磁共振成像（MRI）是利用核磁共振（NMR）原理加上梯度磁场来探测发射的电磁波并绘制物体内部结构图像的技术。MRI的原理可以简单概括为：根据需要将样品分成几层薄层。每一层都可以分成一个小体积，称为体素。为每个体素校准一个标记，这个过程称为编码或空间定位。对某一层施加射频脉冲后，接收并解码该层的NMR信号，得到各体素的核磁共振信号。最后，根据体素与编码体素之间的对应关系，得到体素信号的大小，并显示在屏幕的相应像素上。其中，信号大小用不同的灰度级别表示。信号大的像素亮度高，信号小的像素亮度低。这样，就可以得到反映每个体素NMR信号大小的图像，即MRI图像。
MRI是近年来发展迅速的一项医学诊断技术，已广泛应用于各种疾病的发现和早期诊断。其中，磁共振成像造影剂是这一技术的重要组成部分。MR中的对比取决于质子自旋密度，以及纵向（T1）和横向（T2）弛豫时间（图1），对比剂可以显著增强T1加权或T2加权图像。临床上使用的钆螯合物缩短T1，从而增加了浓度依赖性的弛豫度r1（T1的倒数），从而在MR中产生增亮效果。或者，超顺磁性氧化铁纳米颗粒可以缩短T2（增加r2），导致信号减少，从而产生变暗效果。另外还有一种来自磁场不均匀性的减相效应，称为T2，通常比T1短。
图 1. 钆配合物与水的相互作用，导致水质子松弛
磁共振成像造影剂
常用的MRI造影剂及其基本分类的总结如下：
• 钆基造影剂
基于钆（III）的造影剂分为三大类：细胞外液（ECF）造影剂、血池造影剂（BPCAs）和器官特异性造影剂。
• 锰基造影剂
锰增强MRI（MEMRI）使用锰离子（Mn2+），这种造影剂在动物实验中有应用。Mn2+通过钙（Ca2+）通道进入细胞，因此，这组造影剂可用于功能性脑成像。先前的一项MRI研究表明，氧化石墨烯纳米片和氧化石墨烯纳米带的Mn2+碳纳米结构复合物是非常有效的MRI造影剂。
• 氧化铁造影剂
氧化铁造影剂有两种：超顺磁性氧化铁（SPIO）和超小超顺磁性氧化铁（USPIO）。超顺磁造影剂由氧化铁纳米颗粒的悬浮胶体组成。在成像过程中应用时，它们会降低吸收造影剂的组织中T2信号的强度。SPIO和USPIO在一些肝脏肿瘤的诊断中取得了成功的结果。
这组造影剂的纳米尺寸和颗粒形状允许不同的生物分布和应用，这是其他造影剂所无法观察到的。目前，纳米颗粒氧化铁是临床实践中使用的一种流行且独特的纳米颗粒剂。然而，由于复杂的现代分子和细胞成像技术，使疾病特异性生物标志物在微观和分子水平上可见，其他纳米颗粒作为潜在的MRI造影剂也得到了更多的关注。由于纳米技术的巨大进步，新型纳米颗粒MRI造影剂已被开发出来，其造影剂的造影剂能力以及其他功能得到了进一步提高。
• 铁铂造影剂
与氧化铁纳米粒子相比，超顺磁性铁铂粒子（SIPPs）具有显著改善的T2弛豫特性。SIPP已被磷脂包裹，以创建多功能SIPP隐形免疫胶束，以特异性靶向人类前列腺癌细胞。据我们所知，这些造影剂仍在研究中，尚未在人体中进行研究。
一般来说，MRI造影剂有三种基本类型，根据不同的标准进行分类。
1. 根据MRI造影剂的磁性中心，MRI造影剂可分为顺磁性物质、超顺磁性物质和铁磁性物质三大类。
2. 根据药代动力学特点，MRI造影剂可分为以下三类：非特异性细胞外造影剂、细胞结合及细胞内造影剂、血池造影剂。
3. 根据造影剂是否带电荷，顺磁共振成像造影剂可分为以下两种：非离子造影剂和离子造影剂。
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