基本信息
MRI也就是核磁共振成像，英文全称是：nuclear magnetic resonance imaging，之所以后来不称为核磁共振而改称磁共振，是因为日本科学家提出其国家备受核武器伤害，为表示尊重，就把核字去掉了。
核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。为了避免与核医学中放射成像混淆，把它称为核磁共振成像术(MR)。
MR是一种生物磁自旋成像技术，它是利用原子核自旋运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激后产生信号，用探测器检测并输入计算机，经过处理转换在屏幕上显示图像。
技术特点
磁共振成像是断层成像的一种，它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号,并重建出人体信息。1946年斯坦福大学的Flelix Bloch和哈佛大学的Edward Purcell各自独立的发现了核磁共振现象。磁共振成像技术正是基于这一物理现象。1972年Paul Lauterbur 发展了一套对核磁共振信号进行空间编码的方法，这种方法可以重建出人体图像。
磁共振成像技术与其它断层成像技术（如CT）有一些共同点，比如它们都可以显示某种物理量（如密度）在空间中的分布；同时也有它自身的特色，磁共振成像可以得到任何方向的断层图像，三维体图像，甚至可以得到空间－波谱分布的四维图像。
像PET和SPET一样，用于成像的磁共振信号直接来自于物体本身，也可以说，磁共振成像也是一种发射断层成像。但与PET和SPET不同的是磁共振成像不用注射放射性同位素就可成像。这一点也使磁共振成像技术更加安全。
从磁共振图像中我们可以得到物质的多种物理特性参数，如质子密度，自旋－晶格驰豫时间T1，自旋－自旋驰豫时间T2，扩散系数，磁化系数，化学位移等等。对比其它成像技术（如CT 超声 PET等）磁共振成像方式更加多样，成像原理更加复杂，所得到信息也更加丰富。因此磁共振成像成为医学影像中一个热门的研究方向。
MR也存在不足之处。它的空间分辨率不及CT，带有心脏起搏器的患者或有某些金属异物的部位不能作MR的检查，另外价格比较昂贵。
成像原理
核磁共振成像原理：原子核带有正电，许多元素的原子核，如1H、19FT和31P等进行自旋运动。通常情况下，原子核自旋轴的排列是无规律的，但将其置于外加磁场中时，核自旋空间取向从无序向有序过渡。这样一来，自旋的核同时也以自旋轴和外加磁场的向量方向的夹角绕外加磁场向量旋进，这种旋进叫做拉莫尔旋进，就像旋转的陀螺在地球的重力下的转动。自旋系统的磁化矢量由零逐渐增长，当系统达到平衡时，磁化强度达到稳定值。如果此时核自旋系统受到外界作用，如一定频率的射频激发原子核即可引起共振效应。这样，自旋核还要在射频方向上旋进，这种叠加的旋进状态叫做章动。在射频脉冲停止后，自旋系统已激化的原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这许多信号检出，并使之能进行空间分辨，就得到运动中原子核分布图像。原子核从激化的状态回复到平衡排列状态的过程叫弛豫过程。它所需的时间叫弛豫时间。弛豫时间有两种即T1和T2，T1为自旋-点阵或纵向驰豫时间T2，T2为自旋-自旋或横向弛豫时间。
磁共振最常用的核是氢原子核质子（1H），因为它的信号最强，在人体组织内也广泛存在。影响磁共振影像因素包括：(a)质子的密度；(b)弛豫时间长短；(c)血液和脑脊液的流动；(d)顺磁性物质(e)蛋白质。磁共振影像灰阶特点是，磁共振信号愈强，则亮度愈大，磁共振的信号弱，则亮度也小，从白色、灰色到黑色。各种组织磁共振影像灰阶特点如下；脂肪组织，松质骨呈白色；脑脊髓、骨髓呈白灰色；内脏、肌肉呈灰白色；液体，正常速度流血液呈黑色；骨皮质、气体、含气肺呈黑色。
核磁共振的另一特点是流动液体不产生信号称为流动效应或流动空白效应。因此血管是灰白色管状结构，而血液为无信号的黑色。这样使血管很容易软组织分开。正常脊髓周围有脑脊液包围，脑脊液为黑色的，并有白色的硬膜为脂肪所衬托，使脊髓显示为白色的强信号结构。核磁共振已应用于全身各系统的成像诊断。效果最佳的是颅脑，及其脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等。对心血管疾病不但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化，而且可作心室分析，进行定性及半定量的诊断，可作多个切面图，空间分辨率高，显示心脏及病变全貌，及其与周围结构的关系，优于其他X线成像、二维超声、核素及CT检查。在对脑脊髓病变诊断时，可作冠状、矢状及
横断面像。
医疗价值
MR提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术，而且不同于已有的成像术，因此，它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。它可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像，不会产生CT检测中的伪影；不需注射造影剂；无电离辐射，对机体没有不良影响。MR对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效，同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。
检查目的：颅脑及脊柱、脊髓病变，五官科疾病，心脏疾病，纵膈肿块，骨关节和肌肉病变，子宫、卵巢、膀胱、前列腺、肝、肾、胰等部位的病变。
优点：1．MRI对人体没有损伤；
2．MRI能获得脑和脊髓的立体图像，不像CT那样一层一层地扫描而有可能漏掉病变部位； 3．能诊断心脏病变，CT因扫描速度慢而难以胜任；
4．对膀胱、直肠、子宫、阴道、骨、关节、肌肉等部位的检查优于CT。
缺点:1．和CT一样，MRI也是影像诊断，很多病变单凭MRI仍难以确诊，不像内窥镜可同时获得影像和病理两方面的诊断； 2．对肺部的检查不优于X线或CT检查，对肝脏、胰腺、肾上腺、前列腺的检查不比CT优越，但费用要高昂得多； 3．对胃肠道的病变不如内窥镜检查； 4．体内留有金属物品者不宜接受MRI。 5. 危重病人不能做 6.妊娠3个月内的 7.带有心脏起搏器的
注意事项
核磁共振检查的注意事项
由于在核磁共振机器及核磁共振检查室内存在非常强大的磁场，因此，装有心脏起搏器者，以及血管手术后留有金属夹、金属支架者，或其他的冠状动脉、食管、前列腺、胆道进行金属支架手术者，绝对严禁作核磁共振检查，否则，由于金属受强大磁场的吸引而移动，将可能产生严重后果以致生命危险。一般在医院的核磁共振检查室门外，都有红色或黄色的醒目标志注明绝对严禁进行核磁共振检查的情况。 身体内有不能除去的其他金属异物，如金属内固定物、人工关节、金属假牙、支架、银夹、弹片等金属存留者，为检查的相对禁忌，必须检查时，应严密观察，以防检查中金属在强大磁场中移动而损伤邻近大血管和重要组织，产生严重后果，如无特殊必要一般不要接受核磁共振检查。有金属避孕环及活动的金属假牙者一定要取出后再进行检查。 有时，遗留在体内的金属铁离子可能影响图像质量，甚至影响正确诊断。
在进入核磁共振检查室之前，应去除身上带的手机、呼机、磁卡、手表、硬币、钥匙、打火机、金属皮带、金属项链、金属耳环、金属纽扣及其他金属饰品或金属物品。否则，检查时可能影响磁场的均匀性，造成图像的干扰，形成伪影，不利于病灶的显示；而且由于强磁场的作用，金属物品可能被吸进核磁共振机，从而对非常昂贵的核磁共振机造成破坏；另外，手机、呼机、磁卡、手表等物品也可能会遭到强磁场的破坏，而造成个人财物不必要的损失。
近年来，随着科技的进步与发展，有许多骨科内固定物，特别是脊柱的内固定物，开始用钛合金或钛金属制成。由于钛金属不受磁场的吸引，在磁场中不会移动。因此体内有钛金属内固定物的病人，进行核磁共振检查时是安全的；而且钛金属也不会对核磁共振的图像产生干扰。这对于患有脊柱疾病并且需要接受脊柱内固定手术的病人是非常有价值的。但是钛合金和钛金属制成的内固定物价格昂贵，在一定程度上影响了它的推广应用。 MRI检查适应症
1、神经系统病变：脑梗塞、脑肿瘤、炎症、变性病、先天畸形、外伤等，为应用最早的人体系统，目前积累了丰富的经验，对病变的定位、定性诊断较为准确、及时，可发现早期病变。
2、心血管系统：可用于心脏病、心肌病、心包肿瘤、心包积液以及附壁血栓、内膜片的剥离等的诊断。
3、胸部病变：纵隔内的肿物、淋巴结以及胸膜病变等，可以显示肺内团块与较大气管和血管的关系等。
4、腹部器官：肝癌、肝血管瘤及肝囊肿的诊断与鉴别诊断，腹内肿块的诊断与鉴别诊断，尤其是腹膜后的病变。 5、盆腔脏器；子宫肌瘤、子宫其它肿瘤、卵巢肿瘤，盆腔内包块的定性定位，直肠、前列腺和膀胱的肿物等。
6、骨与关节：骨内感染、肿瘤、外伤的诊断与病变范围，尤其对一些细微的改变如骨挫伤等有较大价值，关节内软骨、韧带、半月板、滑膜、滑液囊等病变及骨髓病变有较高诊断价值。
7、全身软组织病变：无论来源于神经、血管、淋巴管、肌肉、结缔组织的肿瘤、感染、变性病变等，皆可做出较为准确的定位、定性的诊断。固体在恒定磁场和高频交变电磁场的共同作用下，在某一频率附近产生对高频电磁场的共振吸收现象。在恒定外磁场作用下固体发生磁化，固体中的元磁矩均要绕外磁场进动。由于存在阻尼，这种进动很快衰减掉。但若在垂直于外磁场的方向上加一高频电磁场，当其频率与进动频率一致时，就会从交变电磁场中吸收能量以维持其进动，固体对入射的高频电磁场能量在上述频率处产生一个共振吸收峰。若产生磁共振的磁矩是顺磁体中的原子（或离子）磁矩，则称为顺磁共振；若磁矩是原子核的自旋磁矩，则称为核磁共振。若磁矩为铁磁体中的电子自旋磁矩，则称为铁磁共振。核磁矩比电子磁矩约小3个数量级，故核磁共振的频率和灵敏度比顺磁共振低得多；同理，弱磁物质的磁共振灵敏度又比强磁物质低。从量子力学观点看，在外磁场作用下电子和原子核的磁矩是空间量子化的，相应地具有离散能级。当外加高频电磁场的能量子hv等于能级间距时，电子或原子核就从高频电磁场吸收能量，使之从低能级跃迁到高能级，从而在共振频率处形成吸收峰。
利用顺磁共振可研究分子结构及晶体中缺陷的电子结构等。核磁共振谱不仅与物质的化学元素有关，而且还受原子周围的化学环境的影响，故核磁共振已成为研究固体结构、化学键和相变过程的重要手段。核磁共振成像技术与超声和X射线成像技术一样已普遍应用于医疗检查。铁磁共振是研究铁磁体中的动态过程和测量磁性参量的重要方法。
电子顺磁共振
电子顺磁共振（electron paramagnanetic reso-nance，EPR）由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术，可用于从定性和定量方面检测物质原子或分子中所含的不配对电子，并探索其周围环境的结构特性。对自由基而言，轨道磁矩几乎不起作用，总磁矩的绝大部分（99％以上）的贡献来自电子自旋，所以电子顺磁共振亦称“电子自旋共振”（ESR）。
EPR现象首先是由苏联物理学家 E．K．扎沃伊斯基于1944年从MnCl2、CuCl2等顺磁性盐类发现的。物理学家最初用这种技术研究某些复杂原子的电子结构、晶体结构、偶极矩及分子结构等问题。以后化学家根据EPR测量结果，阐明了复杂的有机化合物中的化学键和电子密度分布以及与反应机理有关的许多问题。美国的B．康芒纳等人于1954年首次将EPR技术引入生物学的领域之中，他们在一些植物与动物材料中观察到有自由基存在。60年代以来，由于仪器不断改进和技术不断创新，EPR技术至今已在物理学、半导体、有机化学、络合物化学、辐射化学、化工、海洋化学、催化剂、生物学、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域内得到广泛的应用。 基本原理电子是具有一定质量和带负电荷的一种基本粒子，它能进行两种运动；一种是在围绕原子核的轨道上运动，另一种是对通过其中心的轴所作的自旋。由于电子的运动产生力矩，在运动中产生电流和磁矩。在外加恒磁场H中，电子磁矩的作用如同细小的磁棒或磁针，由于电子的自旋量子数为1/2，故电子在外磁场中只有两种取向：一与H平行，对应于低能级，能量为-1/2gβH；一与H逆平行，对应于高能级，能量为+1/2gβH，两能级之间的能量差为gβH。若在垂直于H的方向，加上频率为v的电磁波使恰能满足hv=gβH这一条件时，低能级的电子即吸收电磁波能量而跃迁到高能级，此即所谓EPR现象。在上述产生EPR现象的基本条件中，h为普朗克常数，g为波谱分裂因子（简称g因子或g值），β为电子磁矩的自然单位，称玻尔磁子。以自由电子的g值=2.00232，β=9.2710×10-21尔格/高斯，h=6.62620×10-27尔格·秒，代入上式，可得电磁波频率与共振磁场之间的关系式： （兆赫）=2.8025H（高斯） 主要检测对象 可分为两大类：
①在分子轨道中出现不配对电子（或称单电子）的物质。如自由基（含有一个单电子的分子）、双基及多基（含有两个及两个以上单电子的分子）、三重态分子（在分子轨道中亦具有两个单电子，但它们相距很近，彼此间有很强的磁的相互作用，与双基不同）等。 ②在原子轨道中出现单电子的物质，如碱金属的原子、过渡金属离子（包括铁族、钯族、铂族离子，它们依次具有未充满的3d，4d，5d壳层）、稀土金属离子（具有未充满的4f壳层）等。
EPR波谱仪 绝大多数仪器工作于微波区，通常采用固定微波频率v，而改变磁场强度H来达到共振条件。但实际上v若太低，则所用波导答尺寸要加大，变得笨重，加工不便，成本贵；而v又不能太高，否则H必须相应提高，这时电磁铁中的导线匝数要加多，导线加祖，磁铁要加大，亦使加工困难。常用的微波频率有下列3种情况（见表）。 其中尤以X波带最为常用。
波谱仪由4个部件组成：①微波发生与传导系统；②谐振腔系统；③电磁铁系统；④调制和检测系统。
EPR波谱的主要特性 由于通常采用高频调场以提高仪器灵敏度，记录仪上记出的不是微波吸收曲线（由吸收系数X''对磁场强度H作图）本身，而是它对H的一次微分曲线。后者的两个极值对应于吸收曲线上斜率最大的两点，而它与基线的交点对应于吸收曲线的顶点。 g值从共振条件hv=gβH看来，h、β为常数，在微波频率固定后，v亦为常数，余下的g与H二者成反比关系，因此g足以表明共振磁场的位置。g值在本质上反映出一种物质分子内局部磁场的特征，这种局部磁场主要来自轨道磁矩。自旋运动与轨道运动的偶合作用越强，则g值对ge（自由电子的g值）的增值越大，因此g值能提供分子结构的信息。对于只含C、H、N和O的自由基，g值非常接近ge，其增值只有千分之几。
当单电子定域在硫原子时，g值为2.02-2.06。多数过渡金属离子及其化合物的g值就远离ge，原因就是它们原子中轨道磁矩的贡献很大。例如在一种Fe3+络合物中，g值高达9.7。
线宽通常用一次微分曲线上两极值之间的距离表示（以高斯为单位），称“峰对峰宽度”，记作ΔHpp。线宽可作为对电子自旋与其环境所起磁的相互作用的一种检测，理论上的线宽应为无限小，但实际上由于多种原因它被大大的增宽了。
超精细结构如在单电子附近存在具有磁性的原子核，通过二者自旋磁矩的相互作用，使单一的共振吸收谱线分裂成许多较狭的谱线，它们被称为波谱的超精细结构。设n为磁性核的个数，I为它的核自旋量子数，原来的单峰波谱便分裂成（2nI＋1）条谱线，相对强度服从于一定规律。在化学和生物学中最常见的磁性核为1H及14N，它们的I各为1/2及1。如有n个1H原子存在，即得（n＋1）条谱线，相对强度服从于（1＋x）n中的二项式分配系数。如有n个14N原子存在，即得（2n＋1）条谱线，相对强度服从于（1＋x＋X2）n中的3项式分配系数。超精细结构对于自由基的鉴定具有重要价值。
吸收曲线下所包的面积可从一次微分曲线进行两次积分算出，与含已知数的单电子的标准样品作比较，可测出试样中单电子的含量，即自旋浓度。
在生物学中的应用研究生物组织中的自由基在冻干的动物组织和植物组织内均检测出自由基，而在代谢过程活跃的组织（如绿叶、肝、肾）样品内，自由基含量很高。又在蚁、果蝇、活鼠鼠尾。腐黑物、植物树脂和各种动物与植物来源的黑素内均测知有自由基存在。 研究酶促反应中的自由基直接证实了L．米夏埃利斯关于生物底物的氧化有阶段性的假说（见生物氧化），已知有半醌型自由基作为中间产物生成，自由基浓度随着电子转移速率或酶活性而增大。在某些情况下，可利用超精细结构来鉴定自由基，并进而提供关于酶催化机理的信息和探测有关酶的活性部位的结构。
研究光合原初反应证明在叶绿体、活的水藻和能进行光合作用的细菌中有光照所引起的自由基生成，它们全部参与光合电子传递链。这有助于阐明太阳能转换成化学能的本质。
研究辐射原初过程对于生物物质受高能辐射作用后所产生的自由基作定性与定量的检测，已提供了辐射损伤程度及损伤部位的信息。还从较深入的研究得出涉及辐射效应的原初机理、氧效应、能量转移、自旋转移、生物物质的辐射敏感性、辐射防护和辐射敏化的许多极为重要的结果。
研究癌变过程中的自由基已观察到某些癌组织内的自由基含量低于正常组织。在用多种致癌物喂大鼠后，肝内可检出一个特征信号，在癌的诊断中可能有重要价值。还证明了由致癌物在组织中形成自由基的现象。
研究生物组织中的顺磁金属离子（包括过渡族金属离子）对一些动物组织、植物材料和微生物都能见到铜（Ⅱ）、锰（Ⅱ）或铁的EPR信号。已用EPR技术证实了一些含顺磁性金属的酶的活性与这些金属的原子价态直接有关，这些金属离子可能参与底物与酶的结合，例如黄嘌呤氧化酶中的钼、琥珀酸脱氨酶中的铁、血浆铜蓝蛋白中的铜。
对血红蛋白、肌红蛋白及其数种衍生物的单晶，用EPR法测出的血红素平面对外界晶轴的取向，比用别的方法所得结果更准确，且提供了有关分子中央铁原子的化学键的信息，井证明血红蛋白分子内4个血红素平面并不相互平行。
许多铁硫蛋白的发现，多半是由于EPR测定结果，在其活性部位的鉴定和了解结构与功能的关系方面，EPR亦作出了主要贡献。 自旋标记法由美国的 H．M．麦康奈尔于1965年首创，系指将一种稳定的自由基（最常用者为氮氧自由基）结合到单个分子或处于较复杂系统内的分子上的特定部位，而从EPR波谱取得有关标记物环境的信息。在进行自旋标记时，应注意到尽量保持专一性和减少对天然系统的生物特性和分子特性引起的扰动。自旋标记物有4个优点：①对溶剂的极性敏感，因此得以探究标记物周围环境的疏水性或亲水性；②对分子转动速率极为敏感，因此能计测标记物的环境内所容许的活动程度，特别是计测由某种生化过程引起生物分子构象的改变；③EPR波谱较简单，易于分析，由14N引起的三峰波谱能提供许多有价值的信息；④不存在来自抗磁性环境的干扰信号。
自旋标记物可通过共价键或通过象酶与辅酶、酶与底物、抗体与半抗原，以及膜与甾体的相互作用中所包含的那些非共价的引力被连接到目的物。自旋标记法现已被广泛应用于研究生物高分子的构象、酶的活性部位的结构、脂质体和生物膜的结构及应用于免疫分析。
电子顺磁共振
电子顺磁共振（electron paramagnanetic reso-nance，EPR）由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术，可用于从定性和定量方面检测物质原子或分子中所含的不配对电子，并探索其周围环境的结构特性。对自由基而言，轨道磁矩几乎不起作用，总磁矩的绝大部分（99％以上）的贡献来自电子自旋，所以电子顺磁共振亦称“电子自旋共振”（ESR）。
EPR现象首先是由苏联物理学家 E．K．扎沃伊斯基于1944年从MnCl2、CuCl2等顺磁性盐类发现的。物理学家最初用这种技术研究某些复杂原子的电子结构、晶体结构、偶极矩及分子结构等问题。以后化学家根据EPR测量结果，阐明了复杂的有机化合物中的化学键和电子密度分布以及与反应机理有关的许多问题。美国的B．康芒纳等人于1954年首次将EPR技术引入生物学的领域之中，他们在一些植物与动物材料中观察到有自由基存在。60年代以来，由于仪器不断改进和技术不断创新，EPR技术至今已在物理学、半导体、有机化学、络合物化学、辐射化学、化工、海洋化学、催化剂、生物学、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域内得到广泛的应用。
基本原理电子是具有一定质量和带负电荷的一种基本粒子，它能进行两种运动；一种是在围绕原子核的轨道上运动，另一种是对通过其中心的轴所作的自旋。由于电子的运动产生力矩，在运动中产生电流和磁矩。在外加恒磁场H中，电子磁矩的作用如同细小的磁棒或磁针，由于电子的自旋量子数为1/2，故电子在外磁场中只有两种取向：一与H平
若在垂直于H的方向，加上频率为v的电磁波使恰能满足hv=gβH这一条件时，低能级的电子即吸收电磁波能量而跃迁到高能级，此即所谓EPR现象。在上述产生EPR现象的基本条件中，h为普朗克常数，g为波谱分裂因子（简称g因子或g值），β为电子磁矩的自然单位，称玻尔磁子。以自由电子的g值=2.00232，β=9.2710×10-21尔格/高斯，h=6.62620×10-27尔格·秒，代入上式，可得电磁波频率与共振磁场之间的关系式：
（兆赫）=2.8025H（高斯）
主要检测对象 可分为两大类：
①在分子轨道中出现不配对电子（或称单电子）的物质。如自由基（含有一个单电子的分子）、双基及多基（含有两个及两个以上单电子的分子）、三重态分子（在分子轨道中亦具有两个单电子，但它们相距很近，彼此间有很强的磁的相互作用，与双基不同）等。
②在原子轨道中出现单电子的物质，如碱金属的原子、过渡金属离子（包括铁族、钯族、铂族离子，它们依次具有未充满的3d，4d，5d壳层）、稀土金属离子（具有未充满的4f壳层）等。
EPR波谱仪 绝大多数仪器工作于微波区，通常采用固定微波频率v，而改变磁场强度H来达到共振条件。但实际上v若太低，则所用波导答尺寸要加大，变得笨重，加工不便，成本贵；而v又不能太高，否则H必须相应提高，这时电磁铁中的导线匝数要加多，导线加祖，磁铁要加大，亦使加工困难。常用的微波频率有下列3种情况（见表）。