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概覽

根據(jù)成像的模式，神經(jīng)成像可以分為

結(jié)構(gòu)成像，用來展現(xiàn)腦的結(jié)構(gòu)，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(xiàn)腦在進行某種任務(wù)（包括感覺，運動，認(rèn)知等功能）時的代謝活動。功能成像主要用于神經(jīng)科學(xué)和心理學(xué)研究，不過近來正逐步成為醫(yī)學(xué)神經(jīng)科診斷的新途徑。

歷史

1918年美國神經(jīng)外科醫(yī)生Walter Dandy發(fā)明了腦室像技術(shù)。Dandy的技術(shù)是基于X光成像對側(cè)腦室的空氣注射。1927年，葡萄牙神經(jīng)科學(xué)家Egas Moniz發(fā)明了腦血管成像技術(shù)。該技術(shù)能夠準(zhǔn)確呈現(xiàn)顱內(nèi)正常和異常的血管。1970年，A. M. Cormack和G. N. Hounsfield發(fā)明了計算機斷面成像技術(shù)。這種技術(shù)可以獲取較高分辨率的腦結(jié)構(gòu)圖像。他們兩人因此于1979年獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎。不久之后，放射性配子（Radioligand）的發(fā)明引發(fā)了兩種新的神經(jīng)成像技術(shù)，包括單光子發(fā)射計算機斷面成像（SPECT）和正電子發(fā)射成像（PET）。

核磁共振成像是一種較新的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。它的主要發(fā)明和開發(fā)者包括Peter Mansfield和Paul Lauterbur。他們因此于2003年獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎。21世紀(jì)初年，神經(jīng)成像的發(fā)展開始允許有限的神經(jīng)功能成像。

主要神經(jīng)成像技術(shù)

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數(shù)據(jù)進行整合，來重建斷面內(nèi)的圖像。這類圖像內(nèi)的數(shù)值反應(yīng)的是物質(zhì)對X射線的通透率。CT技術(shù)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(xué)成像

擴散光學(xué)成像（Diffusion Optical Imaging, DOI）是一種利用近紅外光的神經(jīng)成像方法。這種方法主要基于血紅蛋白對近紅外光的吸收。該方法可通過測量吸收光譜來計算血液中的氧含量。該技術(shù)可以用來測量腦組織對外部刺激或在執(zhí)行某種功能時的代謝變化，稱為 事件相關(guān)光學(xué)信號 （Event-related Optical Signal，EROS）。EROS的長處在于它較高的空間（毫米量級）和時間（毫秒量級）分辨率，缺點在于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(fā)以及對隨后弛豫過程中的射頻信號的采集和處理。MRI設(shè)備有一個大磁體產(chǎn)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。設(shè)備的射頻線圈在Larmor頻率激發(fā)這些原子核，使它們偏離這個方向，并隨后發(fā)生弛豫現(xiàn)象。接受線圈可以拾取弛豫過程中產(chǎn)生的電磁信號。設(shè)備的梯度磁場用來產(chǎn)生隨空間變化的磁場強度，從而實現(xiàn)空間編碼。通過二維傅立葉變換等方法，計算機可重建樣本的圖像。MRI圖像中的數(shù)值的含義（即對比度）由于MRI激發(fā)和采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。不同對比度的圖像有不同的生理學(xué)或解剖學(xué)含義。

MRI可以產(chǎn)生腦的高清晰度結(jié)構(gòu)或功能圖像。MRI結(jié)構(gòu)圖像可用于神經(jīng)科對于腦腫瘤，腦血管疾病（例如中風(fēng)）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(zhì)上的差別以及伴隨腦神經(jīng)活動的腦血流變化。fMRI可以用來展現(xiàn)各種感覺，運動，和認(rèn)知活動過程中的激活腦區(qū)。目前fMRI的空間分辨率多在2-3毫米左右。

腦磁圖

腦磁圖（Magnetoencephalography，MEG）的基本原理是腦的神經(jīng)活動時產(chǎn)生的電信號所產(chǎn)生的磁信號。超導(dǎo)量子干涉設(shè)備（SQUID)可以用來測量這種微弱的磁信號。與fMRI不同，MEG直接測量神經(jīng)活動。fMRI測量的是伴隨神經(jīng)活動的代謝變化。而且磁信號基本不受周邊組織的影響。

正電子發(fā)射成像

正電子發(fā)射成像（Position Emission Tomography, PET）使用人工引入的放射性代謝物質(zhì)。這種放射性代謝物質(zhì)被注射入血管。PET設(shè)備檢測改物質(zhì)在腦內(nèi)衰變時產(chǎn)生的正電子，來產(chǎn)生腦功能圖像。常用的放射性標(biāo)注物質(zhì)包括含氧-15的水和含氟-18的氯代脫氧葡萄糖。

單光子發(fā)射計算機斷面成像

單光子發(fā)射計算機斷面成像（Single photon emission computer tomography, SPECT）的基本原理與PET相似，但是改技術(shù)檢測的是放射性物質(zhì)衰變時產(chǎn)生的伽瑪射線。與MRI相比，PET和SPECT的共同缺點是較低的空間分辨率，以及對放射性物質(zhì)的使用。他們的主要優(yōu)點在于使用不同放射性標(biāo)注物質(zhì)的靈活性。

參見

神經(jīng)功能成像

醫(yī)學(xué)成像

腦

相關(guān)文獻與閱讀材料

Philip Ball. Brain Imaging Explained .

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