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7 T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: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。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,我们推测超极化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。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,我们认为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。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。