磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）一直是核磁共振(nuclearmagnetic resonance,NMR)方向的一个热门的研究和应用领域。自1973年Lauterbur提出用线性梯度磁场进行空间编码,并首次在实验上得到磁共振图像以来,MRI不仅成为医学影像诊断的重要工具,还在物理、化学、生命科学和材料学等方面得到广泛的应用。　　MRI系统通常可分为低场永磁系统和高场超导系统,主要包括磁体、射频线圈、梯度线圈、谱仪、功率放大器和主计算机等部分,其构成庞大而复杂。其中,谱仪是MRI系统的核心设备,主要负责射频信号的发射、接收,以及梯度波形信号的产生,是成像序列运行与实现的物理平台,具有很高的技术含量和研制难度。目前,国内谱仪的研究和应用主要针对低场MRI系统,能支持高场超导系统、且具有自主知识产权的商用谱仪几乎没有,因此,高性能的高场多通道谱仪已成为国内超导MRI技术发展的主要瓶颈。　　本文结合前期对谱仪关键技术的研究工作,针对当前谱仪一些设计上的不足,提出并实现了一种基于软件无线电(software-defined radio,SDR)架构的新一代多通道MRI谱仪设计方案。论文的主要内容围绕谱仪的总体设计,从理论、实验和应用三个方面展开了深入研究,对谱仪各个功能单元的设计、实现方法以及关键技术进行了详细地阐述,总结起来,有如下具体工作:　　(1)对多通道MRI谱仪的硬件和软件实现方法进行了研究。提出一种分布式、模块化的谱仪硬件结构,采用“A/D—FPGA—D/A”的设计模型,通过软件的方法和可重构技术实现谱仪的各个功能单元,每个功能单元能够在并行的时序控制下同步运行,使得谱仪具有开放性好、集成度高、时序精确、性能稳定和成本低的特点。在本文设计中,谱仪的射频接收通道数可以扩展至32个,射频发射通道数可以扩展至18个,并且能够兼容低场和高场的应用。最后通过实验证明了谱仪在低场（0.5 T以下）和高场(1.5 T)系统上的成像效果和应用。　　(2)设计并实现了一种基于FPGA（field programmable gate array）数字下变频和高速模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)的多通道射频接收单元。该接收单元可以支持8个通道数据的并行采集,对低场和高场下的射频信号分别采用基带采样和欠采样的方法。为了减少长电缆传输线对射频信号的衰减及外界环境的干扰,将谱仪的接收单元前置于屏蔽室内,靠近线圈对射频信号进行直接采样,采样信号在FPGA内经过数字正交解调和多速率抽取滤波后,通过光纤传送回电子室内的谱仪。在成像应用中,这种基于数字光纤的射频接收方案可以大为简化屏蔽室和电子室间的射频传输接口,使得射频接收前端具有很好的扩展性,同时也提高了接收数据的吞吐量。　　(3)设计并实现了一种高度集成的波形发生模块,该模块包括了谱仪的射频发射单元和梯度波形发生单元。射频发射单元具有两个独立的发射通道,采用基于FPGA的直接数字合成技术(direct digital synthesizer,DDS)和高速的数模转换器（digital-to-analog converter,DAC）,可以快速实现射频波形的频率、相位和幅度调制,具有精度高、稳定性好、频率范围广等特点。本文还提出了一种基于参考相位调制的同步方法,能够保证谱仪发射与接收通道之间的相位相干性,该方法实现简单,且具有通用性,无论在低场还是高场都能得到应用。梯度波形发生单元的数字部分采用单片FPGA实现,具有实时的梯度计算功能。涡流的补偿采用数字预增强调节的方法,能够快速地迭代、拟合涡流特性常数获得最优的预增强参数,最后通过涡流在时间和空间上的二维分布,可以直观地比较涡流补偿前后的效果。