光、电、热和磁等都是生命科学测量中涉及到的重要物理量，其中使用最广的是光学成像。随着技术的不断发展，光学成像尤其是荧光成像，极大拓展了生物医学研究的视野。然而，光学成像往往受限于生物样品中的背景信号、荧光信号不稳定、较难绝对定量等不足，一定程度制约了其应用。磁共振成像（MRI）是一种不错的替代方案，由于其可穿透、低背景和稳定等特点，在一些重要生命科学场景下有很广泛的应用，如颅脑、神经、肌肉、肌腱、关节以及腹盆腔脏器病变的检查。虽然MRI有望解决光学成像的上述不足，但是却受限于低灵敏度和低空间分辨率，很难应用于组织水平微米至纳米级分辨率的成像。