在数十年的发展中,1H磁共振成像(MRI)取得了巨大的成功,已经成为临床医学、药学和病理学等领域中不可或缺的技术手段.与其他影像学方法相比,MRI具有无可比拟的灵活性,不仅能够提供多参数组织对比度的形态学图像和功能图像,还可以通过磁共振定域谱(MRS)技术定量分析一些组织代谢产物的相对浓度,评价组织代谢活性.尽管如此,常规的1H MRI所能分析的代谢产物十分有限,往往难以全面检测与组织活性和细胞完整性密切相关的代谢标志产物,也很难准确显示代谢活动的变化过程.近年来,随着MRI硬件技术和磁体技术的进步,23Na、31P、17O、19F等核素的MRI研究日益受到广泛的关注.其中23Na、31P、17O等非质子核(或称为杂核)的MRI图像中包含有丰富的代谢产物信息,被应用于肿瘤、糖尿病等疾病的病理研究和早期诊断中,19F MRI则在药物研究、细胞示踪方面显露出良好的应用前景.然而,杂核旋磁比一般较低,在人体组织中的含量不高,低场中的NMR信号强度与信噪比S/N有限.为了能从非质子核NMR信号中提取出代谢信息,需要解决低信噪比的难题.由于磁共振的信噪比随磁场强度的增强而增强,在超高场的条件下,有可能获得23Na、31P等非质子核素的MRI成像.此外,一些杂核如23Na的T2时间很短,信号可采集窗口狭窄,需要切换率超快的梯度线圈、超快脉冲序列和快速的采样与重建技术.这些严苛的需求增加了MRI控制子系统设计的复杂度.根据非质子MRI的特点及其典型应用,我们提出了一种超高场人体非质子磁共振成像控制系统的设计方案(如图1所示).整个控制系统分为三层,分别为用户计算机、采样计算机和嵌入式平台.在用户计算机中,针对各种核素开发新型脉冲序列以及重建方法；在采样计算机中,将脉冲序列转换为二进制数据,用于控制各硬件子单元；在嵌入式平台中,设计多通道中频数字接收机,实现并行采样,提高采样速率并在梯度控制模块中实现梯度预加重,补偿梯度涡流,改善梯度波形.上述控制系统设计方案的实验样机已经初步完成,并在4.7T小动物磁共振成像的磁体系统上进行了整机系统联调测试,成功获取了高质量的水模自旋回波1H MRI图像,验证了控制方案的可行性和可靠性.在后续的研制工作中,将重点开发针对杂核的脉冲序列,解决并行采样等关键技术难题,最终实现非质子MRI成像.