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肾脏是维持内环境稳态和新陈代谢有序进行的重要器官之一,具有排出代谢废物、维持电解质和酸碱平衡的能力。急性肾损伤（acute kidney injury,AKI）指突发的肾功能下降,如果未及时干预易发展为慢性肾损伤或肾衰竭。AKI的常规诊断方法包括尿素氮、血肌酐和病理检测。然而,这些检测方法有创,且相对病程有滞后性。磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）作为一种无创、无电离辐射的影像学手段,在提供肾脏解剖图像的同时,可以检测肾脏的水含量、血流灌注和水分子运动,常用于评估肾脏组织内环境及肾功能变化。化学交换饱和转移（chemical exchange saturation transfer,CEST）成像是一项新型的定量MRI技术,其通过被饱和可交换质子与水质子交换所引起的水磁共振（magnetic resonance,MR）信号变化来检测机体内的环境（如温度、酸碱性）和大分子浓度（如蛋白质、氨基酸）。基于碘类造影剂的外源性CEST常被应用于肾脏的酸碱性（potential of hydrogen,pH）检测。然而,现有工作对各种碘剂的酰胺质子组合的研究不够深入,导致pH可检测范围和精度不能满足临床需求。因此,更优的酰胺质子组合有待研究。此外,在对缺血重灌注（ischemic reperfusion injury,IRI）引起的急性肾损伤（acute kidney injury,AKI）进行成像研究时,现有基于碘剂的外源性CEST-pH成像易对肾脏造成负担。因此,利用内源性CEST对IRI-AKI进行成像将更具有临床实用价值。急性肾损伤的一大发病机制是氧化应激,其表现为线粒体产生过量的活性氧簇（reactive oxygen species,ROS）与细胞内的成分发生氧化反应并造成细胞损伤。因此,实现靶向线粒体的ROS清除、抑制氧化应激是缓解肾损伤的方法之一。同时,如果能通过MRI对氧化应激的治疗过程进行成像,将会对AKI的治疗进程进行更好的诊断和评估。针对上述问题,本文开展了以下三个方面的工作:（1）肾脏CEST-pH成像中酰胺质子最优化设计。我们首先评估了 3种临床常用的含单种酰胺质子的碘造影剂CEST信号对pH的响应,并选择了两种CEST信号比值与pH响应成最大线性关系的碘造影剂（碘克沙醇和碘比醇）做进一步的研究。基于洛伦兹拟合修正的比率法,我们研究了不同酰胺质子浓度比的碘克沙醇-碘比醇混合液在不同的饱和强度下对pH的响应,并与2种含双酰胺质子的碘造影剂进行比较。结果显示,酰胺质子浓度比为1:1的碘克沙醇-碘比醇混合液在单一饱和强度1.5 μT下取得最优的pH线性响应（y=1.352×pH-8.653）,其pH值检测范围扩展到5.6～7.6。大鼠肾脏pH成像实验结果显示肾脏皮质、髓质和肾盂的pH值分别为7.23±0.09、6.55±0.15和6.29±0.23,更接近传统钆基对肾脏的pH检测结果。（2）缺血重灌注致急性肾损伤的内源性CEST成像研究。我们建立了大鼠单侧肾脏缺血重灌注后不同时间点的急性肾损伤模型,并进行了包括T1、T2、血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent,BOLD）、动脉自旋标记（arterial spin labeling,ASL）、量化磁化转移（quantitative magnetization transfer,qMT）和CEST在内的多参数MR成像。通过最小二乘法对各参数模型进行迭代拟合,并对多参数MR成像结果与肾损伤评分进行相关性和敏感度分析。结果表明,内源性的氨基CEST信号随着IRI-AKI的发展呈显著下降趋势。相比于其他MRI参数,氨基CEST对肾小管损伤更敏感,特异性更高。这表明氨基CEST有望成为一项无创地诊断和监测IRI-AKI发展的新技术。（3）一种用于肾损伤诊疗的线粒体靶向MRI-T1造影剂设计。我们合成了一种靶向线粒体并捕获ROS,从而缓解急性肾损伤的MRI-T1造影剂TPP-PROXYL。在体模实验中,我们证明了该造影剂可以消耗ROS,并显示T1增强效果。随后我们建立了 H2O2诱导的人肾小管上皮细胞（human kidney Ⅱ,HK2）氧化应激模型,通过给予TPP-PROXYL处理成功清除ROS并保护了线粒体。最后,我们建立了横纹肌溶解引起的小鼠肾损伤模型,利用TPP-PROXYL对其进行治疗,并对治疗前后的AKI肾脏进行MRI-T1成像。我们发现,AKI组和AKI治疗组的增强T1值有显著差异,且治疗组的肾脏病理组织学更正常,小鼠存活率更高。14天毒性检测显示,注射TPP-PROXYL的对照组小鼠肾脏组织正常。这些结果说明本研究所提出的TPP-PROXYL是一种安全的AKI诊疗一体的MRI-T1造影剂。