本课题为国家自然科学基金资助项目“反传统医用核磁共振成像磁体系统关键问题研究”(项目编号:50377027)的一部分。目前的医用磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)装置大多为传统的“磁体包围样品”结构。这种结构的主磁体体积庞大,整套设备价格昂贵,不利于MRI系统在中小医院的普及。而且,其成像区域位于磁体内部,限制了MRI装置在介入式治疗和手术中的使用。全开放薄片型磁场永磁MRI系统是一种新型设备,其成像区位于主磁体外的一侧,具有完全的开放性。这种结构的磁体体积小、重量轻而且价格低,有利于MRI系统在基层医疗机构的普及。梯度线圈是MRI系统重要的组成部分,其设计属于电磁场逆问题的范畴,近年来受到研究者的关注。对于上述新型永磁MRI系统,梯度线圈的设计更是一个特殊的电磁场逆问题。能够在灵敏区内产生沿x(或z)方向线性变化,方向与主磁场方向一致的梯度磁场的线圈称为x(或z)方向的梯度线圈。本论文研究了新型全开放薄片型磁场永磁MRI设备中梯度线圈的设计方法,提出一种新型的目标场方法来实现x方向和z方向单平面梯度线圈的设计。根据R.Turner目标场方法的思想,提出了单平面梯度线圈的目标场方法的数学模型,并得出了线圈磁场能量和功率损耗的解析表达方式。在方法的实现中,将线圈平面的等值面电流密度展开成二维傅立叶级数,得到灵敏区中磁场z分量表达式。以磁场能量和功率损耗为惩罚函数,建立目标函数,把直接求解电流密度的问题转化为求解其傅立叶系数的问题。得到电流密度的分布以后,采用流函数方法离散化得到实际的绕线形式,并用Biot-Savart定律再验证计算结果。最终得到的线圈设计方案的非线性度、电感和电阻均满足设计要求。梯度线圈中的脉冲电流具有很高的切换速度,这必然会在周围导电部件中引起涡流。这种涡流将抑制梯度磁场的快速变换,从而防碍正常的成像过程。为了尽可能地减小涡流的影响,本文研究了自屏蔽线圈的设计方法,并完成了一种涡流自屏蔽单平面梯度线圈的设计。由于主磁体静磁场的存在,载流梯度线圈会受到洛伦兹力的作用,在MRI系统工作扫描时,梯度线圈会产生震动和噪声。这种噪声会对病人产生刺激,严重的会对病人造成损伤。为了解决这一问题,本文研究了减少噪声的力平衡梯度线圈的设计方法,并完成了洛伦兹力近似为零的线圈设计。为了验证理论与方法的正确性,制作了一个x方向平面指纹式梯度线圈的模型,并对该模型在成像区产生的磁场进行了测量。计算结果与实验结果的对比验证了本文提出的设计方法的有效性。