磁共振成像提供丰富的软组织对比度,在临床检查中得到了广泛的使用。超短回波时间(UTE)磁共振定量成像技术克服了临床常规扫描序列回波时间的限制,实现了对短T2甚至超短T2组织的成像,包括骨、跟腱、韧带、软骨、髓鞘等,而且上述组织的T1和T2弛豫时间定量图已被应用于疾病诊断中。但传统UTE方法扫描时间长,且定量参数单一,限制了其在临床扫描中的推广。因此,本论文从信号激发、采集以及定量模型的多个角度出发,对UTE技术进行全方位优化,旨在提高UTE成像技术的扫描效率和鲁棒性,突破传统UTE方法单一参数测量的限制。首先,我们利用磁共振并行激发系统对UTE成像技术的信号激励脉冲进行了设计和优化。我们提出了基于二维空间选择性并行脉冲设计方法的梯度扩展螺旋向内激发和螺旋向外采集技术,利用该技术的激发脉冲具有自回聚的特性,将UTE技术的成像时间加速一倍。针对射频脉冲的设计,本论文提出压缩型轨迹的设计方法,降低射频脉冲的峰值电压和累积射频能量,提高扫描的安全性。本论文将提出的脉冲设计方法应用在小视野成像中,在相同的分辨率下降低扫描时间,或在相同的扫描时间下提高图像分辨率。然后,为了实现超短回波技术中多参数定量测量,我们对UTE技术信号采集以及模型部分进行了优化,结合MRF技术,提出UTE-MRF技术。MRF通过在扫描中连续改变扫描参数,实现对组织弛豫时间的指纹编码,一次测量获得多个定量参数,大幅度提高了弛豫时间定量测量的效率。但MRF技术受回波时间限制,无法测量快速衰减的组织信号。UTE-MRF技术有效将回波时间缩短至50微秒,同时我们引入正弦波动的TE变化模式,以提高MRF指纹信号对短T2和超短T2组织的识别灵敏度。通过幅度解调的方法,直接从相位图像中估计磁场频率的偏移量。一次UTE-MRF扫描可同时获得:Ti、T2、PD、B0和骨增强图像。最后,我们进一步扩展了二维UTE-MRF技术,分别提出双回波UTE-MRF技术和三维UTE-MRF技术。双回波UTE-MRF技术研究发现回波时间会影响脑组织弛豫时间的测量结果,该现象可能由脑组织中的短T2和超短T2成分有关。三维UTE-MRF技术可实现0.75×0.75×0.75mm3全脑多参数定量扫描。双回波UTE-MRF技术和三维UTE-MRF技术在脑组织中磁场不均匀性较大的前额叶、鼻腔以及颅底等区域都表现出良好的鲁棒性。本文针对超短回波时间定量成像技术,提出了上述多项创新性的技术方案,用于解决UTE定量测量技术中扫描时间长、测量参数单一、测量范围有限的问题。上述方法可进一步推广到临床应用、高场磁共振以及多模态PET-MRI系统。