射频接收机对磁共振成像（MRI）质量至关重要. 本文针对接收机对模数转换器（ADC）高采样率需求导致功耗高、硬件复杂的痛点，提出了一种基于高位宽、低采样率的信号接收方案. 该方案通过提升量化动态范围来降低对采样速率的依赖，显著降低系统功耗；在数字信号处理层面，降低采样率为数控振荡器和滤波器设计提供了更高的灵活性，允许以更低阶数和更少的硬件资源实现优异的下变频和滤波性能. 基于射频直接带通采样理论，本文设计了一款应用于0.5 T MRI的低功耗低采样率接收机. 实验结果表明，该设计在提升信号动态范围和保证磁共振信号质量的同时，实现了功耗、硬件复杂度和系统成本的显著降低.

Halbach永磁体因其无需轭铁、外杂散场小等优势，在低场核磁共振（LF-NMR）领域（例如岩芯分析）有着潜在的广泛应用前景．相较于小体积岩芯，大体积更容易保留原始内部结构与流体状态，但其测试时要求更大的磁场均匀区域．然而Halbach磁体的异型结构导致其初始磁场均匀度差，难以直接获得较大的磁场均匀区域．为此，本文结合Halbach磁体理论与有限元仿真方法，设计得到场强158.4 mT、均匀度22 502 ppm（1 ppm=10^-6，直径100 mm球形区域）的Halbach磁体．采用改进的谐波分析无源匀场法，将磁场均匀度提升至1 496 ppm（提升15倍）．无源匀场后采集直径100 mm、高度100 mm硫酸铜水溶液中¹H的FID，并采集双组分硫酸铜溶液CPMG信号，以T₂为依据分辨不同样品组分．上述结果表明，本文的磁体设计方案与无源匀场方法为大口径高均匀度Halbach磁体的构建提供了有效技术支持．

随着低场永磁磁共振系统在食品检测、材料分析等领域的广泛应用，磁场均匀性对于获取高质量磁共振信号至关重要，而匀场放大器的性能直接决定了磁体的主动匀场效果．本文提出一种专用于低场永磁高分辨磁共振系统的高稳定性、低纹波匀场电流放大器设计方案．该方案采用高集成度的模块化设计，通过控制器局域网总线（Controller Area Network，CAN）通信实现通道扩展，并利用自偏置推挽电路实现了-1 A ~ +1 A的双极性电流输出，显著提高了输出线性度．为确保电流精度和稳定性，电流反馈检测端采用差分方式获取采样电阻两端电压差，有效抑制了共模噪声．该匀场电流放大器的输出电流线性回归系数R²优于0.999 999 9，48 h长期稳定度低至5.3 ppm（1 ppm=10^-6），实现了对匀场线圈电流的精确控制，具有良好的线性度和稳定性，可以满足低场永磁高分辨磁共振系统匀场线圈的驱动需求．

肿瘤微环境特异性成像对癌症的精准诊断至关重要，传统单模态成像技术难以兼顾高灵敏度与高空间分辨率. 本研究设计并合成了一种cRGD肽靶向、硝基还原酶（NTR）响应的半花菁-¹⁹F双模态探针Cy-F-cRGD. 通过系统筛选不同含氟基团，发现邻位双氟结构可产生显著的¹⁹F化学位移变化（Δδ_F = 10.87）. NTR响应后半花菁单元的紫外吸收红移80 nm，荧光强度增强约90倍，实现了光学信号的“关-开”切换. 本研究为发展智能响应型多模态探针提供了新的设计策略.

可变形配准在多项医学影像分析任务中具有重要作用．然而，卷积神经网络的固定感受野难以充分捕捉大脑的空间上下文信息，Transformer架构能有效捕获全局信息但计算开销大．因此，本文提出一种基于多尺度膨胀残差卷积和双重注意力的可变形配准网络．该网络采用多尺度膨胀残差卷积同时捕获局部细节和广泛的上下文信息，通过双重注意力模块增强特征的表达能力，并在解码器部分引入动态上采样精细重建高频细节以确保变形场的拓扑完整性．在两个公共脑部数据集上的实验结果表明，本文所提模型在戴斯相似性系数（DSC）、95%豪斯多夫距离（HD95）和非正雅可比行列式百分比等多个指标上实现了较高的配准效果，表明其具有更强的配准精度和更平滑的变形场．

低场核磁共振（LF-NMR）弛豫时间谱检测技术在石油、地质勘探等领域应用广泛．然而，常规的NMR弛豫时间谱反演算法要求采集到的NMR时域信号具有较高的信噪比，这在很多实际应用场景（如现场岩心分析）下难以实现．因此，亟需发展能够对低信噪比信号实现准确稳定反演的新算法．针对这一问题，本文提出了基于深度学习的结合U-Net降噪和多尺度交叉注意力的反演网络（UDMCA），在该网络中创新性地融入了多尺度交叉注意力机制，针对NMR时域信号的衰减特性进行对应尺度的弛豫特征提取并交叉融合全局特征信息，以提升网络对低信噪比多组分信号的反演准确性．同时，在反演模块前引入U-Net去噪模块，进一步提升网络的抗噪鲁棒性.实验结果表明，该算法对信噪比为10~50的低信噪比信号能够实现准确且稳定的反演，并在岩心NMR信号反演中表现出良好的适用性，为低场低信噪比NMR数据的处理与反演提供了一种有效新方案．

多对比度磁共振成像技术通过一次扫描同步获取多对比度加权图像，在提升成像效率的同时也为后续参数定量提供了丰富信息．然而，高度欠采样条件下同时重建多个对比度图像并保证其解剖一致性与物理合理性，仍是该领域面临的关键挑战．现有方法或依赖难以获取的全采样标签数据，或面临训练域与目标域分布不一致时性能下降的域偏移问题．为此，本文提出一种物理先验引导的多对比度重建扩散模型，该方法将布洛赫动力学方程所描述的磁共振信号演化规律编码为字典匹配约束，直接耦合至扩散模型的反向采样过程中，在无需重新训练的前提下，实现对数据驱动先验的物理校正．实验表明，本方法较现有监督及自监督学习方法泛化能力更强，估算的参数图进一步验证了其参数定量准确性，有望推动多对比度定量成像在临床中的广泛应用．

恩塞芬汀（Ensifentrine）于2024年6月被FDA批准上市．现有文献只有该药物的核磁共振（NMR）波谱数据，缺乏详细的原子归属，这不利于恩塞芬汀的杂质鉴定和质量控制，且该化合物存在多个季碳和氮原子，在NMR信号归属上存在一定难点．本文利用Bruker Avance III 400 MHz NMR波谱仪，获得恩塞芬汀的¹H、¹³C以及二维NMR谱，完整归属了该化合物的¹H和¹³C NMR信号．与现有文献不同的是，本文用DMSO-d₆做溶剂，提高了样品溶解度，可准确指认活泼氢信号的耦合关系，同时使样品的二维NMR谱信号清晰可辨．本文为基于NMR波谱学的恩塞芬汀原料药结构解析、含量测定和质量控制提供了研究基础．

脉冲偶极耦合电子顺磁共振（PD-EPR）技术是一种研究蛋白质等生物大分子结构变化与相互作用的重要生物物理技术．该技术通过测量定点引入到目标分子上的自旋探针之间未成对电子的偶极相互作用，直接获取纳米尺度下电子自旋之间的距离分布信息，并通过比较不同实验条件下自旋对间的距离分布，解析生物大分子的结构变化、互作与动态行为．本文系统综述了三种主要的PD-EPR技术包括双电子-电子共振（DEER）、双量子相干（DQC）和弛豫诱导偶极调制增强（RIDME）的基本原理、技术特点及相关应用，总结了PD-EPR研究中常用的自旋探针类型及蛋白质标记策略，重点介绍了近年来该技术在生物大分子及其复合物研究中的最新进展．

扩散磁共振成像（diffusion Magnetic Resonance Imaging，dMRI）是一种重要的脑微观结构成像技术，在脑白质纤维束组织成像中具有突出优势. 在扩散加权图像采集过程中，受信号衰减、长回波时间及系统噪声等因素影响，图像信噪比较低，进而对脑微结构扩散模型参数估计产生影响，因此，对信号的有效降噪可提升成像质量和定量分析的准确性. 本文首先介绍了dMRI的基本成像原理及其噪声统计特性；随后系统梳理了dMRI降噪方法的研究进展，并重点分析基于深度学习的降噪方法，结合降噪过程对微结构特性的保持来分析方法的优势和局限性；接着总结了常用的降噪评价指标并与经典降噪方法的性能特点进行了对比分析；最后总结了当前dMRI降噪研究所面临的关键挑战，展望了未来可能的发展方向.