在高场超导核磁共振(NMR)主磁体系统中，超导匀场线圈和超导主线圈需要一起设计、加工，同时安装在液氦杜瓦瓶内。磁体励磁即主线圈通入超导电流使主磁场升到B0后，其均匀度指标就得靠超导匀场线圈来保证。不论是超导还是永磁MRI，对于动态匀场还必须在磁孔内准备另一套匀场线圈和常温匀场电流源。而梯度线圈产生的线性梯度磁场有更多功能，如对人体或样品进行空间编码以实现成像；如在扩散加权和扩散张量成像时产生扩散权重；如为避免流动伪影进行流动补偿；如众多序列中需要破坏相位相干；又如层面选择激发、重聚、倒向等等都需要梯度。总之，没有梯度就没有MRI；没有匀场就没有高性能。梯度和匀场线圈的性能指标直接关系到整台核磁设备的质量基础，两者都是核磁共振设备中的核心部件。梯度和匀场线圈的设计方法研究不仅是国际MRI工程学界孜孜不倦的研究课题，也是目前国内核磁共振成像及谱仪自主研究开发中急需要不断解决的关键技术问题。　　 大体说，分别针对临床MRI系统(包括超导和永磁)和便携式NMR谱仪中的梯度线圈和匀场线圈设计本论文发展了几套目标场方法(即逆方法)。用这些新方法可以为现有各种不同结构类型磁体的核磁共振设备(包括临床超导柱形磁体结构，双平面磁极C型永磁磁体结构以及便携式横场魔环和单边磁体结构)设计性能优良，高效率的梯度和匀场线圈。论文中还提出最优化的线圈工艺制图方式以实现线圈的加工制造，并从软、硬件相结合的思路提出分别针对梯度线圈和匀场线圈的成像后处理方法，以支持所设计的梯度和匀场线圈发挥其理想的功能。　　 具体说，从目标场设计思路，由给定的目标磁场分布反推线圈面上的电流分布，本论文针对不同的线圈结构和设计要求，提出了三种新目标场方法：①对于梯度线圈设计，预先用周期性函数展开电流分布以限定线圈的大小(物理约束)，并采用优化的目标点设置方法避免逆问题中病态问题，对于涡流自屏蔽梯度线圈设计，可同时设置屏蔽区域的约束目标点；②对于匀场线圈设计，将目标场方法和谐波展开法结合，分别针对超导圆柱面型结构和永磁双平面型结构推导出各阶、各度谐波项系数与线圈面电流展开系数间的解析关系式，提出一整套普适的设计任意阶和任意度的纯谐波匀场线圈的方法；③便携式NMR/MRI磁体结构多样，且磁场与电流分布对称性更低，对其匀场和梯度线圈设计，还不曾有逆方法，本论文是首次提出了一种基于离散流函数的目标场方法。具体说，用等效磁偶极子计算空间磁场分布，并结合线圈性能参数的优化，为便携式系统小型的磁体结构设计高效率的线圈以弥补其电流承载能力低的本征缺点。这种离散数值目标场方法不但可以设计便携式磁体结构的梯度和匀场线圈，也适用于设计传统MRI磁体结构中不对称的梯度或匀场线圈。　　 另外，联系实际的线圈加工制作，本论文中提出了双导线面回绕走线串接方式并结合切割线负片法绘制可以直接用于工厂制造的工艺图，优化了线圈的性能并减小加工引入的误差。针对MRI企业购置的梯度和匀场线圈，本论文中还分别提出梯度非线性图像畸变校正方法和动态匀场方法作为后处理对线圈性能和功能的改善和扩展，并可以与线圈设计软硬件相结合，更大提高线圈的效率性能。　　 本论文对所有提出的线圈设计新方法和线圈后处理应用方法都给出了详细且严密的数学推导，并对设计结果和应用方法分别进行了模拟验证和实验验证，可以确认设计的有效性和后处理方法的正确性。