化学交换饱和转移（Chemical Exchange Saturation Transfer,CEST）是一种新型的磁共振分子影像技术。选择性饱和与水质子发生化学交换的位点可以引起水质子信号的降低,CEST方法通过水质子信号的变化来间接检测可交换质子,可以将检测灵敏度提高三个量级以上。CEST方法可用于检测多种代谢物,例如肌酸、葡萄糖等。同时,CEST效果与局部微环境的pH值、温度等相关,提供了丰富的诊断信息。因此,CEST方法广泛应用于肿瘤的探测、pH成像等,在疾病诊断、进展和预后评估中有着重要的应用。同时,CEST方法具有频率编码特性,可以对多个CEST位点进行探测,这种频率编码特性使得CEST方法十分灵活且多样。然而CEST效果受到多种因素的影响,比如主磁场B0和射频磁场B1的不均匀性会引起CEST效果的定量不准确。同时,CEST效果可能受到其他内源性CEST背景信号的干扰。为了更准确的定量CEST效果,一方面需要对主磁场B0和射频磁场B1的不均匀性进行校正,另一方面需要发展新的CEST探针远离背景信号的干扰。因此,本文主要从以下几个方向进行研究:（1）实现了 CEST脉冲序列设计及理论模拟。其中包括:基于CEST脉冲序列的饱和方式,通过添加预饱和模块,实现了基于连续波饱和以及脉冲式饱和的CEST脉冲序列设计;使用Bloch-McConnell（BM）方程理论,模拟了磁化矢量在连续波饱和以及脉冲式饱和方法下的演化;经过样品测试,理论模拟结果与实验测试结果相一致,验证了脉冲序列及理论模拟方法的可行性。本部分工作为CEST方法研究提供了基础。（2）发展了一种基于绝热脉冲的B0和B1场分布测量方法,用于CEST效果校正。根据绝热脉冲的性质,设计并实现了成像脉冲序列,并使用BM方程理论模拟了磁化矢量在绝热脉冲下的演化,评估了T1和T2弛豫等因素对该方法的影响;最后通过样品和活体实验对该方法进行了测试,验证了方法的可行性。与常规的B0以及B1场分布测量方法相比,该方法可以同时对B0和B1场进行测量,且应用于CEST效果校正时无需额外的图像配准。（3）研究了卟啉类化合物的化学交换性质。卟啉是目前已知的首例高场抗磁性CEST探针,其化学交换性质仍有待研究。本部分工作对多个卟啉类化合物的交换性质进行了研究,获得了其交换位点的化学位移以及交换速率等信息;进行了初步的活体实验,发现卟啉的CEST信号远离内源性背景CEST信号干扰。最后根据卟啉的交换性质理论模拟了卟啉在自旋锁定下的弛豫性质,扩展了卟啉交换性质的应用范围。结果表明,卟啉类化合物的化学位移分布于-8.5至-13.5 ppm间,交换速率范围大,具有良好的CEST性质。（4）设计表征了核壳结构的129Xe CEST探针。129Xe可以通过自旋交换光泵技术进行超极化,结合CEST技术可以实现超灵敏磁共振探测,同时没有背景信号干扰。设计的核壳结构由硅壳层包裹全氟溴辛烷（PFOB）液核组成,有较好的稳定性;对该探针的129Xe交换性质进行了表征,结果表明硅壳层结构可以降低交换速率,使该探针在低功率饱和脉冲下也能产生良好的CEST效果。细胞的CEST成像实验验证了该探针用于细胞识别磁共振成像的可行性。