磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）是以核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）现象为基础而发展出的一种新兴的医学成像技术。MRI技术在临床上的应用日益广泛，在各系统疾病的诊断中扮演着越来越重要的角色，对于某些疾病的诊断有着不可替代的作用。

磁共振是自旋的原子核在磁场中与电磁波相互作用的一种物理现象。原子核由质子和中子组成，中子不带电荷，质子带有正电荷。绝大多数原子核都具有围绕自身轴线做旋转运动的特性，称之为自旋。带有正电荷的质子自旋相当于正电荷在环形线路中高速旋转，形成电流环路，产生具有一定大小和方向的磁化矢量。我们把这种由带正电荷原子核自旋产生的磁场称为核磁（图1-1-7）。

并非所有原子核都有自旋现象，如果原子核内的质子和中子数均为偶数，则该种原子核无自旋和核磁，被称之为非磁性原子核。反之，有自旋和核磁的原子核称为磁性原子核。生物组织中符合条件的磁性原子核有很多，比如 ¹H、 ¹³C、 ¹⁹F、 ²³Na、 ³¹P等。其中 ¹H在人体内分布广，数量丰富，占活体组织原子数量的2/3，且只有单一质子，是磁化最高的原子核，可以得到较强的信号。所以MRI通常选用 ¹H为靶原子核。

进入磁场前人体内氢质子具有自旋特性，每个氢质子自旋均能产生一个小磁场。由于这种小磁场的排列处于杂乱无章的状态，使产生的磁化矢量相互抵消，因此人体在自然状态下并无磁性，即没有宏观磁化矢量的产生。

当人体位于主磁场中时，质子产生的小磁场呈有规律排列。主要有两种排列方式：①处于低能级质子与主磁场方向平行，其磁化矢量方向与主磁场一致；②处于高能级的质子与主磁场方向相反，其磁化矢量与主磁场相反。由于低能级质子略多，使人体产生一个与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量。

磁化后的质子除了自旋运动外，还会绕着主磁场轴进行旋转，我们把这种旋转称之为进动，进动是磁性原子核自旋产生的小磁场与主磁场相互作用的结果。由于进动的存在，质子自旋产生的小磁场可以分解成两个部分：①沿主磁场方向的纵向磁化矢量；②以主磁场方向（Z轴）为轴心，在X、Y平面旋转的横向磁化矢量。

给处于主磁场的人体组织施加一个与 ¹H进动频率相同的射频脉冲，使得宏观磁化矢量由纵向向横向发生偏移。

射频脉冲停止后，在主磁场的作用下，宏观横向磁化矢量逐渐缩小到零，宏观纵向磁化矢量从零逐渐回到平衡状态，这个过程称为弛豫过程（relaxation），所用的时间称为弛豫时间（relaxation time）。核磁弛豫过程是高能状态氢质子释放能量的过程，此时接收线圈接收该能量并将其转化为MR信号。

核磁弛豫过程可分解为两个部分：纵向弛豫和横向弛豫。

即T ₁弛豫，是指脉冲关闭后，在主磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，直至恢复到平衡状态的过程。在纵向弛豫过程中高能态的质子将其能量扩散到周围环境，所以又称为自旋-晶格弛豫。

纵向弛豫时间（T ₁）指脉冲关闭后，纵向磁化矢量恢复到最大值的63%时所需时间。

即T ₂弛豫，是指脉冲关闭后，横向磁化矢量逐渐减少直至消失的过程。横向弛豫过程使质子群由相位一致变为互异，所以又称自旋-自旋弛豫。

横向弛豫时间（T ₂）指脉冲关闭后，横向磁化矢量衰减到最大值的37%时所需时间。

T ₁和T ₂是MRI成像的常用参数，可以反映物质的特征。人体正常和病变组织T ₁和T ₂值相对恒定，不同组织间T ₁和T ₂值有差异。

MRI设备的主要硬件包括磁体系统、梯度系统、射频系统、计算机系统以及辅助设备等。

主磁场是MRI设备最基本的构件，是产生磁场的装置，主要作用是产生稳定均匀的静磁场使组织产生磁化。主磁场的磁场强度可采用高斯（Gauss，G）或特斯拉（Tesla，T）来表示，特斯拉是目前磁场强度的国际单位。

根据主磁体产生磁场的不同分为永磁型和电磁型；根据导线材料的不同又可将电磁型主磁体分为常导磁体和超导磁体；根据磁场的高低分为低场（<0.5T）、中场（0.5~1.0T）、高场（1.0~2.0T）和超高场（>2.0T）。

梯度系统由梯度线圈、梯度放大器、数模转换器、梯度控制器、梯度冷却装置等构成，梯度线圈安装于主磁体内。

射频系统主要是由射频脉冲发射单元和射频脉冲接收单元两部分组成。其中包括射频发生器、射频放大器、射频发射线圈及射频接收线圈等。

射频系统作用：负责实施射频激励并接收和处理射频信号，即MR信号。

计算机系统控制着MRI设备的脉冲激发、信号采集、数据运算以及实现图像处理、显示、传输和储存等。

包括：检查床、液氦及水冷却系统、空调系统、胶片处理系统等。

MRI图像是将不同的MR信号强度用不同灰度来显示的，与其他数字成像方式具有许多共同的特征，如空间分辨率、对比度分辨率和噪声都是用来衡量MRI图像质量的重要参数。

如同CT图像一样，MRI图像也是数字化图像，是重建的灰度图像，但是不同于CT图像，MRI图像没有相对固定的值或范围，窗宽和窗位的值只要能满足符合临床诊断要求的MRI图像就可以。

不同于靠物体的密度对比来成像，如X线成像和CT成像，MRI成像具有多个成像参数，常见的有T ₁加权成像（T ₁weighted imaging，T ₁WI）、T ₂加权成像（T ₂ weighted imaging，T ₂WI）、弥散加权成像、磁敏感加权成像及灌注加权成像等。

心血管的血液由于流动迅速，使发射MR信号的氢原子核离开接受范围之外，所以测不到MR信号，在T ₁WI和T ₂WI中均呈黑影，称为流空效应。此效应使心腔和血管与其他实质性器官很好鉴别。

MRI可直接获得人体横断面、冠状面、矢状面及任何方向断面的图像，多平面成像有利于病变的三维定位。

MRI平扫是临床中常用的不使用对比剂的扫描，在MRI检查中，组织的质子密度、T ₁WI和T ₂WI参数的表达，必须通过适当的脉冲序列（pulse sequence）反映出来。脉冲序列是指具有一定带宽，一定幅度的射频脉冲组成的脉冲程序。

其中，自旋回波（spin echo，SE）序列是最常用的射频脉冲序列。水抑制衰减或反转恢复脉冲序列（fluid attenuated inversion recovery，FLAIR）能够抑制自由水信号，使自由水在T ₂WI像上呈低信号，结合水不被抑制呈高信号。脂肪抑制（fat suppression）使脂肪的高信号受到抑制而呈低信号，以减少脂肪对其他组织信号的干扰。

增强扫描为从静脉注入MRI对比剂后的检查。MRI对比剂能影响组织的T ₁或T ₂弛豫时间，增高靶区与相邻结构的对比，更好地显示病变。用于血管造影以及各种病变，如肝癌、转移瘤、血管瘤等的显示，临床应用广泛。

磁共振血管成像（magnetic resonance angiography，MRA）是利用特定的技术显示血管和血流信号特征的一种方法。采用MRA技术使血管为高信号，呈白色。

MRA检查方法主要有时间飞越法（time of flight，TOF）、相位对比法（phase contrast，PC）和增强磁共振血管造影（contrast enhanced MRA，CEMRA）。时间飞越法和相位对比法不使用对比剂而是依据血流的特性使血管产生高信号。时间飞越法主要用于显示动脉，相位对比法主要用于显示静脉（图1-1-8）。

增强磁共振血管造影（CEMRA）是利用静脉内注射顺磁性对比剂，缩短血液T ₁使血液信号显著增高。此种方法应用广泛，且动脉和静脉都能够显示，对于胸腹部及四肢血管的显示效果好。

磁共振水成像（MR hydrography，MRH）是根据人体内的液体具有长T ₂值的特性，获得重T ₂加权像，使含水的器官显影，而忽略其他组织器官。此法不用造影剂、不采用有创性检查即可显示含液体的脏器。

MRH以磁共振胰胆管成像（MR cholangio pancreatography，MRCP）、磁共振尿路成像（MR urography，MRU）、磁共振椎管水成像（MR myelography，MRM）较为常用。MRCP可以显示肝内外扩张的胆管，明确梗阻部位，结合MRI可以明确梗阻原因，MRU可以用于肾肿瘤、肾结核、尿路梗阻和膀胱肿瘤的诊断（图1-1-9）。

磁共振弥散加强成像（diffusion weighted imaging，DWI）是临床中常用的MRI检查技术，是利用MRI的特殊序列观察体内水分子微观弥散运动的一种成像方法，是对水分子弥散运动敏感的成像技术。

DWI多用于脑缺血、脑梗死，特别是急性脑梗死的早期诊断。DWI发展而来的扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）可显示脑白质在各个方向上的白质束。

磁共振灌注加权成像（perfusion weighted imaging，PWI）是用来反映组织微循环的分布及其血流灌注情况、评估局部组织的活力和功能的磁共振检查技术。

磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）是一种利用组织间磁敏感性差异的成像技术，可较好地显示静脉血管、出血、铁沉积等。

SWI是利用组织的不同磁化率使相应的感应磁场发生变化，这种感应磁场的变化会导致质子去相位，使T ₂信号降低，产生对比增强，形成SWI图像。

脑SWI检查在临床上常用于显示弥漫性轴索损伤（diffuse axonal injury，DAI）伴发的小血管出血；显示小血管畸形，如毛细血管扩张症、静脉瘤等；显示脑血管病，如对微梗死、高血压脑内自发微出血灶等很敏感（图1-1-10）。

多数磁共振对比剂通过改变质子的T ₁和T ₂弛豫时间来增强或降低组织、病变的信号强度，达到造影目的。临床上最常采用的对比剂是二乙三胺五醋酸钆（gadolinium diethyl triamine-pentoacetic，Gd-DTPA），Gd-DTPA可以缩短局部组织的T ₁弛豫时间，使之在T ₁WI呈高信号。