经过数十年的发展，磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)取得了巨大的成功，已经成为临床医学、药学、病理学以及神经与认知科学等领域中不可或缺的技术手段。MRI技术之所以能够获得如此广泛的应用主要是由于其不但能够提供清晰的解剖结构像，还能够揭示组织的功能活动，尤其是高场强条件下的MRI可以提供更高的信噪比，使得以杂核成像为基础的代谢磁共振成像成为可能，越来越受到人们的重视。随着MRI磁场强度的不断增强和应用研究的深入，如何提高图像质量以及实现对更多核素的成像已经成为高场MRI领域研究的重点，同时也对高场MRI控制系统的设计提出了更高的要求。　　本论文针对高场人体代谢磁共振成像对MRI控制系统的特定需求，提出了一种分布式多通道高场MRI控制系统设计方案，并对其中的关键技术与核心部件的设计方法进行了深入研究。归纳起来，本论文主要开展了以下研究工作:　　(1)提出了基于USB3.0总线结构的分布式多通道高场MRI控制系统设计方案。针对高场MRI系统需要实现多通道并行发射和多通道并行接收的需求，本文提出了分布式的控制系统设计方案，能够在不改变控制系统硬件结构的前提下实现发射和接收信号的多通道扩展，并能够消除各个通道间的不确定延时，确保时序控制的准确性。同时，为了提高控制系统的集成度和抗干扰能力，本文采用高度集成的数字化控制芯片和功能模块来实现系统硬件平台，这种全数字化的设计方案能够最大限度的减小模拟器件带来的噪声和干扰，消除轴峰和镜像峰，并提高整机的灵敏度和动态范围。　　(2)高场MRI控制系统多通道射频信号发射机的研究。针对高场MRI系统对射频信号快速调制和多核素成像的需求，本文提出了基于直接频率合成(DDS)技术和数字正交调制技术的多通道全频段射频信号发射机的设计方案，采用FPGA作为发射机的控制核心，完成控制参数的存储解析和各个模块电路的控制，使用DDS产生已调制的中频信号，实现频率、相位和幅度灵活、快速的改变。同时，采用正交混频的方式将中频搬移到观察核的共振频率处，使得频率覆盖范围广，并能有效的克服镜像频带的产生，实现对更多核素的激发。　　(3)高场MRI控制系统数字中频接收机的研究。针对高场MRI系统对增大动态范围和接收带宽的需求，本文提出了基于中频采样和数字正交检波技术的多通道数字中频接收机设计方案。采用可变增益放大器、可变衰减器和固定增益放大器组合的方式实现对中频信号的放大和衰减，以增加接收信号的动态范围。中频采样使用高采样率、低量化噪声的ADC对信号进行数字化，并采用FPGA来实现数字下变频，完成数字信号的解调、抽取和滤波。该方案与使用专用数字下变频集成电路的方案相比，具有更高的系统集成度和灵活性，可以将系统接收带宽提高至更宽的范围，同时能够有效的抑制频带外的噪声。　　(4)高场MRI控制系统梯度波形发生器的研究。针对高场MRI系统对快速梯度切换和动态匀场的需求，本文提出了基于FPGA和DAC的梯度波形发生器设计方案，实现了全数字化的梯度计算模块和动态匀场控制模块。通过在FPGA内部实现了梯度数据的解析、坐标旋转变换、物理梯度强度校正、梯度预加重、一阶动态匀场和梯度功放直流偏置补偿等功能，实现梯度数据和动态匀场数据的快速计算和更新，并采用具有高转换速率的DAC实现数模转换，保证梯度波形和动态匀场波形的快速切换。　　最后，本文基于上述设计方案与核心部件的研究，实现了一台分布式多通道高场MRI控制系统，并使用该控制系统在4.7T小动物磁共振成像仪上进行了大量实验及测试，获得了1H和23Na的磁共振图像，验证了设计方案的可行性。