磁共振脑功能成像技术能够以无损伤的方式开展全脑三维尺度的脑功能研究,有效弥补传统电生理记录、脑电、脑磁图和光学成像等技术在全脑三维尺度神经信号记录方面的局限性。同时,磁共振成像安全无创的特性使其可以直接应用于人脑的功能与结构研究。此外,在动物模型上同时开展磁共振脑成像和基于其他模态的神经成像研究,有助于将大量基于动物模型的神经科学研究成果进行临床转化。磁共振脑功能成像的对比度、信噪比以及信号特异性会随着磁共振主磁场强度的增强而提升,因而超高场磁共振(>3 Tesla)非常适合开展高分辨率脑功能成像研究,有望在三维空间观察到脑内精细功能柱结构和功能分区连接。但是超高场磁共振成像的内在优势,会受到相关电磁硬件性能的巨大限制。如:射频信号激励、采集硬件的性能会直接影响磁共振成像的噪声来源和信号敏感度;用于人体磁共振成像的大孔径梯度线圈具有十分有限的梯度场强和切换速率,制约了脑功能成像的分辨率,而小孔径梯度线圈会增加被试执行行为学任务的难度;超高场强下加速的质子散相运动,加剧了图像受主磁场(B0)不均匀分布的影响;基于球面谐波的传统二阶B0匀场线圈难以适应高分辨率脑功能成像的要求。本人在攻读博士学位期间主要研究了包括射频和B0匀场成像硬件在内的电磁技术在解决超高场磁共振脑功能成像应用难题中的作用。(1)提出从内在极限信噪比的角度进行射频线圈优化设计,研究如何最大化发挥与主磁场场强相关的超高场磁共振脑功能成像内在性能优势。首次提出并证明了射频线圈布局空间设计在发挥内在极限信噪比性能方面的重要性;(2)提出新型射频线圈设计方案,可有效缓解高分辨率功能成像对梯度线圈性能的要求,使得在大孔径人用磁共振平台开展亚毫米分辨率脑功能成像更为可行;(3)首次采用了新型的整合式射频/B0匀场线圈设计用于解决大孔径磁共振平台上非人灵长类动物高分辨率脑功能成像对高阶匀场的迫切需求。