提高核磁共振灵敏度一直是核磁共振谱仪及技术发展的重要方向。动态核极化（DNP）是一种基于电子-核的自旋极化转移技术，可以成百上千倍地增强核磁共振灵敏度，在磁共振波谱（MRS）与成像（MRI）上具有广泛的应用前景。基于 DNP的分子影像技术（DNP-MRI）可以直接在活体内对各种重要的生物小分子成像，能为疾病的诊断和治疗，特别是为研究疾病的产生、发展机理提供独有的分子信息。然而，基于 DNP仪器的发展严重阻碍了这一技术的应用。高灵敏度、高数据率、快速脉冲的产生、精确的同步是现代核磁共振谱仪及技术的重要挑战，其在一定程度上限制了新实验技术的发展。为了能够更好地开展DNP方面的研究，我们研制了一套多功能、可扩展的、低成本、高集成度的脉冲动态核极化-磁共振分子影像（DNP-MRI）装置。　　本论文首先介绍了磁共振的基本原理，同时简单描述了动态核极化的增强机理，并对国内外DNP的研究动态做了详细的分析，探讨了现有DNP仪器和技术存在的问题以及未来可能的发展方向，在此基础上提出了本论文的研究内容以及意义。然后对整个DNP-MRI装置进行了总体设计，并详细阐述了几个关键技术，最后，通过实验测试验证整个控制台方案的可行性，并提出了基于 DNP增强的多核同时采集实验方法。本论文的主要贡献和创新点体现在以下几个方面：　　在控制台方面，本论文提出了一种基于 PCIe的分布式总线架构的数字化动态核极化-核磁共振成像谱仪设计方案，能够极大地提高数据传输效率和通信可靠性。使用外部高速的双倍速率同步动态随机存储器（DDR3）芯片存储脉冲序列元素以及采集到的数据，可以极大地提高脉冲序列的执行速度，缩短快速成像序列的重复时间（TR）之间的间隔。通过采用数字正交调制和解调技术实现射频与微波信号的激发和 NMR信号的接收，发射通道能快速、准确地调节激发频率、相位和幅度，能够满足DNP-MRI成像系统对射频与微波激发信号的要求。同时，接收机采用数字直接采样的结构，在FPGA内实现数字下变频，极大的减少了模拟器件带来的噪声和不稳定性，也能够有效地抑制轴峰和镜像峰的产生。全数字化的梯度控制系统能够实现任意梯度波形的输出，并采用数字预加重技术对梯度涡流进行补偿。每个梯度控制通道都配备独立的脉冲序列控制器，能够更好的支持梯度数据的快速切换和实时计算。利用时钟移相技术，我们获得了纳秒级分辨率的数字脉冲发生器，能够用于精确操控电子自旋以及保证整个控制台的时序严格同步。　　在探头设计方面，本论文对DNP的双共振探头进行初步的探索。针对现有X波段使用的金属谐振腔存在填充因子低及探头Q值过高等不适合脉冲DNP问题，提出了一种裂隙谐振腔，并设计多种新型的桥式裂隙腔及其改进形式。本论文对常规的金属谐振腔和裂隙腔做了一系列的仿真，为后续发展脉冲式的DNP双共振探头打下了良好基础。　　在DNP的测试和应用方面，基于上述控制台，我们获得了170倍质子信号的增强，这是目前我们所知的在0.35 T下获得的最大DNP增强。同时，我们还获得了清晰的质子DNP增强图像，验证了控制方案的可行性和可靠性。并行采集能够加快实验的速度，同时能够直接获得多种不同原子核的NMR谱或像以及不同核种之间相互作用的关系。为此我们提出了一种基于 DNP多核增强同时采集的方法，获得了1H和23Na、1H和31P、1H和13C、19F和31P等多种原子核的增强波谱，同时获得了1H和31P、19F和31P等多核同时增强图像。最重要的是，我们第一次获得了低场溶液状态下Na+的增强信号，同时在0.35 T下我们第一次获得杂核31P的图像，可望促进低场杂核的NMR成像的应用和发展。