固体核磁共振（NMR）中双交叉极化（DCP）是用于膜蛋白信号指认的多维异核相关实验的基本技术模块.DCP的效率在很大程度上决定了多维异核相关实验的效率.本文分析了3种典型的膜环境中的膜蛋白（AQPZ、DAGK和EV71 2B）的DCP效率及其影响因素.结果显示，在相同的实验条件下，3种蛋白样品的DCP效率存在明显差异：其中AQPZ的DCP效率最高（31%），DAGK的效率次之（23%），EV71 2B的效率最低（14%）.通过测量它们在旋转坐标下的自旋-晶格弛豫时间（T_1ρ）和偶极耦合常数（D_HN），发现膜蛋白的运动会明显缩短T_1ρ，但对D_HN的影响较小.在实验的基础上，建立了T_1ρ与DCP效率相关的模型，并基于DCP动力学的定量分析，证明了运动导致的T_1ρ缩短是降低DCP效率的主要原因.因此，可以通过定量分析未知样品的T_1ρ来预测其DCP的最优效率，为DCP实验的优化提供依据.

人血清白蛋白（HSA）上有很多的结合位点，对药物及内源性物质的运输有很重要的作用.由于HSA分子量大且结构复杂，核磁共振（NMR）谱图信号重叠严重，因此使用常规的NMR技术很难获得天然丰度HSA上结合位点的信息.我们通过新的谱编辑技术，将横向弛豫加权（T₂W）与RD-WaterLOGSY技术相结合（即T₂W-RD-WaterLOGSY），观察到了天然丰度HSA表面的一些明显的特征信号，且这些信号的分辨率较高；通过pH滴定和2D ¹H-¹H TOCSY实验，我们对观察到的信号做了初步指认，发现部分信号来自于HSA表面的组氨酸；然后，我们通过这些特征信号研究了金属离子与HSA之间的相互作用.结果表明该技术可用于简化天然丰度HSA的谱线，在不对HSA进行突变的情况下，能反映了Zn²⁺与HSA的强结合作用以及结合位点等信息.

本文探讨1.5 T磁共振化学交换饱和转移（Chemical Exchange Saturation Transfer，CEST）成像的影响因素.通过试管模型和临床病例，采用GE Signa HDe 1.5 T磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）扫描仪分别进行不同矩阵、激励次数、翻转角、磁化传递翻转角的CEST成像对比分析，以及不同激励次数、磁化传递翻转角的Z谱分析，并从成像组织、成像设备、成像技术等方面对原始图信号、酰胺质子转移（Amide Proton Transfer，APT）信号及Z谱进行分析研究.实验结果表明1.5 T MRI扫描仪的CEST图像信噪比相对较低，且磁场稳定性及均匀度影响了CEST成像的效果.在其他参数不变的情况下，降低采集矩阵和增加激励次数与翻转角可以增加原始图像信噪比.磁化传递翻转角为105°时，CEST成像效果最好.激励次数为2、磁化传递翻转角为105°时，所得数据符合组织Z谱情况.模型Z谱在磁化传递频率为-294~-194 Hz范围可显示30%谷氨酸（Glu）、碘剂（I₃₂₀）、纯水（H₂O）、肌酸（Cr）的信号差异，与H₂O差异最大处在-244~-214 Hz.原始图像信号30% I₃₂₀明显高于Glu、H₂O、Cr，Cr略低于Glu，APT图Cr略低于Glu.25例脑肿瘤的APT图呈高信号、12例脑梗塞的APT图呈低信号，CEST原始图像均可区分病变区域.有12例因采集时间、患者配合情况、环境及室温等影响导致CEST成像的失败.由此得出1.5 T场强下，CEST技术受到成像组织、设备、技术等因素的影响，需要进行多方面优化.在保证磁场稳定性及均匀度的情况下，优化参数的CEST成像和Z谱成像可以区分代谢物及其浓度.

磁共振成像（MRI）无创无害、对比度多、可以任意剖面成像的特点特别适合用于心脏成像，却因扫描时间长限制了其在临床上的应用.为了解决心脏磁共振电影成像屏气扫描时间过长的问题，该文提出了一种基于同时多层激发的多倍加速心脏磁共振电影成像及其影像重建的方法，该方法将相位调制多层激发（CAIPIRINHA）技术与并行加速（PPA）技术相结合，运用到分段采集心脏电影成像序列中，实现了在相位编码方向和选层方向的四倍加速，并使用改进的SENSE/GRAPPA算法对图像进行重建.分别在水模以及人体上进行了实验，将加速序列图像与不加速序列图像进行对比，结果验证了重建算法的有效性，表明该方法可以在保障图像质量以及准确测量心脏功能的前提下成倍节省扫描时间.

多次扫描相干平均是提高磁共振图像信噪比的常用方法，但如果在多次扫描过程中病人发生自主或不自主的运动，使得图像中的组织发生位移，简单相干平均图像会导致图像模糊.本文受非局域均值算法的启发，提出了一种基于局部位移校正的相干平均方法.该算法通过比较多次采集的图像中组织结构的局部相似性，找出图像间的局部位移，利用该信息修正位移后进行加权平均，从而达到提高图像信噪比的目的.我们用模型及真实的肝脏弥散数据进行了实验.实验结果表明，对于不同次采样间存在运动的磁共振图像，该算法可有效地提高信噪比并保持结构边缘；其结果优于简单的相干平均，去噪效果也优于经典的非局域均值算法.

设计并合成了结构为TPP-Lys（Acp-DOTA-Gd）-COOH（简称Gd-DOTA-TPP）的小分子磁共振探针，通过电转染的方式用探针标记人源脐带间充质干细胞（hMSCs）.11.7 T磁共振成像（MRI）扫描结果表明，Gd-DOTA-TPP标记的hMSCs在细胞内Gd含量为9×10⁹ Gd/cell时，T₂加权信号强度即可低至背景信号强度，呈现较强暗信号.将Gd-DOTA-TPP标记的hMSCs移植入小鼠脑室，可明显提高移植干细胞在MRI设备上的检测灵敏度，检测限可低至10³个细胞.

莽草酸代谢途径广泛存在于植物、微生物与某些寄生虫中，是芳香氨基酸、植物激素与多种重要活性次生代谢物的主要合成通路.这些代谢物的系统核磁共振（NMR）研究尚不完备，且5-羟基吲哚乙酸与吲哚乳酸等代谢物的NMR数据归属尚不完整.本文对莽草酸代谢途径介导的26种代谢物（包括2种非芳香羧酸、2种植物激素、3种芳香类氨基酸、19种植物次生代谢物）结构进行了较为系统的NMR分析，对这些代谢物的¹H和¹³C NMR信号进行了归属，为植物化学及代谢组学研究提供了基础数据.

建立了核磁共振氢谱（¹H NMR）法测定改性沥青中聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段式聚合物（SBS）精确含量的方法.首先，建立了改性沥青¹H NMR谱中SBS特征峰和基质沥青峰的积分面积之比与SBS实际掺量的线性关系，结果表明两者间线性关系良好；其次，验证了该方法的准确度和精确度，并证实该方法的准确度高于傅里叶变换红外光谱（FTIR）法；最后利用此方法评价了改性沥青混匀装置的好坏.SBS含量的测定，目前还没有建立国家测量标准，也没有利用NMR进行定量测试的相关报道.本研究结果表明NMR技术可用于快速和精确测试SBS改性沥青中SBS含量，对实际应用有一定指导意义.

2，3：4，5-双-O-（1-甲基亚乙基）-β-D-吡喃果糖又称为果糖二丙酮（diacetonefructose），是一类重要的药物合成中间体，它是抗癫痫药物托吡酯中的母体部分，在药物合成中具有重要的作用.果糖二丙酮结构中含有手性碳原子，核磁共振（NMR）谱图较为复杂，本文首先应用¹H NMR、¹³C NMR、DEPT135、¹H-¹³C HMBC、¹H-¹³C HSQC、¹H-¹H COSY和NOESY实验对果糖二丙酮的¹H和¹³C NMR信号进行了指认归属，确定了其空间构型.然后，利用计算化学的方法对其结构进行了模拟，进一步佐证了该构型的正确性.

介绍了高场磁共振成像（MRI）多源发射技术的原理，提出了一种用于高场MRI系统的多源射频信号发射机.它能并行输出多路频率、相位、幅度，可快速独立调节的射频脉冲信号.该射频发射机的实现基于单片现场可编程门阵列（FPGA）和多通道数模转换器（DAC）芯片，FPGA读取预存于双端口随机存取存储器（RAM）中的射频信号参数，并利用读取的参数分别实现每路信号的直接数字频率合成（DDS）和信号调制等核心功能，获得多路数字射频信号；FPGA输出的数字信号经过高性能DAC转化为模拟信号，即所需要的射频信号.该射频发射机在设计中大量采用软件无线电技术，即利用Xilinx提供的IP核实现DDS和信号调制等主要功能，具有集成度高、体积小、灵活度高的优点，同时，该设计可以大大缩短开发时间，有效降低实现的难度和成本，为高场MRI谱仪的多源射频发射机的设计研制提供了一种低成本、高效、高性价比的方案.

在磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）系统中，谱仪是中心控制单元，其脉冲序列发生器输出的多通道指令分别控制各硬件部件协调工作，从而采集数据并重建图像，各硬件部件之间的相对延时会影响磁共振图像的质量或导致系统无法采集到图像.为了解决这一问题，本文设计了每个输出通道均具有可调延时功能的脉冲序列发生器，每一路通道的最大延时值为819 μs，延时步进值为50 ns，可实现对相对延时的精确补偿.由于延时功能是通过在脉冲序列发生器每个输出通道上添加独立延时电路实现的，因此具有结构简单，灵活性高的优点.

在自主研制的动态核极化（Dynamic Nuclear Polarization，DNP）分子影像装置的基础上，提出了一种集DNP和电子顺磁共振（Electron Paramagnetic Resonance，EPR）于一体的多功能谱仪，并对其中的关键部件之一——微波桥进行了设计.微波桥的引入，实现了DNP微波发射机的集成化，以及在DNP谱仪基础上的EPR功能扩展.通过结构设计、电路仿真及系统测试，完成了高频谱纯度、高动态范围的微波发射机以及低噪声系数的微波检测系统的设计与制作.并通过DNP增强实验以及连续波EPR实验对微波桥的性能进行了验证.

利用电子顺磁共振（electron paramagnetic resonance，EPR）在体测量人牙齿可以实现无损伤地快速评估人体辐射剂量，具有实际应用价值.本文针对EPR在体测量牙齿剂量的应用特点，研制了专用调制磁场驱动装置，包括功率放大器、调制磁场激励线圈、调制频率设定模块、感应型调制幅度显示模块等.功率放大器采用脉冲功率放大方式取代传统的线性放大方式，用多N-MOSFET管H桥电路，功率容量大、效率高、结构简单，且调制频率设定自如.实验结果表明：（1）此装置可在大于9 cm磁极间距的中心样品位置产生调制幅度为0~0.9 mT的调制磁场，调制频率为10~100 kHz；（2）用该装置与EPR在体测量谱仪配合使用，可以明显观测到1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）样品谱线调制增宽过程以及辐射诱发的整体牙齿中的自由基信号，验证了该装置的高调制效率和实用性.

以万里长城为代表的古建筑是世界瑰宝，更是中华民族的象征和骄傲.本文提出利用便携式核磁共振（NMR）装置来探测研究这类古建筑的建筑材料，在不对其造成损伤的基础上，发掘其隐含的科学、技术和工程相关的丰富信息.为此，作为第一步，设计了适合于探测这类古建筑的便携式单边NMR探测器组合式磁体.该探测器的磁体结构以semi-Halbach为基础，通过不同磁体模块间的组合得到对应移动探测模式、长距离探测模式和均匀磁场探测模式的磁体结构.随后根据优化结果，设计加工了磁体组件，并采用该磁体进行了流体、长城城砖和现代红砖的NMR实验，实测结果与模拟一致.该组合式磁体的优点在于通过不同磁体模块组合，实现了多种探测方式，适用于探测长城等这类古建筑物需要多种探测模式的科学研究.

噪声前置放大器是磁共振射频接收子系统中的重要组件，它的性能优劣直接决定了最终磁共振图像的好坏.目前市场上的低噪声前置放大器大多基于中高场磁共振系统开发，而针对低场磁共振系统的很少；另外，商用低场磁共振系统的低噪声前置放大器价格相对较贵，并且多采用两级放大结构，结构复杂、调试难度大、成本相对较高.在此背景下，针对0.5 T低场磁共振设备利用Keysight公司的先进设计系统（ADS）软件对低噪声前置放大器进行研究设计，采用一级放大结构，探索电路设计与布局对放大器性能的影响.实测结果表明自主设计的低噪声前置放大器在21 MHz共振频率附近噪声系数为0.5 dB左右，增益达到了30 dB，能够满足低场磁共振应用的要求.