脑卒中作为急性脑血管疾病的一种,具有高致残率、高致死率的特点。目前该疾病已经成为我国居民寿命损伤原因的第一位,死亡原因的第三位。随着我国人口老龄化进程逐步加速,脑卒中的发病率和死亡率将会进一步提升,这将给我国经济、社会的健康发展带来巨大挑战。通过医学影像技术对患者进行筛查和及时诊断能有效降低脑卒中发病率以及死亡率。磁共振成像技术在脑卒中诊断中具有关键作用;但目前临床上装备的磁共振成像系统多为超导磁共振成像系统,这种成像系统体积、重量巨大,技术复杂度高,无论是使用成本还是使用效率都无法胜任大规模的诊断和筛查。超低场磁共振成像系统通过降低背景磁场来降低成像系统的体积和重量,成像系统能应用于病房救护车等多种场景,这为脑卒中及时诊断和筛查提供了新的手段。本文工作以拓展磁共振成像技术使用场景,改善磁共振成像技术使用效率,提升磁共振成像技术在脑卒中诊断和筛查中的易用性为目的展开,主要研究常导超低场磁共振成像系统电磁系统的优化方法与设计理论;并围绕磁共振成像系统功能验证展开超低场磁共振成像方法研究。本文完成的工作包括:1开放式常导电磁体设计方法与电磁体结构的加工误差敏感性研究。为了保证病患转移的便利性,以及病患检查过程中的舒适性,本文决定选用开放式、圆盘形电磁体结构。针对电磁体结构设计提出了一种混合优化方法,该方法由线性规划、线束调整和非线性优化构成;基于该方法,能够设计出便于加工且满足设计需求的电磁体。磁共振成像时,需要极高均匀度的背景磁场,为了控制加工误差对背景磁场的影响,本文分析了加工误差对不同结构电磁体的磁场均匀度影响,并最终证明三线包电磁体具有较低的加工误差敏感性。最后,搭建了电磁体原型机,设计最大电流50 A,最大磁场约10 m T,球形目标区域半径为150 mm,理论磁场不均匀度为15 ppm;在10 A电流激励下进行了了磁场测量,最终磁场不均匀度优于80 ppm。2基于等效磁偶极子法的梯度线圈设计与梯度线圈几何参数研究。本文在设计梯度线圈时需要考虑两个问题:一是根据电磁体结构特点优化设计梯度线圈,二是尽可能提升梯度线圈的切换速率从而缩短磁共振扫描时间。为此,本文基于等效磁偶极子法建立了梯度线圈设计的数学模型,通过布线区域剖分,约束目标区域磁场分布以及最小化梯度线圈磁场能量将设计思路反映在数学模型中。基于梯度线圈优化方法只能在给定几何参数（尺寸、间隔、布线模式、密度）下进行梯度线圈设计;为了保证给定几何参数的合理性,本文通过有限元仿真揭示了梯度线圈几何参数与性能的关系。最后,设计并制作了梯度线圈系统原型机,不同方向梯度线圈的测量梯度磁场效率均大于19μT/（m·A）,梯度磁场测量非线性度均小于3%.3头部射频线圈结构优化方法与射频线圈性能参数优化方法研究。为了尽可能提升射频线圈的信噪比,本文提出了紧密贴合式的头部体线圈结构。人头颅表面为不规则曲面,为了实现不规则曲面上射频线圈结构的优化,本文提出了基于线性规划的布线模式优化方法;通过有限元仿真对固定位置线圈进行电磁计算,然后采用线性规划进行布线模式确定。在完成线圈设计方法研究后,本文通过有限元仿真分析了射频线圈射频磁场均匀度与信噪比的关系,并最终揭示了贴合式头部线圈的射频磁场均匀度与线圈信噪比为一对竞争属性。最后,设计、制作了一个射频线圈,该线圈目标区域射频磁场不均匀度约为25%。4成像系统功能验证与超低场磁共振定量成像方法研究。完成磁共振成像系统电磁系统的搭建后,本文通过颅脑形水模以及志愿者颅脑成像实验验证了磁共振成像系统的电磁系统设计方法以及电磁系统样机功能。在完成成像功能验证的基础上,本文又进一步研究了超低场磁共振T1定量成像的方法;针对硫酸铜水模开展的T1参数测量以及T1定量成像验证了超低场下磁共振定量成像以及成像加速的可行性。综上所述,本文系统研究了常导超低场磁共振成像系统电磁系统的优化方法与设计理论,搭建了样机;通过成像实验验证了样机功功能,探索了低于10 m T背景磁场中的磁共振定量成像方法,实现了超低场磁共振定量成像以及成像加速。