MRI设备的基本构成
MRI设备由主磁体、梯度系统、射频系统、计算机系统及谱仪和辅助设备组成。主磁体提供稳定的静磁场，按产生方式分为永磁、常导和超导型，临床常用0.35T永磁和1.5T超导。梯度系统包括梯度放大器和梯度线圈，用于空间定位、读出信号、扩散梯度场、流动补偿和流速编码。射频系统包括射频发生器、放大器、射频通道和射频线圈，作用类似无线电天线，激发人体产生共振并接收MR信号。计算机系统及谱仪负责时钟、频率、数据运算、控制扫描和显示图像。辅助设备包括空调、检查台、冷却系统和激光相机。
高场强主磁体优点包括提高信噪比、加快成像速度、利于MRS、脂肪抑制和BOLD效应，缺点为价格增高、噪音增加、SAR值升高和伪影增加。梯度场强和切换率影响成像速度，切换率越高爬升时间越短，梯度场强越高所需作用时间越短，但受安全限制。射频线圈按作用分为激励并接收的体线圈和仅接收的表面线圈，相控阵表面线圈可提高信噪比。接收线圈选择原则为适形靠近成像组织、适大略大于目标范围，线圈越小视野越小信噪比越高，距离组织越近信噪比越高，单位体积内线圈单元数越多信噪比越高。
人体MR成像的物质基础
磁性原子核总是绕自身轴旋转，称为自旋，自旋产生核磁。人体组织中氢质子含量最高，摩尔浓度99.0，相对磁化率1.0，是MRI信号的主要来源。组织中自由水T2为50~150ms，可被MRI探测；结合水T2仅10~20μs，信号不能被采集。组织信号来自自由水和脂肪，不含脂肪的组织信号来自自由水。通常人体内氢质子随机无序排列，磁化矢量相互抵消，不表现宏观磁化矢量。
进入主磁场后，氢质子自旋产生的小核磁与主磁场相互作用发生进动，每个质子的小核磁分为方向稳定的纵向磁化分矢量和旋转的横向磁化分矢量。平行同向与平行反向质子能量不同，低能级质子略多于高能级，相互抵消后产生宏观纵向磁化矢量Mz。室温下低能质子多出的比例极小，0.2T为1.3ppm，1.5T为9.6ppm，但正是这部分质子产生MRI信号，场强越高多出的质子越多，信噪比越高。不同组织氢质子含量不同，Mz也不同。
磁共振的产生与宏观效应
共振条件是频率一致，实质是能量传递。组织中的氢质子发生共振需要给低能态氢质子能量，使其进入高能状态。射频脉冲提供能量，脉冲激励后宏观磁化矢量发生偏转，偏转角度取决于脉冲能量即脉冲强度和持续时间。低能量小角度脉冲使磁化矢量偏转小角度，中等能量90度脉冲使Mz偏转90度到xy平面，高能量180度反转脉冲使磁化矢量反转180度。
90度脉冲激励后，低能态氢质子有一半进入高能态，质子数相等，Mz等于零，微观横向磁化矢量相加产生宏观横向磁化矢量Mxy。Mxy能被线圈探测，其大小反映组织氢质子含量即质子密度，可区分质子密度不同的组织。但仅区分质子密度远远不够，通常不是90度脉冲关闭后立刻采集信号，而是等待一段时间再进行采集，以利用组织弛豫特性产生对比。
纵向弛豫与T1值
射频脉冲关闭后，磁场慢慢回到平衡状态。纵向磁化矢量恢复的过程称为纵向弛豫，也称T1弛豫，是Mz逐渐恢复至最大值的过程。纵向弛豫机理是90度激发后低能质子群获能进入高能态，弛豫时高能质子群释放能量给周围分子晶格，因此也称自旋-晶格弛豫。该过程同样是共振过程，遵循共振原则。晶格振动频率接近质子进动频率时T1弛豫较快，如脂肪组织；晶格振动频率明显高于或低于质子进动频率时T1弛豫较慢，如纯水样液体和含很高浓度大分子蛋白的液体。
T1值描述组织T1弛豫的快慢，定义为Mz从零恢复到最大值63%所需的时间。不同组织质子群周围晶格特征不同，T1弛豫快慢不同，T1值不同。例如脂肪T1值约240ms，白质约680ms，灰质约809ms，脑脊液约2500ms。T1弛豫过程中能量从自旋质子群传递给其他分子，能量传递较慢，因此T1弛豫慢。
横向弛豫与T2值
90度激发脉冲关闭后，Mxy很快衰减，称为自由感应衰减。Mxy衰减是因为质子群逐渐失去相位一致。原因有二：一是自旋质子暴露于不均匀的主磁场中；二是自旋质子暴露在临近自旋质子、其他自旋原子核、电子的微磁场环境中，由于分子运动，质子周围微磁场不断波动。每个质子感受的磁场不均匀，根据Larmor定律，磁场高质子进动快，磁场低质子进动慢，同相位进动的质子群逐渐失去相位一致。
T2值描述组织T2弛豫的快慢，定义为Mxy从最大值衰减到只剩37%所需的时间。T2弛豫是质子群逐渐失去相位一致的过程，能量在自旋质子群内部传递即质子与质子之间传递，也称自旋-自旋弛豫。能量传递较快，因此T2弛豫快，T2远小于T1。
