背景与目的:磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）是诸多医学影像学检查中组织分辨率最高的检查方法,越来越广泛地应用于各系统疾病诊疗中。但随着医学的快速发展及诊疗要求的提高,对MRI扫描的组织分辨率也提出了更高要求,如对功能性微结构:胰岛、肝小叶、肾小球等的显示和所致病变诊断,更多是通过间接征象推断,而不能直接显示相应微结构。并且,MRI检查更多需要引入造影剂增强扫描,增加病变的对比度、提高病变的显示率,虽然MRI造影剂的副作用目前为止还未见报道,但已有文献报道MRI造影剂会存留体内。因此,临床诊疗中急需一种尽可能的减少MR造影剂的应用、且能提高组织尤其是深处组织微结构的显示能力及检测灵敏度的方法。无线整合型MRI放大器（Wireless Amplified MRI Detector,WAND）是借助一个微弱的磁共振信号和外界提供的一个强烈泵送信号进行混频,在差频上产生一个放大的输出信号,而这个放大的输出信号又可与泵送信号行第二次混频,从而实现磁共振频率的信号放大。该设备由美国密西根州立大学钱春骑教授团队研发。并且已实验证明,借助于第一代WAND扫描对检测对象附近的灵敏度明显提高,相对于标准的外部接收器,WAND置入扫描可提高检测灵敏度5倍以上。同时进一步实验还证明,通过最初有创（切开大鼠腹壁将WAND置入肾脏周围）置入式WAND放大器扫描能识别单个肾小球、通过改进的WAND放大器经过食管内插入相应位置,能精准显示颈总动脉远端、颈内外动脉分叉部以及胸部不同动脉的血管壁的情况等。均说明WAND放大器提高组织尤其是深部组织的分辨率准确可靠。但前期的研究存在如下不足:其一、WAND放大器存在方向性,导致扫描要求较高、图像质量稳定性欠佳;其二、通过WAND放大器置入后行腹部血管及异质性病变扫描,再与常规扫描比较是否能提供更多有效的诊断信息,需要进一步研究。其三、置入式WAND放大器扫描识别单个肾小球为创检查,人为导致组织损伤、增加患者并发症等。基于以上原因,本研究的目的是以期通过改进的无线整合型MRI放大器扫描相应靶器官后,了解其对目标结构的显示能力,以及评估其对血管壁、肿瘤异质性病变、肾脏微结构及其在生理变化下的显示,为血管壁病变、肿瘤异质性病变内部特征、肾小球类疾病的早期诊断奠定实验基础。材料与方法:本课题分为五部分研究:（1）WAND的改进研究:根据置入部位不同,在第一代WAND的前期实验基础上改进WAND的设计,有利于各项同性均匀及不同部位的置入。将改进后的无线整合型MRI放大器WAND置入盛有蒸馏水容器试管内,行常规扫描以及主动和被动放大扫描后,分别测量外部表面线圈被动放大器和主动放大器所获取的矢状、冠状和轴向信号并绘制成图,比较其均匀性及差异。（2）WAND对血管壁显示的研究:分别将无线整合型MRI放大器WAND置入大鼠食道、直肠后,调整放大器WAND的位置使其达到大鼠双侧颈动脉、腹主动脉周围,并对同一大鼠双侧颈动脉、腹主动脉管壁高清扫描后,以常规MRI血管壁扫描比较血管壁的显示,应用matlab软件量化分析比较其差异性。（3）WAND对异质性病变中改善图像质量对比度的研究:将培植的肿瘤细胞注入大鼠肛周并行一定时间的免疫抑制干预后,分别对同一直肠周围种植病变行常规扫描、无线整合型MRI放大器WAND肛门置入后扫描、注射造影剂后增强扫描所得三组图像,应用matlab软件量化分析比较三种方案对同一病变的显示情况。（4）对肾脏微结构进行灵敏度增强及高分辨率的血流动力学成像研究:通过经大鼠肛门无创置入无线整合型MRI放大器WAND到达肾脏周围后,通过改变通气中的氧含量调节大鼠的血氧浓度、通过鼠尾静脉注射生理盐水改变大鼠的血容量、通过加大麻醉剂量检测大鼠心率控制大鼠心率等生理指标,然后行WAND置入后扫描,比较其前后的变化,观察其肾脏微结构在生理变化下影像学差异。（5）通过大鼠阴茎损伤模型,探讨WAND对细微病变的显示能力。结果:（1）WAND的改进研究:采用matlab软件量化分析,根据一维强度分布图可知距离B₁场较近时,被动放大器在探测器表面区域的灵敏度,是外部表面线圈灵敏度的2倍;主动放大器在相同区域中的灵敏度是外部线圈的21倍。同时从被动和主动放大器的相对灵敏度分布图可知,主动放大器具有较大的有效监测范围,表现出良好的横向和纵向对称性。从横向分布图中可知,主动放大器在距探测器表面3mm的圆形区域内,其灵敏度至少是外部表面线圈的5倍以上。并且根据翻转角度图可知,由于构成WAND的变容器的解耦能力,WAND在射频激励过程中对翻转角度的影响可以忽略不计。因此无论纵向、横向分布均说明WAND对于远离探测器表面的区域具有显著的灵敏度。（2）WAND对血管壁显示的研究:与常规血管壁扫描结果比较,采用matlab软件量化分析,被动检测器不能对髂总动脉内壁进行清晰地成像,而主动放大检测器能够以更好的质量成像血管壁。对于血管壁附近区域显示的比较,主动放大器的信噪比（Signal Noise Ratio,SNR）至少是被动放大器的5倍,并且能清楚地识别血管腔边缘,同时对应区域SNR梯度超过整个梯度图标准差的2倍。除了靠近探测器的腹部血管外,WAND还可以对更远的区域进行高灵敏度成像,主动脉与肠系膜上动脉的交界处距离检测器表面大约4mm,远大于探测器本身的直径距离,然而与被动探测器获得的图像相比,主动放大检测器可以清楚地“锐化”血管边界的成像。（3）在异质性病变中改善图像质量对比度的研究:对于同一病灶,常规平扫中病变结节只能通过强度梯度分布图中不连续的边缘,以及病变区域内超高峰之间细微的差异来来判断病灶的存在;然通过WAND放大扫描后,在获得标准化强度的5倍增益情况下,病变的边界十分明确,且能够清晰地观察到病变结节中的细微结构;当其他条件不变前提下,增强扫描成像信号强度只有标准化强度的1²倍增益,病灶边界显示尚可,病变中的细微结构显示较WAND放大扫描显示差。（4）对肾脏微结构进行灵敏度增强及高分辨率的血流动力学成像研究:通过肛门置入WAND后,成像增益超过标准化强度的5倍,肾髓质内聚合管显示出更好的连贯性和更清晰的对比度;肾皮质内小血管表现为与肾髓质高信号交织的低信号区,且可分辨出分隔皮质和髓质的弓状动脉,以及区分外髓质外条纹和内条纹的髓袢。结合WAND放大扫描,当O₂浓度从空气变为96%时,采用matlab软件量化分析,峰值高度上升5倍,为了量化每个像素的血流动力学反应,将标准化后的常氧呼吸成像除以高氧呼吸成像,以获得常/高氧比（Norm-hyperOxia-Ratio,NOR）,其与横向弛豫（R₂）与氧分压(P_o2)呈负线性关系。同时对每个像素按RI绘制SIR图,发现两个变量之间存在线性关系。（5）对微小病变显示能力的研究:以常规扫描比较,WAND能提高图像的显示细节,增加感兴趣区的信号强度,降低噪声,提高图像质量及诊断效能。结论:（1）与第一代WAND相比,第二代WAND利用端环产生一个可以接受无线功率的高频模式,又利用双角支架产生一个MR信号接收和无线传输的低频模式。由于高频和低频模式之间具有几何正交性,WAND可以利用纵向采集的泵场能量,来放大横向平面中的弱MR信号。因而具有更好的横向和纵向对称性。同时,被动放大器在探测器表面区域的灵敏度无主动放大器高,主动放大器在相同区域中的灵敏度是外部线圈的21倍。（2）通过将WAND以非手术的方式插入直肠而接近感兴趣区域,可以大大提高腹部血管检测的灵敏度。这种探测器的灵敏度在其表面距离1个线圈直径以上距离的区域内高于外部接收线圈的5倍以上,因此它可对传统手段难以观察的腹部器官进行高分辨率成像。导线直连探测器具有增加射频热效应的潜在风险,而无线功率放大器提供了MR信号传输的替代路径,从而改进了操作安全性和灵活性。（3）与MR常规增强扫描相比,WAND扫描可增加异质性组织的信号差异,从而提高病变异质性的可见性。提示WAND扫描可在不使用造影剂的情况下提高病变异质性的可见度,进而避免造影剂的应用。（4）主动放大探测器可更清晰地呈现肾脏各层的微观结构,从而为评估肾脏结构整体性提供了更有效的方法。除了结构成像,WAND同样可以基于血氧水平依赖的信号强度,对不同氧气环境下肾脏微结构的血流动力学改变进行成像。（5）无线整合性放大器WAND扫描,可明显提高感兴趣区图像的信号强度,减少噪声,提高图像质量,能大大提高阴茎深部微小病变的检出率。