神經成像泛指能夠直接或間接對神經系統（主要是腦）的功能、結構和藥理學特性進行成像的技術。神經成像是醫學、神經科學和心理學較新的一個領域。 概覽 根據成像的模式，神經成像可以分為 結構成像，用來展現腦的結構，從而輔助對一些腦疾病（例如腦腫瘤或腦外傷）的診斷。 功能成像，用來展現腦在進行某種任務（包括感覺，運動，認知等功能）時的代謝活動。功能成像主要用於神經科學和心理學研究，不過近來正逐步成為醫學神經科診斷的新途徑。 歷史 1918 年美國神經外科醫生 Walter Dandy 發明了腦室像技術。Dandy 的技術是基於 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 發明了腦血管成像技術。該技術能夠準確呈現顱內正常和異常的血管。1970 年，A M Cormack 和 G N Hounsfield 發明了計算機斷面成像技術。這種技術可以獲取較高解析度的腦結構影像。他們兩人因此於 1979 年獲得諾貝爾醫學或生理學獎。不久之後，放射性配子（Radioligand）的發明引發了兩種新的神經成像技術，包括單光子發射計算機斷面成像（SPECT）和正電子發射成像（PET）。 核磁共振成像是一種較新的醫學成像技術。它的主要發明和開發者包括 Peter Mansfield 和 Paul Lauterbur。他們因此於 2003 年獲得諾貝爾醫學或生理學獎。21 世紀初年，神經成像的發展開始允許有限的神經功能成像。 全腦（屍檢）MRI 影像空間解析度的世界紀錄是 2019 年實現的 100 微米（影像），樣本採集耗時約 100 小時。 整個人類大腦神經影像學的空間解析度世界紀錄（任何方法的記錄）是在 ESRF（歐洲同步輻射裝置機構）進行的 X 射線斷層掃描，其解析度約為 25 微米（屍檢方式進行），掃描時間約為 22 小時。 主要神經成像技術 計算機斷面成像 計算機斷面成像（CT），又稱電腦斷層掃描，其基本原理是利用不同方向上的 X 射線。計算機用來對這些來自不同方向的資料進行整合，來重建斷面內的影像。這類影像內的數值反應的是物質對 X 射線的通透率。CT 技術主要用來對腦進行快速成像，來觀察外傷引起的組織水腫和腦室擴張。 擴散光學成像 （Diffusion Optical Imaging DOI）是一種利用近紅外光的神經成像方法。這種方法主要基於血紅蛋白對近紅外光的吸收。該方法可透過測量吸收光譜來計算血液中的氧含量。該技術可以用來測量腦組織對外部刺激或在執行某種功能時的代謝變化，稱為事件相關光學訊號（Eventrelated Optical Signal，EROS）。EROS 的長處在於它較高的空間（毫米量級）和時間（毫秒量級）解析度，缺點在於它無法觀測深部腦組織的活動。 核磁共振成像 核磁共振成像的基本原理是對原子核自旋的射頻激發以及對隨後弛豫過程中的射頻訊號的採集和處理。MRI 裝置有一個大磁體產生的較大靜磁場，使得樣本原子核（主要是氫原子核）磁矩排列一致。裝置的射頻線圈在 Larmor 頻率激發這些原子核，使它們偏離這個方向，並隨後發生弛豫現象。接受線圈可以拾取弛豫過程中產生的電磁訊號。裝置的梯度磁場用來產生隨空間變化的磁場強度，從而實現空間編碼。透過二維傅立葉變換等方法，計算機可重建樣本的影像。MRI 影像中的數值的含義（即對比度）由於 MRI 激發和採集模式的不同而不同。常用的對比度有 T1 對比度，T2 對比度，T2 對比度等。不同對比度的影像有不同的生理學或解剖學含義。 MRI 可以產生腦的高畫質晰度結構或功能影像。MRI 結構影像可用於神經科對於腦腫瘤，腦血管疾病（例如中風）等的診斷。功能核磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI）的基本原理是氧化血紅蛋白和去氧血紅蛋白在磁性質上的差別以及伴隨腦神經活動的腦血流變化。fMRI 可以用來展現各種感覺，運動，和認知活動過程中的啟用腦區。目前 fMRI 的空間解析度多在 23 毫米左右。 當前核磁共振成像可能存在的較嚴重級醫學盲點 當前整個完整大腦（屍檢）的最高空間解析度記錄是 100 微米，來自馬薩諸塞州總醫院，該資料於 2019 年 10 月 30 日發表在《自然》雜誌上。 考慮到這是屍檢形式進行的影像採集，臨床上對病患檢查時的空間解析度往往要遠大於該水平（病患檢查時的呼吸、心跳等給空間解析度帶來不利的影響），當前磁共振成像盲點可能帶來的病理性疾病無法檢查出來情況舉例說明如下（現有診斷盲點可供未來核磁共振技術發展借鑑）： 腦磁圖 腦磁圖（Magnetoencephalography，MEG）的基本原理是腦的神經活動時產生的電訊號所產生的磁訊號。超導量子干涉裝置（SQUID）可以用來測量這種微弱的磁訊號。與 fMRI 不同，MEG 直接測量神經活動。fMRI 測量的是伴隨神經活動的代謝變化。而且磁訊號基本不受周邊組織的影響。 正電子發射成像 正電子發射成像（Position Emission Tomography PET）使用人工引入的放射性代謝物質。這種放射性代謝物質被注射入血管。PET 裝置檢測改物質在腦內衰變時產生的正電子，來產生腦功能影像。常用的放射性標註物質包括含氧 15 的水和含氟 18 的氟代脫氧葡萄糖。 單光子放射電腦斷層掃描 （Single photon emission computer tomography SPECT）的基本原理與 PET 相似，但是改技術檢測的是放射性物質衰變時產生的伽瑪射線。與 MRI 相比，PET 和 SPECT 的共同缺點是較低的空間解析度，以及對放射性物質的使用。他們的主要優點在於使用不同放射性標註物質的靈活性。 參見 神經功能成像 醫學成像 參考文獻 擴充套件閱讀 Philip Ball Brain Imaging Explained J Graham Beaumont 1983 Introduction to Neuropsychology New York The Guilford Press JeanPierre Changeux 1985 Neuronal Man The Biology of Mind New York Oxford University Press Malcom Jeeves 1994 Mind Fields Reflections on the Science of Mind and Brain Grand Rapids MI Baker Books Richard G Lister and Herbert J Weingartner 1991 Perspectives on Cognitive Neuroscience New York Oxford University Press James Mattson and Merrill Simon 1996 The Pioneers of NMR and Magnetic Resonance in Medicine United States Dean Books Company LarsGoran Nilsson and Hans J Markowitsch 1999 Cognitive Neuroscience of Memory Seattle Hogrefe Huber Publishers Donald A Norman 1981 Perspectives on Cognitive Science New Jersey Ablex Publishing Corporation Brenda Rapp 2001 The Handbook of Cognitive Neuropsychology Ann Arbor MI Psychology Press Category 放射線學