磁共振医学成像技术是一项多核素、多对比度机制和无创伤的医学成像方法，在医学基础研究、临床诊断和介入治疗等领域发挥着越来越大的作用，使得神经学、生理学、心理学的研究手段发生了巨大的变革。而研究的不断深入也在推动磁共振设备各项性能指标的不断提高，其中提高信噪比、增加分辨率始终是磁共振成像技术发展中的首要任务。射频线圈作为磁共振信号接受链的前端和射频信号发射链的终端，是提高磁共振成像信噪比的关键部件之一，其相关技术是本论文研究的对象。 在大量文献调研的基础上，着眼射频线圈研究的发展前沿，本论文探讨采用数值模拟技术和解析分析相结合的设计、分析、验证射频线圈的新方案，由于本方案是以几何模型的直观表现形式对射频线圈的物理特性进行准确的分析，构建的模型可以包括射频线圈、样品、梯度以及主磁体等成像的大环境，所以能模拟多种高频效应，比如趋肤效应、临近效应以及自激等问题对线圈性能的影响，进而能够更为准确地模拟线圈所有的共振模式。可以很方便地计算出线圈品质因子Q、电压驻波比(VSWR)、阻抗特性以及电磁场分布等多种性能参数。相对于准静态方法，新方案能够更为有效地洞察与射频场效应有关的问题，而现行依赖经验的“测试—校正—再测试”方案具有较大的盲目性，以及时间、资源浪费等缺点。另外新方案的优点还在于不但能对已有线圈进行快速有效多参数的优化，更主要的是能帮助有效地进行新型线圈设计的评价和性能预测。 完整的射频线圈还包括调谐机构、平衡电路、去耦电路、滤波电路、正交驱动电路、以及前置放大器保护电路等。这些线路的性能以及相互之间的衔接也是线圈性能好坏的关键。但由于这些技术的商业价值很高，大部分被封锁，很少有公开的资料可供参考，本论文对这些问题进行了比较仔细的讨论。 本论文还开发了一套对线圈电参数，以及成像参数进行测试的优化方法。 此外，开发了经直肠的形状可调的前列腺射频线圈，形状可调节的特性使得线圈不但能轻松地送入人体，而且使成像视野得到保障，非常适合临床应用。通过实验室调试以及电特性测试，共振频率、品质因数、阻抗匹配都达到满意效果。最后通过体模成像实验，得到满意的图像和频谱分析结果。四方面的创新性工作不但为射频线圈的技术研究提供了新的手段，同时为搭建产业化开发平台打下了良好的基础。 论文开始部分从经典物理和量子力学的角度阐述了射频线圈要探测的磁共振信号产生的物理机制。第二章对射频线圈的发展背景、技术种类、特性以及典型应用进行了介绍、比较和分析。第三章讨论了线圈的解析以及数值计算的理论基础。通过对时域有限差分法FDTD(FiniteDifferenceTimeDomain)、有限元法FEM(FiniteElementMethod)和矩量法MOM(MomentMethod)的比较，探讨出选定FEM方法进行线圈模拟计算的依据，并重点对要使用的10节点四面体剖分FEM方法进行了讨论。同时对于准静态情况下，线圈物理参数的快速计算，以及Biot-Savart模拟技术进行了分析。第四章研究了线圈调谐、匹配、平衡以及失谐等关键技术。第五章对线圈的实验室以及联机成像测试方法进行了研究。随后两章使用解析分析和数值模拟技术相结合的办法，设计、制作和测量了高均匀度的研究型鸟笼(Birdcage)线圈，并扩展到表面线圈，设计了一个高性能、适合临床使用的经直肠的前列腺成像表面线圈。通过一系列的优化设计、制作和计算机模拟、实验室电参数测量以及临床成像验证，获得满意效果。论文中给出的数值计算方法为线圈的技术研究提供了新的研究手段，同时文中涉及到的线圈设计、模拟、优化和制作等方面的技巧和研发出的相关实验规程，也为线圈在实际应用中的产业化开发打下了良好的基础。