磁共振成像（MRI）是一种医学影像技术，利用强磁场、射频脉冲和计算机重建来显示人体内部结构。其信号主要来自水和脂肪中的氢原子核。MRI 可提供详细的断层图像和三维图像，在放射学中用于诊断、治疗规划和病情监测。与常规 X 射线摄影和X射线计算机断层成像（CT）不同，MRI 不使用电离辐射。不同的采集方法可以显示解剖结构、血流、组织微观结构，或与脑活动相关的变化。(fda.gov)
物理原理
MRI 将核磁共振应用于空间成像。氢-1 原子核由一个质子构成，具有内禀的自旋角动量和磁矩。生物组织中含有大量氢，尤其是在水和脂肪中。在外加磁场中，处于较低能量取向的核磁矩数量略多，从而形成沿磁场方向的净磁化。(fda.gov)
磁化矢量以与磁场强度成正比的频率发生拉莫尔进动。频率接近这一共振频率的射频脉冲，可以使净磁化矢量偏离其平衡方向。由此产生的横向磁化在接收线圈中感应出电信号。因此，MRI 检测的是大量原子核的集体行为，而不是单个粒子。(bcf.technion.ac.il)
激发之后，核自旋弛豫会改变磁化状态。T1，即纵向弛豫，描述沿主磁场方向的磁化恢复；T2，即横向弛豫，描述自旋之间相位相干性的丧失。T2* 还包含磁场不均匀所造成的失相位效应。这些性质取决于分子环境，有助于区分在其他情况下外观相似的组织。(bcf.technion.ac.il)
空间编码与图像形成
扫描仪由主磁体、梯度线圈、射频发射与接收线圈以及控制计算机组成。许多临床系统采用基于超导现象的磁体。梯度线圈使人体所在区域的磁场强度产生受控的空间变化，让信号的频率和相位随位置而变。这些梯度与射频脉冲配合，实现层面选择和空间编码。(ncbi.nlm.nih.gov)
测量数据在 k 空间中采集，k 空间是成像对象的空间频率表示。通过傅里叶变换，这些测量数据被转换为图像。采集和重建过程决定视野、空间分辨率和成像时间；单次测量通常为整幅图像提供信息，而不只是对应一个像素。(ncbi.nlm.nih.gov)
脉冲序列规定射频脉冲、梯度和信号采集的时序与组合方式。自旋回波序列使用重聚焦脉冲，而梯度回波序列则通过调控梯度形成回波。重复时间、回波时间和激发翻转角都会影响图像对比度。因此，一次 MRI 检查通常包含多个互为补充的图像序列，而非一幅标准化图像。(bcf.technion.ac.il)
对比度与特殊成像方法
T1 加权图像通常用于显示解剖细节，而 T2 加权图像往往使液体更为显眼。液体衰减反转恢复技术可抑制脑脊液信号，使某些脑部异常更清晰可见。这些名称描述的是相对加权程度：图像亮度还取决于质子密度、序列设计和其他组织特性。(bcf.technion.ac.il)
扩散磁共振成像测量对水分子运动敏感的信号。扩散加权成像对于检测缺血性脑卒中相关的早期组织变化十分重要。对方向敏感的扩散测量还可提供组织排列的信息。功能磁共振成像通常利用血氧水平依赖对比，研究与大脑活动相关的变化。这是一种间接的生理测量，并非对神经元电活动的直接记录。(ninds.nih.gov)
其他方法可用于评估血管、灌注和局部化学组成。磁共振光谱学测量特定代谢物的共振信号，以生化信息补充结构图像。(ninds.nih.gov)
临床应用与局限性
MRI 尤其适用于检查软组织，包括脑、脊髓、肌肉、韧带和内脏器官。其应用包括评估神经系统疾病、关节损伤和癌症。多种对比机制使其能够显示其他成像技术难以区分的差异。(nibib.nih.gov)
MRI 的局限性包括检查时间相对较长、对运动敏感，以及扫描孔内的环境可能引起不适。植入器械既可能造成伪影，也可能带来安全问题。CT 通常能更好地显示骨皮质，而选择何种成像方法则取决于所检查的解剖部位和需要解决的诊断问题。(fda.gov)
安全性与对比剂
MRI 不使用X射线，但这并不意味着没有风险。静磁场可以吸引磁性物体；变化的梯度会产生噪声，并可能刺激周围神经。射频能量可能使组织或导电材料升温。医疗植入物会按具体器械被归为磁共振安全（MR Safe）、磁共振条件安全（MR Conditional）或磁共振不安全（MR Unsafe）；条件安全的器械必须在规定的扫描条件下使用。(fda.gov)
某些检查通过静脉注射钆基对比剂，改变组织的弛豫特性并增强对比度。可能的不良反应包括过敏反应。某些对比剂与肾源性系统性纤维化有关，这主要发生在肾功能严重受损的患者中。给药后，钆可能在组织中残留数月或数年；钆的残留及其临床后果是两个不同的问题。(fda.gov)
历史发展
MRI 源于早期的核磁共振研究发现。20 世纪 70 年代，保罗·劳特伯展示了利用磁场梯度进行空间成像的方法，彼得·曼斯菲尔德则推进了数学分析和快速成像方法的发展。两人因在磁共振成像方面的发现，共同获得了 2003 年诺贝尔生理学或医学奖。(nobelprize.org)