更新时间：2023-10-06 02:20
核磁共振成像（nuclear magnetic 共振 imaging，NMRI，又名：磁共振成像）是利用原子核在磁场内与外加射频场发生共振而产生影像的一种成像技术。磁共振成像是随着计算机技术的飞速发展以及在X线CT的临床应用基础上发展起来的一种医学数字成像技术，既能显示人体形态学结构，又能显示原子核水平上的生化信息，还能显示某些器官的功能状态，以及无辐射等诸多优点，已越来越广泛地应用于临床各系统的检查诊疗中。随着MRI技术的不断改进，其功能日趋完善，应用范围不断拓宽，是医学影像学领域发展最快、最有潜力的一种成像技术。核磁共振成像仪（nuclear magnetic 共振 image）是因这项技术而产生的仪器。
磁共振系统的典型结构，主要包括磁体子系统、梯度场子系统、射频子系统、数据采集和图像重建子系统、主计算机和图像显示子系统、射频屏蔽与磁屏蔽、MRI软件等。MRI是通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频（radio frequeney，RF）脉冲，使人体组织中的氢质子受到激励而发生磁共振现象，当终止射频脉冲后，质子在弛豫过程中感应出MR信号：经过对MR信号的接收、空间编码和图像重建等处理过程，即产生MR图像。人体内氢核丰富，而且用它进行磁共振成像的效果最好，因此MRI常规用氢核来成像。
1973年化学家保罗·克里斯琴·劳特伯和物理学家彼得·曼斯菲尔德爵士在荷兰的中心实验室搭建完成了最初的磁共振成像系统，并对充满液体的物体进行了成像，得到了著名的核磁共振图像。纽约大学的雷蒙德·达马迪安教授团队研制的医用核磁共振设备于1977年7月3日得到了第一幅人体磁共振图像——胸部轴位质子密度加权图像，标志着MRI技术在医学领域应用的开始。中国科学院苏州生物医学工程技术研究所在磁共振理论研究与应用研发方面不断取得新突破：2019年研发的开源磁共振波谱成像模拟平台Spin-Scenario填补领域空白。
按照场强大小分为高场、中场、低场磁共振；高场一般为场强高于1.0T的磁共振；中场为场强高于0.5T而低于1.0T的磁共振；低场一般为低于0.5T的磁共振。
按照磁体类型一般分为：永磁型磁共振、常导型磁共振和超导型磁共振。
永磁型磁共振维护费用小；逸散磁场小，对周围环境影响小；造价低；安装费用也较少；一般只能产生垂直磁场；场强范围一般在0.15~0.35T；磁场随温度漂移严重，磁体需要很好的恒温；磁场不能关断，对安装检修带来困难；磁体沉重；且随着场强增大，磁体厚度增大，更加沉重。
常导型磁共振生产制造较简单，造价低；可产生水平或垂直磁场；重量轻；检修方便，磁场均匀度也很高；场强一般在0.1~0.4T；运行耗费较大，通电电感线圈耗电达60kW以上；还需配用专门的供电设备和水冷系统。
超导型磁共振场强范围0.3~9T；磁场均匀性高；稳定性好；图像质量好；运行耗费很高，制冷剂主要是液氦的费用很高；运输、安装、维护费用也很高。
主要市场上的磁共振以高场和低场为主，高场一般为超导型，低场一般为永磁型；且低场永磁型磁共振往往做成开放式，有Ｃ形式或立柱式；高场超导磁共振往往做成圆形孔腔式或站立式的磁共振。常导磁共振一般也做成圆形孔腔式。还有些公司推出了某些部位如头颅、四肢或关节专用检查的磁共振设备，其形态变化较灵活。
一般来讲，低场永磁型以出诊断图像为主要目的，图像质量已经能够满足诊断要求；高场超导型主要以功能磁共振为主，图像质量是其基础。
磁共振成像的多参数成像、任意截面成像、出色的软组织对比度、不受骨像干扰、没有电离辐射或其他危害等特有的优越性，使它越来越多地应用到各个组织各种病变的临床诊断中。主要应用于中枢神经系统、心血管系统、头颈部、肌肉关节系统、纵隔腹腔盆腔、FMRI、介入MRI等方面的成像。
临床应用技术
相对于其他影像技术的单参数成像，磁共振的图像对比反映的是组织间的多种物理参数的差别。在临床中为了得到最高的诊断价值，往往还需要获取诸如脂肪抑制图像、水抑制图像（又称黑水图像）、水图像等。
1.质子密度权重像：图像灰度对比主要反映组织氢质子密度差别的图像。临床上一般较少使用质子密度像。获取该种图像的序列参数为长TR短TE（GRE序列用较小翻转角）。
2.T1权重像：图像灰度对比主要反映组织T1时间差别的图像，一般临床上使用T1权重像反映组织的生态解剖情况。获取该种图像的序列参数为短TR短TE（GRE序列用较大翻转角）。
3.T2权重像：图像灰度对比主要反映组织T2时间差别的图像，一般临床上使用T2权重像反映组织的病变情况。获取该种图像的序列参数为长TR长TE。
4.T2*权重像：图像灰度对比主要反映组织T2*时间差别的图像，一般临床上使用T2*权重像反映组织的病变情况。一般使用梯度回波序列（GRE）获取该种图像，序列参数为长TR长TE，较大翻转角。
5.脂肪抑制图像：由于脂肪在T1、T2、Pd权重像上均显示出很高的亮度来，其高亮度很可能将病灶的信号掩盖了，不能突出显示病灶。为了突出显示出病灶，往往要采取脂肪抑制技术，比如腹部、颈部、椎管的成像往往采用该技术。较常用的脂肪抑制技术有短翻转恢复序列和脂肪预饱和技术。
6.水抑制图像：由于水具有长T1和长T2，因此在T2权重像上显示出很高的亮度来，看病变均采用T2权重像，其高信号很可能将病灶的信号掩盖了，不能突出显示病灶。同样为了突出显示出病灶，需要采取水抑制技术，比如颅腔成像往往采用该技术。较常用的脂肪抑制技术有FLAIR，采用超长TR，超长TE，TR=6000~10000ms，Tl=1300ms，TE=105ms。
磁共振伪影
磁共振成像是几大医学影像技术中原理最复杂、涉及面最广的技术，是最具潜力的技术，但同时也是出现伪影最多的影像技术。所谓伪影是指在磁共振扫描或信息处理过程中，由于某一种或几种原因出现了一些人体本身并不存在的致使图像质量下降的影像，也称假影或鬼影。由于可能产生伪影的原因很多，所产生的伪影形状和表现也各不相同，因此只有正确认识伪影产生的原理，见识各种伪影的图像特征，才可以有效地限制、抑制甚至消除伪影，提高图像质量，提高诊断价值。
根据伪影产生的原因，可将伪影分为原理伪影、参数伪影、装备伪影、运动伪影、金属异物伪影五大类。
1.原理伪影：是指在磁共振成像过程中由于磁共振成像原理必然导致的伪影，它往往不可能完全消除，只能是调节参数尽量减轻伪影的影响。临床中出现的主要有化学位移伪影、磁化敏感非均匀性伪影、激励回波伪影等。
2.参数伪影：在扫描过程中由于不正确的参数设置导致的伪影。主要包括卷褶伪影、截断伪影、部分容积伪影、层间干扰伪影等；这些伪影基本上都可以通过设置正确的参数得以消除。
3.装备伪影：由于机器设备的某个或几个硬件的质量问题产生的伪影，主要有射频非均匀性伪影、射频干扰伪影等；这些伪影可以通过精确的安装调试，使各项指标达到标准范围，使得图像上不体现出伪影来。
4.运动伪影：由于受检者身体某部位生理性或自主性的运动导致的伪影。一般包括胸腹部的呼吸运动、心脏及大血管的搏动、脑脊液的波动以及血液的流动、吞咽运动、某些内部脏器的蠕动、眼球的转动等造成的伪影。这些伪影一般不可能完全消除，只能通过受检者的竭力控制，或加一些辅助控制设施得以减轻伪影的影响。
5.金属异物伪影：磁共振成像对金属很敏感，受检者体内外的任何形状、大小的铁磁性金属都能对图像产生严重的变形扭曲，甚至根本出不来图像。临床常见的产生伪影的金属包括体外的发夹、胸针、胸罩钩、拉链，一些包含铁磁性成分的饰品如发胶、睫毛膏、眼影、口红等，体内的外科用金属夹、骨钉、固定用钢板、手术设备残片以及节育环等。
MRI是通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频（radio frequeney，RF）脉冲，使人体组织中的氢质子受到激励而发生磁共振现象，当终止射频脉冲后，质子在弛豫过程中感应出MR信号：经过对MR信号的接收、空间编码和图像重建等处理过程，即产生MR图像。人体内氢核丰富，而且用它进行磁共振成像的效果最好，因此MRI常规用氢核来成像。
磁共振成像的过程较为复杂，但又是理解MRI图像的基础，可分解为以下步骤。
1.人体氢质子（1H）在强外磁场内产生纵向磁矢量和1H进动 人体内富含1H，1H具有自旋特性而产生磁矩，犹如一个小磁体。通常，它们无序排列，磁矩相互抵消；当进入强外磁场内，1H磁矩依外磁场磁力线方向有序排列，而产生纵向磁矢量。1H在绕自身轴旋转的同时，还围绕外磁场方向做锥形运动，犹如旋转中的陀螺，称为进动（procession），进动的频率与外磁场场强呈正比。
2.发射特定的RF脉冲引起磁共振现象 向强外磁场内的人体发射特定频率（1H进动频率）的RF脉冲，1H吸收能量而发生磁共振现象，同时产生两种改变：一种是吸收能量的1H呈反磁力线方向排列，致纵向磁矢量变小、消失；另一种是1H进行同相位进动，由此产生横向磁矢量。
3.停止RF脉冲后1H恢复至原有状态并产生MR信号 停止发射RF脉冲后，1H迅速恢复至原有的平衡状态，这一过程称为弛豫过程（relaxation process），所需时间称为弛豫时间（relaxation 时间）。有两种弛豫时间：一种是纵向磁矢量恢复的时间，为纵向弛豫时间（longitudinal relaxation time），亦称T1弛豫时间，简称T1；另一种是横向磁矢量的衰减和消失时间，为横向弛豫时间（transverse relaxation time），亦称T2弛豫时间，简称T2。发生共振的1H在弛豫过程中，就会产生代表T1值和T2值的MR信号。
4.采集、处理MR信号并重建为MRI图像 对于反映人体组织结构T1值和T2值的MR信号，经采集、编码、计算等一系列复杂处理，即可重建为MRI灰阶图像。
MRI图像上的黑白灰度对比，反映的是组织间弛豫时间的差异，而不同于X线、CT和超声图像上的灰度概念。MRI检查有两种基本成像：一种是主要反映组织间T1值的差异，称为T1加权成像（T1 weighted imaging，T1WI）；另一种是主要反映组织间T2值的差异，称为T2加权成像（T2 weighted imaging，T2WI）。人体内各种组织及其病变，均有相对恒定的T1值和T2值。MRI检查就是通过图像上反映T1值和T2值的黑白灰度及其改变，来检出病变并进行诊断的。
磁共振系统的典型结构，主要包括磁体子系统、梯度场子系统、射频子系统、数据采集和图像重建子系统、主计算机和图像显示子系统、射频屏蔽与磁屏蔽、MRI软件等。
磁体子系统用以产生均匀稳定的静磁场B0的主磁场，是磁共振系统的关键组成部分。其主要参数有：磁场强度、磁场均匀性、磁场稳定性、孔腔大小、逸散磁场等；其中磁场强度越高，信号幅度越高，图像信噪比会越高；磁场均匀性越好，图像分辨率越高。磁体可有永磁型、常导型、混合型和超导型4种。
梯度场子系统是指与梯度磁场有关的一切单元电路，提供给系统线性度满足要求的、可快速开关的梯度场，以便动态地修改主磁场，实现成像体素的空间定位，是MRI系统的核心部件之一。由梯度电感线圈、梯度控制器、数模转换器、梯度放大器、梯度冷却系统等组成。其主要参数有有效容积、线性、梯度场强度、梯度变换率和梯度上升时间等；有效容积越大，可成像区域越大；线性越好，图像质量越好。
射频子系统是MRI系统中实施射频激励并接收和处理RF信号的功能单元，不仅要根据扫描序列的要求发射各种翻转角的射频波，还要接收成像区域内氢质子的共振信号。射频子系统包括射频发射单元和信号接收单元：射频发射单元是在时序控制器的作用下，产生各种符合序列要求的射频脉冲的系统；射频接收单元是在时序控制器的作用下，接收人体产生的磁共振信号的系统。
数据采集和图像重建子系统信号采集的核心是A/D转换器，转换精度和速度是重要指标。在MRI系统中，一般用16位的A/D转换器进行MR信号的数字化，经一定的数据接口送往接收缓冲器等待进一步处理。射频子系统和数据采集子系统被合称为谱仪系统。A/D转换所得数据不能直接用来进行图像重建，还需要进行数据处理，即拼接带有控制信息的数据。然后通过专用图像处理计算机进行图像处理。图像重建的运算主要是快速傅里叶变换，重建速度是MRI系统的重要指标之一。
MRI系统中，计算机的应用非常广泛，各种规模的计算机、单片机、微处理器构成了MRI系统的控制网络。主计算机介于用户与MRI系统的测量系统之间，其功能主要是控制用户与磁共振子系统之间的通信，并通过运行扫描软件来满足用户的所有应用要求。具体包括：扫描控制、患者数据管理、归档图像、评价图像以及机器检测等功能。同时，随着医学影像标准化的发展，还必须提供标准的网络通信接口。
射频屏蔽与磁屏蔽用于把外界和磁共振扫描系统之间严格屏蔽开来的系统，防止彼此之间的干扰和危害。磁共振的屏蔽一般都采用铜片或铜板来完成。
MRI软件包括系统软件、磁共振操作系统、磁共振图像处理系统；系统软件指主计算机进行自身管理、维护、控制运行的软件，即计算机操作系统。磁共振可使用Windows 2000、Windows XP、WindowsNT、unix；磁共振操作系统包括患者信息管理系统、图像管理系统、扫描控制系统、系统维护、报告打印、图片输出等；磁共振图像处理系统指图像重建软件以及对图像进行一系列后处理，包括柔和、平滑、锐化、滤波、局部放大等处理功能的软件。
1.带胰岛泵者；
2.带心电起搏器者；
3.体内有铁磁性金属止血夹者；
4.病情危急不宜作检查者；
5.金属、磁性血管支架者；
6.安装义肢的患者；
7.人工髋关节的患者；
8.装有义齿的患者须取下义齿才可做颌面扫描；
9.宫内有节育环的妇女需取出节育环才可做部扫描；
10.另对疑为钙化病灶一般不做磁共振检查；
11.对肺部病变（纵隔除外）一般不做磁共振检查。
1.核对受检者基本信息及增强检查申请单要求，确认增强检查为必需检查。
2.评估对比剂使用禁忌证及风险，受检者签署对比剂使用风险及注意事项知情同意书。
3.增强检查结束后，受检者需留观15~30分钟， 无不良反应方可离开。病情许可时， 受检者应多饮水以利对比剂排泄。
4.孕妇一般不宜使用对比剂，除非已决定终止妊娠或权衡病情依据需要而定。
5.尽量避免大量、重复使用对比剂，尤其对于肾功能不全患者，以减少发生迟发反应及肾源性系统纤维化的可能。
6.虽然钆对比剂不良反应发生率较低，但仍需慎重做好预防及处理措施。
1.核对申请单，确认受检者信息、检查部位、目的和方案。
2.确认有无MRI检查禁忌证。
3.对于有相对禁忌证及危重患者，做好急救准备。
4.告知受检者检查流程、注意事项及呼吸配合等。
5.受检者检查前更衣，确认无铁磁性金属物品(如推车、病床、轮椅、手机、手表、钥匙、首饰、硬币等)被带入扫描室。
6.婴幼儿、躁动等不合作患者检查前给予药物镇静。
7.做好增强检查前准备工作。
8.做好MRI检查意外救治准备工作。
9.根据具体检查项目做好相应检查前准备。
早在20世纪30年代，物理学家伊西多·拉比就发现，在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电之后，原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。1946年，物理学家费利克斯·布洛赫和爱德华·珀塞尔发现位于磁场中的原子核受到高频电磁场激发会倾斜。而当高频场关闭后，原子核将释放吸收的能量，并且回归到原始状态。因其在磁共振成像理论基础方面的杰出贡献，伊西多·艾萨克·拉比获1944年诺贝尔物理学奖，费利克斯·布洛赫和爱德华·米尔斯·珀塞耳则分享了1952年诺贝尔物理学奖。
在磁共振现象被发现之初，因成像条件苛刻、成像时间长等缺陷，应用范围受到较大限制，虽然在1950年欧文·哈恩就发现了双脉冲下磁共振自旋回波现象，但直到1968年理查德·恩斯特团队改进激发脉冲序列和分析算法，大大提高信号的其灵敏度以及成像速度后，磁共振技术才逐步成熟，理查德·恩斯特本人也因此荣获1991年的诺贝尔化学奖。
现代核磁共振成像技术在欧洲和美国以独立的技术路线分别开展。欧洲方面：1973年化学家保罗·克里斯琴·劳特伯和物理学家彼得·曼斯菲尔德爵士在荷兰的中心实验室搭建完成了最初的磁共振成像系统，并对充满液体的物体进行了成像，得到了著名的核磁共振图像“诺丁汉的橙子”。
荷兰中心实验室于1978年组建“质子项目”研究团队，该团队研制出了0.15T的磁共振系统，并于1980年12月3日，得到了第一幅人类头部核磁共振图像和第一幅第二维傅里叶变换后的图像。保罗·克里斯琴·劳特伯教授与彼得·曼斯菲尔德爵士教授因其在磁共振医学成像领域的贡献，共同获得了2003年的诺贝尔生理学或医学奖。
在美国，纽约大学的雷蒙德·达马迪安教授团队则在医学成像方面，拔得头筹，他们研制的医用核磁共振设备于1977年7月3日到了第一幅人体磁共振图像——胸部轴位质子密度加权图像，标志着MRI技术在医学领域应用的开始。
人们在发现核磁共振现象之后很快就产生了实际用途，早期核磁共振主要用于对核结构和性质的研究，如测量核磁矩、电四极距、及核自旋等，化学家利用分子结构对氢原子周围磁场产生的影响，发展出了核磁共振谱，用于解析分子结构，随着时间的推移，核磁共振谱技术不断发展，从最初的一维氢谱发展到碳谱、二维核磁共振谱等高级谱图，核磁共振技术解析分子结构的能力也越来越强，进入1990年代以后，人们甚至发展出了依靠核磁共振信息确定蛋白质分子三级结构的技术，使得溶液相蛋白质分子结构的精确测定成为可能。后来核磁共振广泛应用于分子组成和结构分析，生物组织与活体组织分析，病理分析、医疗诊断、产品无损监测等方面。
在短短50年的时间内，磁共振成像技术获得了长足的发展，已成为影像学四大常规检查手段之一（四大常规手段：磁共振成像，X射线成像，超声成像与核医学成像）。相比而言，磁共振成像对软组织分辨能力高，无辐射损伤的优势使其在婴幼儿发育和骨骼韧带劳损等方面获得了无可替代的应用。
中国科学院苏州生物医学工程技术研究所在磁共振理论研究与应用研发方面不断取得新突破：2019年研发的开源磁共振波谱成像模拟平台Spin-Scenario填补领域空白，登上国际磁共振学会的官方期刊JMR封面，并获包括乌得勒支大学、慕尼黑工业大学在内的多家国内外研究机构使用；研发的小型高均匀度Halbach阵列磁体技术水平达到国内领先，已成功应用于桌面式核磁波谱仪；研发完成超低场磁共振成像系统，实现对含磁性植入物的组织高质量成像；联合苏州大学附属儿童医院研发完成儿童发育性髋关节发育脱位磁共振定量评估系统，实现疾病的早期诊断、术前规划与术后评估和长期动态监测等环节的完整覆盖。
美国弗吉尼亚大学华人科学家王成波领导的研究小组开发出一种新型氦气弥散核磁共振成像技术，在2008年5月17日前于加拿大举行的第16届国际核磁共振学会年会上获得青年科学家临床医学奖。与会专家认为，这种新技术有望推进肺部疾病的研究和治疗，具有应用前景。
在发展方向上，磁共振系统不断追求极限工作条件与更有针对性的励磁序列。在高磁场强度方面，医院主流的磁共振设备场强已超过1.5T，7T的磁共振系统也已商业化，并在脑神经疾病检查、脑功能与神经科学研究方面获得广泛的应用；在低场强方面，部分科研机构开展了主磁场μT量级的超低场磁共振设备研究工作，以满足牙齿种植，装有心脏起搏器等特殊患者的检查需求；在体积极限方面，基于霍尔巴赫（Halbach）磁体的小型磁共振检测设备已经把体积缩小到桌面大小，重量可控制在40Kg以内，在食品检测与地质探测等领域获得广泛的应用；在励磁序列方面，功能磁共振（fMRI）序列，弹性成像序列，波谱成像序列已在部分商用机型上配置，以满足医学诊断方面的特殊需求。