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功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)自90年代初出现以来发展迅速。由于能够实时地对大脑皮层神经功能活动进行成像而进一步扩大了磁共振成像技术在临床上的应用。fMRI以较高的空间分辨率、时间分辨率及无损伤的特性己成为脑科学和生命科学研究的重要工具。通常的fMRI技术都是基于血氧水平依赖(Blood Oxygenation Level Dependent, BOLD)对比机制,在高场MRI系统中实现大脑功能的研究。随着这一技术的不断深入发展,近来发现基于质子密度加权非BOLD(non-BOLD)fMRI同样可以定位大脑功能区,并可以解释BOLD模型的问题.这为fMRI的研究补充了新的方法和手段,引领一个全新的方向,特别是non-BOLD fMRI研究可以在低场MRI中实现,对目前最普遍使用低场MRI系统的国内大部分用户,尤其具有应用价值。本论文对基于质子密度加权non-BOLD功能磁共振成像技术进行研究,主要包括三个方面的工作：1)为提高低场fMRI的可用性,研究改进低场fMRI的实现方法,提出优化成像序列结合改进低场功能数据分析的综合方法以提高低场fMRI定位的显著性和有效性；2)为进一步提高non-BOLD fMRI的时间分辨率,研究开发结合快速自旋回波(Turbo Spin Echo,TSE)和平面回波成像(Echo-planar Iamging, EPI)技术的更快速的MRI成像序列—梯度自旋回波(Gradient and Spin Echo,GRASE)序列,将基于质子密度加权GRASE序列应用到non-BOLD fMRI的研究中以提高其定位大脑功能区的能力；3)针对当前关于non-BOLD机制不一致的观点,在non-BOLD fMRI的空间特性、回波时间(Echo Time,TE)的依赖性和双效应fMRI信号模型的建立方面进行了较为系统的研究,以便进一步明确non-BOLD机制。研究结果表明：提出综合的方法优化TSE序列和改进低场功能数据的分析方法,可增强低场fMRI的可用性。通过优化TSE序列改善了fMRI的图像质量和时间分辨率,与同类研究相比,优化的单次TSE扫描时间由26s减少到8s,且图像SNR提高2倍以上。通过结合显式掩摸图像和一般线性模型(General linear Model,GLM)方法改进低场功能数据的分析方法,可有效地去除非脑的背景、伪影和头皮、头骨等部分的信号变化,有效地消除了伪激活区。与同类研究相比,应用这种综合方法得到的结果,其显著性和可靠性好于类似的低场下的研究结果。开发实现了GRASE序列,结合TSE射频脉冲方案和EPI切换正负极性读出梯度的技术,在连续的1800脉冲之间产生多个短的梯度回波链,减少扫描时间为TSE的EPI因子分之一。考虑这种成像速度和图像质量优势,首次基于质子密度加权GRASE序列实现了non-BOLD fMRI的研究,实验结果表明基于质子密度加权的GRASE fMRI的时间分辨率好于目前基于TSE fMRI的研究,且激活区的空间范围明显扩大。这显示了基于质子密度加权GRASE序列在non-BOLD fMRI研究中的应用价值,并为non-BOLD fMRI研究增添了新的实现方法。采用高空间分辨率的质子密度加权自旋回波EPI (SE-EPI)实现non-BOLD fMRI空间特性的研究,并进行了信号变化对TE依赖关系的研究。结果表明使用这种non-BOLD fMRI和传统的基于梯度回波EPI(FE-EPI)的BOLD fMRI定位的功能激活区的空间位置基本一致,且SE-EPI fMRI对TE时间变化的关系在TE≥33ms时为线性,具有正截距值,因此,在基线信号变化中考虑non-BOLD分量的影响并建立双效应fMRI信号变化率模型。