常规MRI系统基本上只用氢核（质子）进行成像，而水中氢元素能提供的代谢信息微乎其微。实际上能产生磁共振信号的原子核有很多种，但这些原子核在低场强下信号极为微弱。超高场强中许多生理和代谢十分重要的核，如23Na, 31P, 13C和 17O都可以产生磁共振图像或频谱信息，可用于观测氢质子成像无法提供的组织功能和代谢状况。但一些杂核如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。
我们提出了一种基于USB3.0总线结构的数字化多通道核磁共振成像谱仪的设计思想，满足代谢成像需求的同时兼顾质子成像，已经研制出实验样机，测试结果符合预期。
MRI控制台核心部件及样机
测试水膜图像
3. 脉冲动态核极化（DNP）波谱仪的研制（中国科学院科研装备研制项目）
提高核磁共振（NMR）灵敏度一直是NMR研究领域的核心问题，基于电子-核极化转移的动态核极化（DNP）技术提供了一条重要的增强NMR信号的途径。本项目从自主创新研发控制台系统等核心技术和脉冲序列发生器、探头、微波桥、宽带接收机等关键部件入手，研制出了一台具有完全自主知识产权的脉冲DNP谱仪。
该DNP谱仪可用于研究溶液体系如生物大分子的DNP效应、DNP增强机理以及液体DNP增强成像(DNP-MRI)。目前已开发出试验样机，通过对电子自旋和核自旋进行脉冲操控，可分别检测电子自旋自由进动（或回波）和核自旋自由进动的时域信号（FID）。对水+TEMPOL样品进行检测，已获得质子信号增强倍数大于100的效果。
DNP谱仪系统
4. 自动匀场方法的研究（国家自然科学基金）
均匀的静磁场是NMR获得高分辨谱图、获得分子精细结构信息的基础，随着磁场强度不断提高，匀场难度不断加大，如何有效地提高磁场均匀性是高场NMR一个重要研究方向。基于梯度编码的自动匀场方法是目前最为有效的匀场方法，但也存在梯度编码易受到磁场不均匀性干扰、三维梯度匀场耗时较长及需要特殊硬件支持等不足。本项目拟开展如下研究：（1）基于Bloch方程建立不均匀磁场中利用梯度编码测量磁场分布的理论模型，发展一种迭代逼近的重建算法，消除磁场不均匀性对梯度编码的干扰，提高梯度匀场准确性。（2）在三维梯度匀场中，利用随机采样的相位编码方式，实现更高效率的信号采集，提高4～8倍匀场效率。（3）设计可由脉冲序列实时控制的室温匀场电源，扩展梯度匀场适用范围。（4）将新硬件和方法模块化，集成于自主研发的高场NMR波谱仪。
基于自主研发的核磁共振开发的自动匀场技术
