神經成像（英語：Neuroimaging）是指能夠直接或間接地對神經系統，尤其是腦的功能、結構及藥理學特性進行成像的技術。這一領域涵蓋了醫學、神經科學和心理學的研究。神經成像可分為結構成像和功能成像兩類。前者用于展示腦的結構，幫助診斷腦部疾病；后者則顯示腦在執行特定任務時的代謝活動，常用于神經科學和心理學研究，也逐漸應用于臨床醫學。
歷史沿革
神經成像的歷史始于1918年，當時美國神經外科醫生Walter Dandy發明了腦室像技術，該技術基于X光成像對側腦室的空氣注射。1927年，葡萄牙神經科學家Egas Moniz開發了腦血管成像技術，能精確呈現顱內血管的情況。1970年，A. M. Cormack和G. N. Hounsfield發明了計算機斷層成像（CT），這項技術能夠提供高分辨率的腦結構圖像，兩位科學家也因此獲得了1979年的諾貝爾生理學或醫學獎。此后，放射性配子的發現催生了單光子發射計算機斷層成像（SPECT）和正電子發射成像（PET）這兩種新技術。核磁共振成像（MRI）由Peter Mansfield和Paul Lauterbur等人研發，他們在2003年因該項成就榮獲諾貝爾醫學或生理學獎。進入21世紀后，神經成像技術的進步使得功能性成像得以實現。
技術原理
計算機斷層成像
計算機斷層成像（CT）的基礎是利用不同方向的X射線，通過計算機將這些數據整合以重建斷面圖像。CT圖像的數值反映了物質對X射線的穿透能力，主要用于快速成像腦部損傷如組織水腫和腦室擴張。
擴散光學成像
擴散光學成像（DOI）采用近紅外光，基于血色素對光線的吸收特性，通過測量吸收光譜來計算血液中的氧含量。此技術能夠測量腦組織在外部刺激或執行功能時的代謝變化，具有較高的空間和時間分辨率，但受限于探測深度。
核磁共振成像
核磁共振成像（MRI）的核心原理是原子核自旋的射頻激發及其弛豫過程中的信號采集和處理。MRI設備的大磁體產生強靜磁場，使樣品中原子核的磁矩整齊排列。射頻線圈激發原子核并使其偏轉，隨后釋放出的電磁信號被接收線圈捕捉。梯度磁場用于空間編碼，計算機通過二維傅里葉變換等算法重建圖像。MRI圖像的對比度取決于不同的激發和采集模式，常見的對比度類型包括T1、T2和T2*。MRI能夠產生高清晰度的腦結構和功能圖像，其中功能核磁共振成像（fMRI）基于氧化血色素和去氧血紅蛋白的磁性質差異以及腦神經活動相關的血流量變化，能夠顯示多種感官、運動和認知活動期間的活躍區域。fMRI的空間分辨率通常在2至3毫米之間。
腦磁圖
腦磁圖（MEG）利用超導量子干涉器件（SQUID）測量腦神經活動產生的電電信號所引發的微弱磁信號。與fMRI不同，MEG直接測量神經活動，且磁信號不易受周圍組織影響。
正電子發射成像
正電子發射成像（PET）借助人工引入的放射性代謝物，通過檢測其在腦內衰變時產生的正電子來形成功能圖像。常用放射性標記物包括含氧-15的水和含氟-18的氟代脫氧葡萄糖。
單光子發射計算機斷層成像
單光子發射計算機斷層成像（SPECT）的工作原理類似于PET，但它檢測的是放射性物質衰變時產生的γ射線。與MRI相比，PET和SPECT的缺點是空間分辨率較低，且依賴放射性物質，但它們的優點在于靈活選擇不同的放射性標記物。
最新進展
隨著技術的不斷進步，神經成像的分辨率得到了顯著提升。2019年，人類大腦（尸檢）的MRI圖像空間分辨率達到了100微米的世界紀錄，這是一項歷時約100小時的成果。而在更廣泛的神經影像學領域，使用X射線斷層掃描的方法實現了25微米的超高分辨率，掃描時間為大約22小時。這些突破性的進展表明，未來的神經成像技術有望進一步提高精度，揭示更多關于腦部疾病的細節。
參考資料 >