核磁其振技术包括波谱和成像技术，以光学理论为基础，用射频波段的电磁波作为激发源，引起核自旋能级的跃迁产生波谱信息。由于其检测的无损性，磁共振设备，包括磁共振波谱仪及成像仪被广泛应用于生物化学分析和临床医学成像设备中。　　根据磁体类别，磁共振设备包括永磁型、电磁型，而永磁型磁体又可分为H型，半开放的C型，以及不同磁化角度的阵列磁块组成的Halbach型，其中，Halbach型磁体由于易于实现小型化，高场强，且逸散场小，故在桌面式的低场磁共振设备中应用具有较大优势。根据阵列磁块磁化角度及排布的不同，Halbach磁体可以在内部产生均匀磁场（Ⅰ型）或四极鞍形非线性梯度场（Ⅱ型）。磁场均匀度低是制约Ⅰ型Halbach磁体应用于磁共振设备的主要问题，使用附加主动匀场线圈提高磁场均匀性十分必要;而基于高阶磁场的非线性梯度场成像技术是近些年来研究的热点，结合Ⅱ型Halbach磁体的磁场分布特点，在小型化磁共振设备中实现非线性梯度场成像技术具有重要应用价值;此外，传统永磁体设计中极板部件在梯度场变化时产生感应电流，对梯度线圈的性能包括梯度场强度、线性度及线圈电感都存在较大影响，最终影响磁共振成像结果。　　基于上述背景，本文研究主要包括以下几个方面:　　(1)基于改进的目标场法的Ⅰ型Halbach磁体的主动匀场线圈设计。在指定的线圈分布平面上建立电流密度函数模型，并基于球谐函数将磁场分解成相互正交的多阶磁场叠加，选择某个磁场分量为目标场，然后利用Biot-Savart定律建立电流密度函数与目标电磁场的相互关系，据此反向推导出电流密度函数结果并根据流函数方程得到对应的线圈结构。文中我们给出了X2-Y2和Y线圈的结果来验证算法的有效性，并结合实验室的Halbach磁体样机的非均匀磁场分布，以X梯度线圈为例制作线圈模型，进行了梯度场强度，重复性，和空间分布特性的测试，以及磁体中的匀场实验，线圈性能达到了预期的效果。　　(2)基于Ⅱ型Halbach磁体的磁共振非线性梯度场成像研究。分析Ⅱ型Halbach磁体鞍形磁场（xy型）分布的特点，设计了xy梯度场在X,Y一阶场作用下成像方案，研究中心移动曲线对图像的影响，对比得到圆形轨迹能够得到最好的重建图像;然后基于圆形中心移动曲线，讨论了圆半径，即一阶梯度场强度对成像的影响，并在圆半径r为1.5时得到重建结果最优;最后，与O-Space非线性梯度场成像技术进行了对比，利用迭代算法进行图像重建，在不同的加速因子R下，xy非线性梯度场成像方案都获得了更好的图像重建结果，证明了基于Ⅱ型Halbach磁体的非线性梯度场成像的可行性。　　(3)极板效应下梯度线圈的优化设计研究。根据极板对梯度线圈性能影响，建立圆线圈和类Z梯度线圈镜像电流模型并对模型进行了优化，对比得到圆线圈能够更为精确的逼近极板效应;然后利用此模型改进梯度线圈结构，建立梯度线圈的优化目标函数，并利用莱文伯格-马夸特优化算法对线圈进行改进。仅考虑补偿极板效应时，梯度线圈优化能够精确的消除镜像电流近似的电磁场干扰;同时考虑电感，线性度参数的优化时，本文改进的镜像电流模型与固定尺寸镜像电流模型相比能够获取更优的线圈性能参数，并且在电流密度系数半径无约束的情况下，误差Err降低一个数量级，线性度Lin和电感Ind也有显著改善。　　论文中基于目标场法的Halbach主动匀场线圈设计，已经应用于实验室搭建的Halbach小型化磁共振系统中，而基于Ⅱ型Halbach磁体的非线性梯度场成像技术应用也在进一步研究中，对于促进Halbach磁体在小型化桌面式磁共振设备中的应用具有重要意义。另外，在上述的目标场法匀场线圈设计理论基础上，介绍了一种永磁体极板效应的简单，高效的镜像电流模型建立方法，以及一套梯度线圈性能快速优化算法，能够应用于极板效应下的梯度线圈性能的改进，具有一定的实际应用价值。