和致死率都很高的肺部疾病，会大大降低患者生活质量，而且给社会造成很重的经济负担。中国的COPD患者有4400万，约占全球的70％。COPD的原发性病因是烟草烟雾，主要病理特征包括慢性支气管炎症和肺气肿。然而，目前临床上对于COPD的诊断方式比较有限，常规的肺功能测试和X-ray计算机断层扫描无法敏感可靠地对COPD中肺部微结构的改变进行探测。研究表明，利用超极化气体（3He或129Xe）肺部MRI可以实现对肺部的可视化成像，可以对肺部通气缺陷、肺部肺泡微结构、肺部氧分压、肺部气血交换等结构或者功能进行研究。基于超极化气体在肺内受限性扩散的特性，研究表明超极化气体扩散MRI与肺部微结构十分相关，对肺部微结构的改变十分敏感。目前在该方面应用的气体主要包括了3He和129Xe。3He在地球上面的储量有限，而且存在军事的用途，价格昂贵，临床应用前景不好，因此，本研究围绕超极化129Xe的扩散MRI对COPD的可视化探测应用方面进行相关的动物实验研究，首先基于7T的核磁共振动物成像仪器，搭建了超极化129Xe小动物肺部磁共振成像研究平台，然后主要开展了如下四个方面的研究:<br>　　第一，利用超极化129Xe单b值扩散MRI对COPD模型大鼠进行可视化探测。其结果表明，利用单b值扩散MRI的方法可以获取超极化129Xe表观扩散系数(ADC)在动物肺内分布图，而且发现COPD模型大鼠中的ADC均值相比于对照组显著性增大且分布更不均匀，该结果与离体肺部生理组织切片的结果一致。<br>　　第二，利用超极化129Xe多b值扩散MRI实现了对大鼠肺部微结构的可视化定量测量，以及利用该方法对轻度肺气肿大鼠肺部进行了探测。结果表明，利用超极化129Xe多b值扩散MRI的方法可以测量活体大鼠肺部呼吸性气道的外径R，内径r，肺泡深度h等参数，结果与文献中报道的结果一致，而且与离体肺部生理组织切片的结果相关性较好。特别地，首次利用这种方法获取了活体大鼠肺泡的表面体积比S/V。进一步，基于该方法的测量结果，发现超极化129Xe在肺部的纵向扩散系数DL以及肺部微结构相关参数包括r，h和S/V与对照健康组存在显著性差异(P＜0.05），该结果与生理组织切片的结果一致。根据实验结果，推测超极化129Xe在肺部DL对肺气肿早期敏感，横向扩散系数DT对肺气肿后期敏感。<br>　　第三，利用超极化129Xe扩散峰态磁共振成像(DKI)的方法对超极化129Xe在肺部的非高斯型扩散进行了有效地描述，实现了对吸烟引起的肺部损伤的可视化探测。结果表明，超极化129Xe在肺部的扩散会随着b值的增大偏离单指数衰减而呈现非高斯型扩散的特点，而DKI模型能够很好地对该非高斯型扩散进行拟合。利用DKI模型拟合提取的相关参数包括扩散系数Dapp和峰态系数Kapp在实验模型组和对照组中表现出了显著性差异(P＜0.05）。根据结果，认为DKI能够对肺泡的变化进行探测，对小气道相关的疾病可能也比较敏感。<br>　　第四，提出了一种变定角联合激发(CVCFA)模式，适合于超极化气体扩散MRI相关实验中。超极化气体纵向磁化矢量存在不可恢复性，对于超极化气体扩散MRI而言，目前主要利用变角激发（VFA）或者间隔交替定角激发(ICFA)模式，而CVCFA模式结合了这两种传统模式的激发方法，仿真实验和活体动物实验的结果均表明，VFA模式应用于超极化气体扩散MRI，有较高的多b值拟合准确性，但是b值图像信噪比(SNR)较低，而ICFA模式虽然b值图像SNR高，但是多b值拟合准确性有限。CVCFA既能够保证较高的图像SNR，同时也具有很好的多b值拟合准确度，因此更适合于超极化气体扩散MRI相关的实验研究。