宋小磊教授的研究领域包括：1）面向临床应用的新型磁共振分子影像(CEST，X-nucleus MRI，MPI等)；2）小动物预临床磁共振及多模态分子影像，融合多模态、多组学的智能诊疗平台；3）预临床和临床应用：肿瘤分子影像，脑和其他疾病代谢异常的时空分布，辅助药物和新疗法研发。

可反映分子代谢信息的活体成像对疾病诊疗、机理研究和药物研发有重要意义。宋小磊教授在荧光断层成像与化学交换饱和转移磁共振成像(CEST-MRI)的理论建模、采集与定量、探针开发和应用等环节进行研究开发，已在领域高水平期刊发表论文40余篇，获国际专利授权8项。主要成果包括:

1. 提出检测恶性肿瘤异常蛋白糖基化的MRI方法，兼具“无须注射探针”的安全方便和利用CEST检测肿瘤整体糖和蛋白含量的灵敏度优势；

2. 开发了引入“多饱和参数调制”的一系列CEST采集及定量方法，提升了特异性、鲁棒性和速度并突破应用瓶颈；

3. 发现了具有新频带包含阿司匹林代谢物的CEST探针，并结合快速采集实现了大鼠脑血管介入中灌注区域监测和多“色”成像

4. 在荧光成像引入小鼠解剖图谱的重建法被大量引用。未来拟利用CEST-MRI检测组织本身糖、脂和蛋白构成且通过外源性探针进行pH成像，建立评估卵巢肿瘤分子代谢的新方法并探索可“自学习”的新影像模式。