核磁共振成像已成为重要的临床影像诊断工具、极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。

磁共振成像是在核磁共振基础上发展起来的。1972年P.C.劳特布尔用梯度磁场法得到一个水模型的质子核磁共振二维图像，这成为世界上第一个核磁共振图像。随后，英国物理学家P.曼斯菲尔德发展了磁共振成像信号的数学分析方法，为磁共振成像从理论走向应用奠定了基础。此后，相继得到植物、动物和人体的图像，技术日趋成熟，20世纪80年代初始用于临床。考虑到患者对“核”的恐惧心理，1983年美国放射协会建议使用磁共振成像命名这项技术。2003年，劳特布尔和曼斯菲尔德共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。

根据核磁共振基本原理，处于均匀磁场B₀中的自旋体系，其共振频率正比于旋磁比，即。为了得到成像区域任意点（或体积元）的空间信息，在均匀主磁场的基础上叠加非均匀的磁场进行空间定位，这通常通过适当方式施加三个相互垂直磁场梯度来实现。在这种情况下，不同的空间位置对应不同的磁场，因而对应不同的共振频率。由此可通过频率或磁场梯度来定位空间位置或对空间位置编码，这与普通的光学成像完全不同。根据定位作用的不同，三个梯度场分别称为选层梯度、频率编码梯度和相位编码梯度。三者在使用时是等效的，可以互换，而且可以使用两个梯度场的线性组合来实现某一定位功能，从而实现磁共振的任意截面断层成像。为了提高信噪比和加快成像速度，发展了各种各样的梯度编码方式。下面以一个简单的脉冲序列示例来说明磁共振成像原理。

如图所示3个方向的梯度G_z、G_x和G_y在不同的时间段分别开启，分别对应于选层、相位和频率编码。选层梯度G_z：沿z方向施加一线性磁场梯度，选择性脉冲只激发z=z₀截面断层处（共振频率）的横向磁化。相位编码梯度G_x：在t₁演化期沿x方向施加梯度场，来自x处的横向磁化强度的相对进动频率为，在t₁期间积累的相对相位为。频率编码梯度G_y：在核磁共振信号采样t₂期间，沿y方向施加梯度场，来自(x,y)处的磁共振FID信号S(t₁,t₂)的初始相位为，相对进动频率为。对S(t₁,t₂)进行二维傅里叶变换得到二维核磁共振频谱，亦即自旋密度在xy平面的分布(x,y)。通过改变选择性脉冲激发频率选择新的截面断层，重复上述实验获得自旋密度的三维空间分布(x,y,z)，即磁共振成像。

用于磁共振成像的脉冲序列示意图

由5个部分组成。①磁体。由主磁体、梯度线圈组成。主磁体用以产生静磁场。磁场强度单位为T（特斯拉，简称特）。根据磁场产生方式区分，有常规电磁体、永磁体和超导电磁体3种。当前临床所用超导电磁体，磁场强度有0.5特到4.0特，常见的为1.5特和3.0特；动物实验用的小型MRI则有4.7特、7.0特与9.4特等多种主磁场强度。梯度线圈产生梯度磁场。②脉冲发生和信号收集系统。射频发生器用以产生激发脉冲、并按一定脉冲序列发送给射频线圈；射频接收器，接收磁共振信号并放大。③数据处理系统。由一至数台电子计算机组成，进行信息运算、处理、调度和系统的控制。④操作和图像显示装置。进行机器操作控制及图像的显示、分析、处理及记录。⑤电源系统。产生各种电压，供给各个部件。

人体各种组织含有大量的水和碳氢化合物，所以氢核的核磁共振灵活敏度高、信号强，这是人们首选氢核作为人体成像元素的原因。核磁共振信号强度与样品中氢核密度有关，人体中各种组织间含水比例不同，即含氢核数的多少不同，则核磁共振信号强度有差异，利用这种差异作为特征量，把各种组织分开，这就是氢核密度的核磁共振图像。人体不同组织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间氢核密度、弛豫时间T₁、T₂三个参数的差异，是磁共振成像用于临床诊断最主要的物理基础。

磁共振成像所获得的图像非常清晰精细，极大地提高了医生的诊断效率，避免了剖胸或剖腹探查诊断的手术。例如，功能磁共振成像技术主要用于研究人及动物脑功能的神经影像技术。由于磁共振成像不使用对人体有害的X射线和易引起过敏反应的造影剂，因此对人体没有损害。磁共振成像可对人体各部位多角度、多平面成像，其分辨力高，能更客观更具体地显示人体内的解剖组织及相邻关系，对病灶能更好地进行定位定性。对全身各系统疾病的诊断，尤其是早期肿瘤的诊断有重要的参考价值。

磁共振成像