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老龄化社会的到来使骨关节炎和骨质疏松症的发病率逐年递增,医疗系统乃至整个社会都面临巨大的挑战。因此,了解两种疾病的发病机制、寻求有效的治疗方案已经成为骨科学研究的重要课题。为此,固体核磁共振技术和高场磁共振微成像技术已经被广泛用于骨骼的基础研究中。本论文着眼于在高磁场下使用固体核磁共振(solid state nuclear magnetic resonance,SSNMR)和磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)进行病变骨骼中骨微观结构变化的研究。在第一部分中,我们分析了不同动物模型和人类患者骨骼在SSNMR实验中的31P谱线宽和31P-1H异核相关谱。我们发现病理条件下骨的磷酸钙盐(calcium phosphate,CaP)中,外层无定形磷酸钙(amorphous calcium phosphate,ACP)相对含量相比正常健康骨都发生了变化。骨矿物密度增加,ACP增多,反之骨矿物密度减少,ACP降低。这个结果得到了微计算机断层扫描(micro computed tomography,micro-CT)和拉曼光谱结果的佐证。上述研究表明,ACP含量的定量分析可以潜在地用于确定骨组织的机械强度和质量,也可以用于关联骨关节炎病程阶段的进展。同时,SSNMR测量可以为骨质量分析提供新的指标用于评估动物模型骨骼的治疗反应。在第二部分中,我们在14.1T的高场MRI实验中分析了骨硬化小鼠胫骨的横向弛豫时间(T2)加权图像和扩散加权图像。我们发现骨硬化骨骼的T2和表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)比正常健康骨骼都要小,这表明骨微结构的水分子运动受限、孔径显著减小、孔隙连通性明显降低。上述初步研究表明,高场磁共振成像可以实现高分辨率下提供详细的骨微结构信息。