乳酸能够为机体提供大量能量，以维持细胞神经系统的稳定．医学上也常常将乳酸作为信号分子来即时监测机体的健康水平．准确、高效地检测活体组织中乳酸分子的含量变化，能够提供有关生物体机能和健康状况的重要信息，对疾病的早期诊断也具有一定的意义．目前文献中报道了几种利用磁共振波谱技术检测乳酸的方法，包括长TE滤波技术、多量子滤波技术，其信号选择性和效率存在一定的局限性．本文提出了一种可对乳酸信号进行选择性滤波的新方法，利用优化控制脉冲对核自旋参数具有特异性的特点，将乳酸分子甲基和次甲基上的四个质子转变为二自旋Zeeman序，实现对乳酸分子甲基信号的高效、高选择性检测．利用该脉冲序列方法，我们先后在混合物和高分子样品中，实现了对乳酸分子或类似化学基团信号的选择性检测．这项研究为在复杂体系中高效选择乳酸分子的信号提供了新的思路和方法．

原位固体核磁共振技术（NMR）是研究真实反应条件下催化反应过程的有力工具之一，但传统商用固体NMR转子难以在魔角旋转（MAS）条件下满足反应所需的温度和压力等条件．本文设计并加工了适用于商用固体NMR转子的插件，在转子中能够耐受室温至433 K温度范围以及常压至618.3 kPa密闭压力范围的反应条件，为在NMR磁体内原位研究化学反应提供了一种新的手段．利用该设计，我们通过固体¹H MAS NMR实验原位研究了Sn-MFI分子筛上二羟基丙酮的异构化反应，发现二羟基丙酮可经过偕二醇类中间体异构化生成甘油醛的反应途径．

利用原位核磁共振（NMR）技术结合新设计的光反应装置对光激发的氟超敏化现象进行了系统性研究, 证实了光反应装置的有效性. 该反应装置由光源、光路、同轴准直连接器和溶液混匀系统四部分组成，通过标准信噪比值（S/N）计算公式对9种含氟芳香化合物与6种光敏剂的组合进行了检测. 此外，还通过对光促开环反应的连续监测进一步验证了装置的适配性. 综合结果分析，该光反应装置可以很好地与市售液体NMR谱仪适配以应用于光化学反应的检测和研究.

本研究采用液相色谱-二极管阵列检测器-固相萃取-核磁共振/质谱（LC-DAD-SPE-NMR/MS）联用技术，对卡巴他赛注射液中一个含量约为0.3%~0.4%的未知降解杂质完成化学结构解析. 卡巴他赛注射液中高含量的辅料吐温-80与该杂质在液相色谱分析中不能完全分离，直接制备高纯度杂质难度较大，因此难以采用先分离-后鉴定的传统策略鉴定该杂质. 本研究采用自动化的LC-DAD-SPE-NMR/MS联用技术，通过对萃取物溶液进行NMR谱详细分析，提取出降解杂质中氢-氢、氢-碳原子间相关信息，得到原子化学位移及连接关系，成功排除吐温-80谱峰的干扰，最终鉴定降解杂质为卡巴他赛中紫杉烷母核重排后的产物. 整个实验在48 h之内完成，并以混合物分析思路完成降解杂质结构解析. 本研究是LC-DAD-SPE-NMR联用技术在微量药物杂质分析领域的一次成功应用实例，为新药研究中杂质结构解析提供了新思路.

3/4/5-O-阿魏酰奎宁酸（3/4/5-O-feruloylquinic acid, 3/4/5-O-FQA）具有抗氧化活性，对预防多种疾病和维持人体健康有益，然而其准确三维结构尚不清楚．本文采用核磁共振波谱技术，结合量子化学理论计算方法，研究了3/4/5-O-FQA分别在气相、D₂O溶液和DMSO-d₆溶液中的三维结构．结果表明，3-O-FQA在D₂O和DMSO-d₆两种溶液中的三维结构存在差异，主要表现在酯化位H-3位置处二面角τ (H3C3O1C9的不同，相差4.147°．这些结构差异导致了3-O-FQA在两种溶液中的¹H 核磁共振谱图中H-3质子裂分方式不同．该工作给出了3/4/5-O-FQA的精确结构信息，能够为进一步研究其性质和应用价值提供参考和帮助．

脑动脉瘤的不规则形态，尤其是子瘤的存在，是动脉瘤破裂风险的关键因素．临床上对子瘤的评估主要是通过时间飞跃法磁共振血管造影（Time of Flight-Magnetic Resonance Angiography，TOF-MRA）进行图像重建及基于医生视觉和经验的判断，这限制了诊断的效率和准确性．本文提出了一种基于3D ResNet50改进的并行多尺度注意力融合网络（Parallel Multiscale Attention Fusion Networks，PMAF-Net）的子瘤自动分类方法，PMAF-Net采用多尺度卷积并加权融合通道和空间注意力权重以提高特征提取能力．实验所用TOF-MRA数据291例，其中训练集128例，验证集32例，测试集131例．与其他分类网络比较，PMAF-Net在测试集上表现最好，准确率为83.97%，召回率为84.48%，精确率为80.33%，F1分数为0.823 5，受试者工作特征曲线（ROC）也显示出模型最佳的分类性能（AUC为0.900 8）．实验结果表明该网络能更准确地识别出子瘤型动脉瘤，有望对动脉瘤破裂风险评估和量化提供支持．

在扩散磁共振成像中，传统多壳约束球面反卷积方法通常将白质微结构建模为各向异性，而灰质微结构建模为各向同性．然而，组织学和高分辨率扩散磁共振成像的研究表明，灰质中水分子的扩散过程具有明显的各向异性特征，因此传统约束球面反卷积方法必不能准确地描述灰质微结构．针对这一问题，本文提出了一种基于体细胞和神经突密度成像（Soma And Neurite Density Imaging，SANDI）模型的灰质多壳约束球面反卷积方法，旨在更准确地揭示灰质微结构特性．利用神经元数据对胞体部分信号进行仿真，模拟灰质特有的信号模式，使用SANDI模型生成了灰质的信号以及相应的响应函数，并将其应用于真实大脑数据的灰质进行微结构重建．结果表明，该方法在提取灰质区域各向异性特征方面表现出色，提高了纤维方向估计的准确度．

磁共振测井在石油探测中扮演着关键角色．磁体系统是磁共振测井传感器的一个重要组成部分．然而，目前的磁体系统设计通常依赖于经验结构，缺乏对最优结构的理论研究．本研究提出了一种基于变密度法拓扑优化的单侧磁共振测井传感器磁心结构设计方法，将测井探头二维截面模型的磁心设计域剖分为N个密度在0 ~ 1之间的小单元，应用梯度下降的移动渐近线法，基于目标函数对密度的梯度信息更新单元密度，迭代逐步逼近最优解．本文基于优化结果，制作了缩小比例的磁共振传感器样机，进行实验验证．传感器的外半径为2.5 cm，能够在远端感兴趣区域（ROI）内生成强度为641.0 ~ 1 108.6 G（1 G=10^-4 T），梯度为303.0 ~ 683.6 G/cm的静态磁场．实测磁场分布数据与仿真优化设计的结果一致．在此基础上，对设计的磁共振测井传感器进行了水模测量实验，实验测得传感器的信噪比为23.5．

针对磁共振领域电子顺磁共振（EPR）细长样品管难清洗的问题，设计了一种全自动式EPR样品管清洗装置．整个装置主要包括纯水机、储水箱、增压水泵、空压机、控制器、电磁阀管路以及清洗台，通过树莓派电脑和继电器扩展模块以及Python GUI程序控制电磁阀和电机/升降杆实现EPR样品管的全自动式清洗及吹干．利用该装置对盛装过固体和粘稠液体的EPR样品管进行清洗效果对比，结果表明该装置清洗效果好（低温T =2 K条件下无杂质信号），效率高（5 min内完成一次清洗干燥），具有较高的实际应用价值．

气泡型铷原子钟体积小、重量轻、功耗低、维护成本低，在导航与通信领域被广泛使用.其中具有代表性的北斗三号星载高性能铷原子钟，具有优良的稳定度水平，1~10 000 s稳定度5E-13/ \sqrt{\tau }，天稳优于3E-15.但是在大气环境下，由于环境因素特别是气压的影响，1 000 s以后长期稳定度恶化了1~2个数量级.本文通过分析补偿算法引入噪声的影响和充分的实验验证，提出了一种高精度气压补偿方案.补偿后，地面型铷原子钟频率的万秒稳定度优于6.5E-15，提高了约一个量级.