磁敏感性可以看作是物质的一种固有属性,它反映了物质在外磁场中的磁化程度,一般用磁化率来度量,对于人体组织而言,由于组织成分与微观结构的差异,磁化率往往各不相同,有效的利用不同组织间的磁敏感性差异可以为组织结构与功能提供额外信息。磁共振造影剂(又称对比剂)就是这样一种利用本身特有的磁敏感性增强组织MR信号对比度以及软组织图像分辨率的磁性物质,造影剂的出现打破了传统磁共振成像只能依赖于生物组织原有生物物理特征的限制,增强了目标组织与周围组织的对比度,是MR成像研究领域的重要组成部分。现在常用的磁共振造影剂大多为人工合成的化学试剂,最常见的就是钆的螯合物钆喷酸葡胺(gadopentetate dimeglumine,Gd-DTPA)以及用聚合物包裹的纳米超顺磁性氧化铁颗粒(superparamagnetic iron oxide,SPIO)等等,虽然部分造影剂经过了大量的临床试验与严格的安全性测试,但是对于人体而言,这些造影剂都属于外源性的物质,引入后可能会对目标组织的自然状态产生一定的影响;另一方面,造影剂的广泛使用带来的不仅是医学诊断与治疗上的巨大突破,同时还有潜在的安全性问题,相关研究已经证实,造影剂在人体中可能存在沉积与残留,某些造影剂对人体组织也有潜在的不利生物效应的问题。因此,在满足成像对比的前提下,应当尽量减少外源性造影剂用量,微量外源性造影剂在磁共振中的成像效能相关研究具有重要的意义,但目前在领域内还缺乏较为系统的研究。本文以两种常见的外源性造影剂Gd-DTPA以及SPIO为代表,探究微量外源性造影剂在高场磁共振中的成像效能,其中本文以磁敏感物质的影像学尺寸与一定感兴趣区域内造影剂的对比度共同定义为成像效能。首先,作者较为系统地研究了磁敏感倍增成像效应,通过检测像素数量以及计算倍增因子,衡量各参数与成像倍增之间的量化关系;接下来从图像对比度出发,开展SPIO以及Gd-DTPA在不同扫描参数条件下的对比度研究,同时探求在一定的感兴趣区域内引起图像变化的最小的外源性造影剂的物质的量。在磁敏感倍增成像效应的研究中,本文利用了磁化率差异以及磁场的不均匀性对微小磁敏感物质的影像学影响,探究其在不同参数条件下的倍增情况,建立了各参数影响因子与成像倍增之间的量化关系,结果表明,在像素或亚像素级别的模型中,磁敏感倍增成像效应显著,在SWI图像中倍增因子最高可达51。在微量外源性造影剂在多参数条件下的影像对比研究中,本文从图像对比度的角度出发,以Gd-DTPA以及SPIO为代表,进一步探究了不同参数条件下微量外源性造影剂在高场磁共振成像中的对比度变化,建立了不同分辨率,回波时间,翻转角等等成像参数条件下外源性造影剂的物质的量与图像对比度之间的关系,并更进一步探究了引起图像改变的最小的外源性造影剂的物质的量,结果表明,在本实验条件下,3T磁场中SPIO在0.01～0.64μmol的量内都无法满足对比度要求,而Gd-DTPA最小在物质的量为0.02μmol(分辨率为res 1,即1.2mm)时满足对比度要求。在7T下,FSE序列扫描中SPIO引起图像改变的最小的量为0.16μmol,而加入相位信息后,在SWI扫描中最小的量为0.08μmol(回波时间为30ms)。综上所述,本文综合评估了微量外源性造影剂在不同条件下的成像效能变化,对外源性造影剂的合理使用及其微小变化的成像具有重要参考价值与意义,为早日实现微量的高精度的MR造影剂辅助成像做出了重要贡献。