均匀的静磁场是核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)实验获得高分辨谱图的必要条件。随着现代核磁共振的重要发展—静磁场强度的提高,匀场的难度也相应变大,因此,如何快速、有效地提高静磁场均匀性对于高场NMR谱仪技术来说具有十分重要的意义。本论文围绕自主研发的高场核磁共振波谱仪匀场系统开展如下研究工作：(1)实现高场NMR谱仪关键部件—室温匀场线圈的自主设计及研制；(2)从实验方法和数据(图像)处理等方面入手,针对现有的自动匀场算法进行优化和改进。具体如下：首先,本文采用分离导线法结合OQNLP多点搜索的全局优化算法设计并实现了适用于高场核磁共振波谱仪的室温匀场线圈。设计指标如下：(1)线圈的外径和内径分别为54mm和45 mm；(2)包括轴向至7阶线圈、径向至5阶线圈在内的共28组匀场线圈；(3)优化样品有效区域的线性误差<1%。该室温匀场线圈在500 MHz超导磁体上测试的’H线形指标(50%/0.55%/0.11%谱峰高度对应的线宽)为0.48/5.42/7.99 Hz,达到了国际商用谱仪规定的分辨率指标(<0.5/6.0/12.0 Hz),说明了线圈的设计及制造工艺具备高场核磁共振波谱仪的产业化所要求的水平。同时,与自主研发的自动匀场技术有效结合,能更高效地完成谱仪的自动匀场。针对现有的自动搜索匀场方法参数设置复杂、匀场效率低等问题,本文提出了一种基于线形优化的自动搜索匀场方法。该方法的改进包括：(1)利用实际测量谱图吸收线形二次矩与匀场线圈的电流增量的二次函数关系来拟合搜索迭代的步径和收敛条件,这样无需根据不同的样品进行手动调试,实现了自动化设置的同时也提高了参数的准确性；(2)通过测量谱图吸收线形的相关性质作为搜索算法的评价指标,使得优化过程充分考虑线形和对称性等直接与谱图质量相关的参数。通过匀场实验的验证,与常规采用氘锁电平或FID面积进行搜索匀场相比,本方法减轻了对于实验条件的依赖、同时使得匀场更为准确。另外,现有的自动梯度匀场方法忽视了噪声和T2的影响,导致出现场图信噪比低甚至图像畸变的情况,并最终影响匀场的结果。针对这一问题,我们提出了一种基于正则化场图重建的梯度匀场方法。与常规的相位差成像的方式不同,本方法构建了一个正则化的图像优化模型。模型采用符合高斯噪声的最大似然估计函数和“平滑”、“先验”等信息组成罚似然估计函数,其基于以下三个事实：(1)MR测量中的噪声满足高斯分布；(2)静磁场的空间分布满足连续性；(3)匀场线圈产生的空间磁场分布符合静磁场的球谐分量。我们从仿真和实验上分析并验证了正则化场图重建技术在噪声干扰以及静磁场均匀性差等情况下仍能获得稳定而可靠的图像形状。针对“冷场”和信噪比差等仪器条件,本方法被证明能明显提高迭代匀场的质量和效率。