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磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）是在物理学领域发现磁共振现象的基础上，于20世纪70年代继CT之后，借助电子计算机技术和图像重建数学的进展和成果而发展起来的一种新型医学影像检查技术。近年来，MRI技术发展十分迅速。
MRI技术有别于CT，它不仅可行横断面成像，还可行多方位成像，同时还可获得多种参数的图像，如T1加权像、T2加权像等。若要获取这些图像必须选择适当的脉冲序列和成像参数。
MRI的高敏感性基于正常组织与病理组织弛豫时间的不同，并受质子密度、脉冲序列的影响。常用的脉冲序列有：
（1）自旋回波（spin echo，SE）序列常规SE序列是临床上最常用的成像序列，采用“90°-180°”脉冲组合形式构成。其特点为可消除由于磁场不均匀性所致的去相位效应，磁敏感伪影小。但其采集时间较长，尤其是T2加权成像，重T2加权时信噪比较低。该序列为MRI的基础序列。
（2）反转恢复（格式调整）（inversion recovery，IR）序列 IR序列由“180°-90°-180°”脉冲组合形式构成。其特点为具有较强的对比，以显示解剖，通过选择适当的反转时间（timeofinversion，TI）可得到不同质子纵向磁化的显著差异。还可根据需要设定TI，饱和特定组织产生具有特征性对比的图像，如短反转恢复（short TI inversion recovery，STIR）、液体衰减反转恢复（fluid attenuated inversion recover y，FLAIR）等序列。
（3）快速自旋回波（turbo SE，TSE；fast SE，FSE）序列采用“90°-180°-180°”脉冲组合形式构成。其图像对比性特征与SE相似，磁敏感性更低，成像速度加快，使用大量180°射频脉冲，使扫描时间显著缩短。
（4）梯度回波（gradientecho，GRE）序列 梯度回波技术是常用的快速成像脉冲序列，且有多种类型，其中常规GRE序列最为成熟。该序列激励脉冲小于90°，翻转脉冲不使用180°，取而代之的是一对极性相反的去相位梯度磁场及相位重聚梯度磁场，其方法与SE中频率编码方向的去相位梯度及读出梯度的相位重聚方法相同。由于小翻转角使纵向磁化快速恢复，缩短了重复时间TR，也不会产生饱和效应，故使数据采集周期变短，提高了成像速度。其最常用的2个序列是快速小角度激发（fastlow angle shot，FLASH）序列和稳态进动快速成像（fast imaging with steady state precession，FISP）序列。
（5）平面回波成像（echo planar imaging，EPI）EPI技术是迄今最快的MRI技术，它是在一次射频脉冲激励后在极短的时间内（30~100ms）连续采集一系列梯度回波，用于重建一个平面的MRI图像。EPI技术已在临床广泛应用，单次激发EPI，以扩散成像、灌注成像、脑运动皮质功能成像为目前主要的应用领域，多次激发EPI则在心肌灌注加权成像、腹部快速成像及腹部脏器的灌注加权成像等领域取得进展。
MRI影像具有良好的组织对比，但正常与异常组织的弛豫时间有较大的重叠，其特异性仍较差。为提高MRI影像对比度，一方面着眼于选择适当的脉冲序列和成像参数，以更好地反映病变组织的实际大小、程度及病变特征；另一方面则致力于人为地改变组织的MRI特征性参数，即缩短质子弛豫时间。
MRI对比剂可克服普通成像序列的限制，能改变组织和病变的弛豫时间，从而提高组织与病变的对比。MRI对比剂按增强类型可分为阳性对比剂和阴性对比剂；按对比剂在体内分布分为细胞外间隙对比剂、细胞内分布或与细胞结合对比剂、网状内皮细胞向性对比剂和胃肠道磁共振对比剂。
磁共振血管成像（magnetic resonance angiography，MRA）是对血管和血流信号特征显示的一种技术。MRA作为一种无创伤性的检查，与CT及常规放射学相比具有特殊的优势：它一般不需使用对比剂，流体的流动即是MRI成像固有的生理对比剂。流体在MRI影像上的表现取决于其组织特征、流动速度、流动方向、流动方式及所使用的序列参数。近年来，为提高MRA的准确性，又推出了对比剂增强的MRA。
磁共振电影成像（magnetic resonance cine，MRC）技术是利用MRI快速成像序列对运动脏器实施快速成像，产生一系列运动过程的不同时段（时相）的“静态”图像。将这些“静态”图像对应于脏器的运动过程依次连续显示，即产生了运动脏器的电影图像。MRC成像不仅具有很好的空间分辨率，更重要的是它具有优良的时间分辨率，对运动脏器的运动功能评价有重要价值。
对于无固定周期运动的脏器，如膝关节、颞颌关节等，其MRC的方法是将其运动的范围分成若干相等的空间等分，在每一个等分点采集一幅图像，然后将每个空间位置的图像放在一个序列内连续显示即成为关节运动功能的电影图像。
磁共振水成像（MRhydrography）技术主要是利用静态液体具有长T2弛豫时间的特点。在使用重T2加权成像技术时，稀胆汁、胰液、尿液、脑脊液、内耳淋巴液、唾液、泪水等流动缓慢或相对静止的液体均呈高信号，而T2较短的实质器官及流动血液则表现为低信号，从而使含液体的器官显影。MR水成像技术包括MR胰胆管成像、MR泌尿系统成像、MR椎管成像、MR内耳成像、MR涎腺管成像、MR泪道成像及MR脑室系统成像等。
磁共振功能成像（functionalMRI，fMRI）是指应用磁共振技术对人体进行的功能进行研究和检测。广义的磁共振功能成像包括扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）、扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）、灌注加权成像（perfusion weighted imaging，PWI）、血氧合水平依赖成像（blood oxy genation leveldependent，BOLD）、磁共振波谱成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS）等。
（1）扩散加权成像 DWI是利用水分子扩散运动的特性对其进行扩散测量和成像的方法。与以往常规的T1加权像（T1 weighted imaging，T1WI）、T2加权像（T2 weighted imaging，T2WI）不同，DWI使MRI对人体的研究深入更微观的水平，反映了人体组织的空间结构信息及病理生理状态下各组织成分间水分子交换的功能状态。
扩散是人体生理功能活动中的一种重要物理过程，也是分子的随机运动，即水分子自由扩散（布朗运动）。纯水分子的扩散运动在各个方向上都相同，即各向同性，而在生物体组织结构中，水分子的扩散过程受到多种局部因素的限制，表现为不同方向的扩散度各不相同，即各向异性。而各向异性的大小与介质的物理学特性和限制分子运动的障碍物有关。因此，获得单位体积内水分子扩散的各向异性信息，即可研究生物体的细微解剖结构及功能改变。
DWI序列的MR信号衰减程度取决于特定温度和压力下水的扩散能力（扩散系数 D ）以及扩散敏感系数 b 。 D 值越大，扩散越快；反之，则越慢。 b 值越大，扩散权重的程度越大。在DWI上，分子扩散受许多因素影响（如血流、脑脊液流动和细胞膜等），所以通常采用综合了上述因素的表观扩散系数（apparentdiffusion coefficient，ADC）来代替 D 值。根据不同的 b 值可以计算出ADC图。ADC图上的信号强度与分子扩散运动能力的大小呈正相关。组织扩散快，信号衰减大，ADC值高，DWI上呈低信号，ADC图上呈高信号；组织扩散慢，则相反。DWI受T2值和扩散双重影响，ADC图不受T2影响，较DWI能更真实地反映扩散变化，但受到扩散敏感梯度方向的影响。
（2）扩散张量成像 DTI是近年来在扩散加权磁共振成像基础上迅速发展起来的磁共振。成像的最新技术是当前唯一能有效观察和追踪脑白质纤维束的非侵袭性检查方法。DTI基本原理就是利用水分子在有髓鞘的神经纤维中沿着轴突方向的扩散速度远大于垂直方向的扩散，即扩散的各向异性而示踪神经纤维束。各向异性分数（fractionalanisotropy，FA）是最常用的各向异性的量化指标，其大小与髓鞘的完整性、纤维致密性及平行性有关，其范围为0（扩散无方向依赖性）~1（沿单一方向扩散）。脑白质联合纤维（胼胝体）的FA值最大，即各向异性程度最高，其次为脑白质的投射纤维（内囊），再次为联合纤维（半卵圆中心）。当各种病变累及白质纤维束的轴突和（或）髓鞘时，受累区域的FA值会有不同程度的下降。FA可用向量图及彩色编码的FA图来表示，其亮度与FA大小成正比。
扩散张量纤维束成像（diffusion tensor tractography，DTT）又称纤维示踪技术（fiber tractography），是利用扩散张量数据，在活体上三维显示脑白质纤维束的一种无创性成像方法。由于该技术具有显示经纤维和功能束的走行方向和立体形态的能力，因而有助于理解正常脑功能和多种影响脑功能疾病的病理过程。
（3）灌注加权成像 灌注（perfusion）是指血流通过毛细血管网，将携带的氧和营养物质输送给组织细胞的过程。灌注在一定程度上能反映器官和组织的血流动力学状态及其功能情况。由于组织器官的生理性和病理性改变都与其血流灌注变化密切相关，因此监测组织器官的血流灌注变化，能够揭示组织器官的病理过程，从而尽早诊断或对其功能状态进行判断。
PWI是一种利用磁共振快速成像序列和图像后处理技术来反映血管变化程度和血流灌注情况，提供组织器官血流动力学方面信息的功能性成像方法。目前，PWI最常采用的方法是经静脉内注射磁共振对比剂后，行快速成像序列成像，获得对比剂首次通过感兴趣区血管床的图像。由于钆对局部组织的磁化率产生影响，增加局部磁场的不均匀，明显缩短T1和T2弛豫时间，其中对T2弛豫时间的缩短影响更大，因此PWI多采用T2加权成像。其信号降低程度与组织局部对比剂浓度成正比，能够反映局部组织灌注的血容量情况。PWI反映毛细血管床内血流分布特征的指标主要包括①容量指标：局部脑血容积（regional cerebral blood volume，rCBV）；②速度指标：血液通过组织的平均通过时间（mean transition time，MTT）和局部灌注达峰时间（time to peak，TTP）；③流量指标：局部脑血流量（re gional cerebral blood flow，rCBF）。随时间变化，局部组织信号下降，得到信号强度-时间曲线，进而得到对比剂浓度-时间曲线，其曲线下的面积反映组织内的脑血容量，即rCBV，通过工作站对各区域rCBV值进行处理，将其以相应的灰度或色彩显示出来，即所谓rCBV图；同样还可得到对比剂的rCBF图、MTT图及TTP图。
（4）血氧合水平依赖成像 BOLD成像是应用最广泛的fMRI技术，主要是利用大脑在执行某项任务或受到某种刺激时，某些脑区神经元的活动增强，引起邻近静脉血和毛细血管床的血流量和血流容量增加，导致局部氧合血红蛋白含量增加，而耗氧量相对增加不明显，使得氧供应和氧消耗之间失衡，导致该区域脱氧血红蛋白含量降低，脱氧血红蛋白作为顺磁性物质，具有明显的T 2 缩短效应。因此，在激活状态下，该脑区由于脱氧血红蛋白的减少导致T 2 弛豫时间相对延长，MR信号强度增加，在脑功能图像上表现为高信号。因此，在BOLD-fMRI成像中，脱氧血红蛋白起到类似内源性对比剂的作用。
BOLD-fMRI能以较高的时间和空间分辨率实时地显示出大脑特定区域的功能活动情况，使人们能够更客观、更精细、更直接地了解大脑的活动情况，因此在现代科学尤其是神经、认知和心理等科学领域得到广泛的应用，并取得了众多具有突破性的进展。
（5）磁共振波谱分析 MRS是一种利用磁共振现象和化学位移作用，对一系列特定原子核及其化合物进行定量分析的方法，是目前唯一对人体无损伤性、用于研究活体组织器官代谢和生化变化及化合物定量分析的方法。MRS实际上就是某种原子的化学位移分布图。其横轴表示化学位移，即频率；纵轴是化合物的信号强度，表示各种具有不同化学位移原子的相对含量。MRS探测的不同物质的频率差别，以ppm表示。从某种意义上讲，MRS是真正的分子成像技术，对一些由于体内代谢物含量改变所致的疾病有一定的诊断价值。
目前，可用于医学领域波谱研究的原子核有 1 H、 31 P、 13 C、 19 F等，其中以 1 H和 31 P应用最为广泛。
1 H-MRS中常用的人脑代谢物的共振峰及意义如下：
N-乙酰天门冬氨酸（NAA）：主峰位于2.02ppm，在正常MRS中为最高峰。NAA主要位于神经元及其轴索，被认为是神经元的内标志物。许多脑疾病（炎症、感染、肿瘤、痴呆、胶质增生等）可引起神经元的功能损害而致NAA下降，NAA升高少见，仅见于海绵状脑白质营养不良（Canavan）病。
胆碱（Cho）：共振峰位于3.22ppm处。Cho包括磷酸胆碱、磷脂酰胆碱和磷酸甘油胆碱，是细胞膜翻转的标志物，在白质中其含量高于灰质。Cho升高代表细胞膜合成增加或细胞数量增加，见于损伤修复、肿瘤、胶质增生、脱髓鞘等病变。Cho降低则代表细胞密度下降，见于痴呆、脑卒中、艾滋病等疾病。
肌酸/磷酸肌酸（Cr）：共振峰位于3.0ppm和3.94ppm，在正常脑波谱中，是第二或第三高波峰。Cr是能量利用、储存的重要化合物，标志着细胞的能量状态。婴儿含量低，随年龄而升高；病理性升高见于创伤、高渗状态；降低见于缺氧、卒中、肿瘤等。
乳酸（Lac）：共振峰位于1.33~1.35 ppm，为双峰，正常脑组织中不可见。Lac是糖酵解的终产物。它的出现提示有氧呼吸不再有效进行，当TE从短TE变为长TE时，Lac峰会发生翻转。脑肿瘤、脓肿、囊肿及梗死时会出现乳酸峰。
肌醇（mI）：共振峰位于3.56ppm及4.06ppm。主要为调节渗透压、营养细胞、抗氧化作用及生成表面活性物质，是神经胶质的标志物，其升高被认为是胶质增生的标志。
谷氨酰胺及谷氨酸复合物（Glx）：共振峰位于2.2~2.4 ppm（β+γ峰）及3.6~3.8 ppm（α峰）。Glx具有兴奋毒性作用，在脑组织缺血缺氧状态和肝性脑病时增高。
脂质（Lip）：共振峰位于0.9~1.3ppm，正常脑组织中不可见。其升高见于高分级的肿瘤、脓肿、急性炎症、急性卒中等。
人体不同器官的正常组织与病理组织的值是相对固定的，而且它们之间有一定的差别，T2值也是如此。这种组织间弛豫时间上的差别，是磁共振成像诊断的基础。值得注意的是，MRI的影像虽然也以不同的灰度显示，但其反映的是MRI信号强度的不同或弛豫时间T1与T2的长短，而不像CT图像，灰度反映的是组织密度。一般而言，组织信号强，图像所相应的部分就亮；组织信号弱，图像所相应的部分就暗。由于组织反映出不同信号强度变化，就构成组织器官之间、正常组织和病理组织之间图像明暗的对比。
MRI图像若主要反映组织间特征参数时，为T1WI，它反映的是组织T1的差别，T1WI有利于观察解剖结构。若主要反映组织间T2特征参数时，则为T2WI。T2WI对显示病变组织较好。还有一种称为质子密度加权像（protondensity weighted imaging，PDWI）的图像，其图像的对比主要依赖组织的质子密度。
MRI是多参数成像，因此，在MRI成像技术中，采用不同的扫描序列和成像参数，可获得T1WI、T2WI和PDWI。在经典的自旋回波序列中，通过调整重复时间（repetition time，TR）和回波时间（echo time，TE），就可得到上述3种图像。
MRI可获得人体横断位、冠状位、矢状位及任意倾斜层面的图像，有利于解剖结构和病变的三维显示和定位。
心血管内的血流由于流动迅速，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T1WI和T2WI中均呈黑色，这就是流空效应（flow void phenomenon）。这一效应使得心腔和血管不使用对比剂即可显影，是MRI成像的一个特点。流动血液信号与血流方向、速度、层流、湍流有关。
一些顺磁性和超磁性物质使局部产生磁场，可缩短周围质子弛豫时间，此现象称为质子弛豫增强效应。这一效应是MRI行对比剂增强检查的基础。钆是顺磁性物质，可作为MRI的对比剂。
MRI检查技术在临床上应用广泛，是医学影像学的一个飞跃，但也有其局限性。
MRI的多方位、多参数、多轴倾斜切层及三维空间对中枢神经系统病变的定位定性诊断极其优越。在对中枢神经系统疾病的诊断中，除对颅骨骨折及颅内急性出血不敏感外，其他如对脑部肿瘤、颅内感染、脑血管病变、脑白质病变、脑发育畸形、脑退行性病变、脑室及蛛网膜下腔病变、脑挫伤、颅内亚急性血肿以及脊髓的肿瘤、感染、血管性病变及外伤的诊断中，均具较大的优势。
MRI不产生骨伪影，对后颅凹及颅颈交界区病变的诊断优于CT。MRI具有软组织高分辨率特点及血管或血液流空效应，可清晰显示咽、喉、甲状腺、颈部淋巴结、血管及颈部肌肉。
纵隔内血管的流空效应及纵隔内脂肪的高信号特点，形成了纵隔MRI图像的优良对比。MRI对纵隔及肺门淋巴结肿大和占位性病变的诊断具有较高的价值，但对肺内钙化及小病灶的检出不敏感。运用心电门控触发技术，可以对心包病变、某些先天性心脏病做出准确诊断。MRI可显示心脏大血管内腔，故对心脏大血管的形态学与动力学的研究可在无创的检查中完成。特别是MR电影、MRA的应用，使得MRI检查在对心血管疾病的诊断方面具有良好的应用前景。
多参数技术在肝病变的鉴别诊断中具有重要价值。多参数技术使得大部分肝病变不需注入对比剂即可通过T1加权像和T2加权像直接诊断和鉴别肝囊肿、海绵状血管瘤、肝癌及转移癌。胰腺周围有脂肪衬托，采用抑脂技术可使胰腺得以充分显示，MRCP对胰胆管病变的显示具有独特的优势。肾与其周围脂肪囊在MRI图像上形成鲜明的对比，肾实质与肾盂内尿液也可形成良好对比，MRI对肾疾病的诊断具有重要价值。
MRI多方位、大视野成像可清晰显示盆腔的解剖结构。尤其对女性盆腔疾病诊断有价值，对盆腔内血管及淋巴结的鉴别比较容易。
MRI对四肢骨骨髓炎、四肢软组织内肿瘤及血管畸形有较好的显示效果，可清晰显示软骨、关节囊、关节液及关节韧带，对关节软骨损伤、韧带损伤、关节积液等病变的诊断具有其他影像学检查所无法比拟的价值，在关节软骨的变性与坏死诊断中，早于X线和CT等其他的影像学方法。
由于MRI磁场对电子器件及铁磁性物质的作用，有些患者不宜行此项检查，如植有心脏起搏器的患者；颅脑手术后动脉夹存留的患者；铁磁性植入物者；心脏手术后换有人工金属瓣膜患者，金属假肢和人工关节患者；体内有胰岛素泵、神经刺激器患者，以及妊娠3个月以内的早孕患者等均应视为MRI检查的禁忌证。