การถ่ายภาพระบบประสาท
ภาพ MRI ศีรษะในแนวระนาบข้างขมับในผู้ป่วยที่มีภาวะศีรษะโต ผิดปกติทางพันธุกรรมชนิดไม่ร้ายแรง
วัตถุประสงค์	โดยอ้อม (โดยตรง) โครงสร้างภาพ หน้าที่/เภสัชวิทยาของระบบประสาท

การถ่ายภาพ ระบบประสาท (Neuroimaging ) คือการใช้เทคนิคเชิงปริมาณ (เชิงคำนวณ) เพื่อศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของระบบประสาทส่วนกลางซึ่งพัฒนาขึ้นเพื่อเป็นวิธีการศึกษาทางวิทยาศาสตร์อย่างเป็นกลางเกี่ยวกับสมองของมนุษย์ที่มีสุขภาพดีโดยไม่รุกรานร่างกาย ปัจจุบันมีการนำไปใช้ในการศึกษาเชิงปริมาณเกี่ยวกับโรคทางสมองและโรคทางจิตเวชมากขึ้นเรื่อยๆ การถ่ายภาพระบบประสาทเป็นศาสตร์สหวิทยาการที่เกี่ยวข้องกับประสาทวิทยา วิทยาการคอมพิวเตอร์ จิตวิทยา และสถิติ และไม่ใช่สาขาเฉพาะทางทางการแพทย์

บางครั้งอาจสับสนระหว่างการถ่ายภาพระบบประสาท (Neuroimaging) กับรังสีวิทยาระบบประสาท ( Neuroradiology) รังสีวิทยาระบบประสาทเป็นสาขาทางการแพทย์ที่ใช้การถ่ายภาพสมองแบบไม่ใช้สถิติในสถานพยาบาล โดยมีรังสีแพทย์เป็นผู้ปฏิบัติงาน รังสีวิทยาระบบประสาทมุ่งเน้นไปที่การตรวจหาความผิดปกติของสมอง เช่น โรคหลอดเลือดสมอง โรคหลอดเลือดสมองตีบ เนื้องอก และโรคอักเสบ แตกต่างจากการถ่ายภาพระบบประสาท รังสีวิทยาระบบประสาทเป็นวิธีการเชิงคุณภาพ (อาศัยความประทับใจส่วนตัวและการฝึกอบรมทางคลินิกอย่างกว้างขวาง) แต่บางครั้งก็ใช้วิธีการเชิงปริมาณขั้นพื้นฐาน เทคนิคการถ่ายภาพสมองเชิงฟังก์ชัน เช่นการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเชิงฟังก์ชัน (fMRI) เป็นเรื่องปกติในการถ่ายภาพระบบประสาท แต่ไม่ค่อยได้ใช้ในรังสีวิทยาระบบประสาท

การถ่ายภาพระบบประสาทแบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ๆ คือ การถ่ายภาพระบบประสาทเชิงโครงสร้างและการถ่ายภาพระบบประสาทเชิงหน้าที่ การถ่ายภาพระบบประสาทเชิงโครงสร้างใช้เพื่อวัดปริมาณและให้ภาพรายละเอียดของกายวิภาคของสมอง เช่น MRI เชิงโครงสร้าง และ การวัดรูปร่างตามพิกเซล ( voxel-based morphometry ) การถ่ายภาพระบบประสาทเชิงหน้าที่ใช้เพื่อศึกษาการทำงานของสมอง ซึ่งมักใช้ fMRI, การตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบโพซิตรอน (PET) และการตรวจวัดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสมอง (MEG)

จุดเริ่มต้นแรกในประวัติศาสตร์ของการถ่ายภาพระบบประสาทนั้นย้อนกลับไปถึงนักประสาทวิทยาชาวอิตาลีAngelo Mossoผู้คิดค้น 'สมดุลการไหลเวียนโลหิตของมนุษย์' ซึ่งสามารถวัดการกระจายตัวของเลือดในระหว่างกิจกรรมทางอารมณ์และสติปัญญาได้โดย ไม่รุกราน ^{[ 1 ]}

ในปี พ.ศ. 2461 ศัลยแพทย์ระบบประสาทชาวอเมริกันWalter Dandyได้แนะนำเทคนิคเวนทริคูโลกราฟี (ventriculography ) โดยได้ภาพ เอกซเรย์ของระบบโพรงสมองภายในสมองโดยการฉีดอากาศที่กรองแล้วเข้าไปในโพรงสมองด้านข้างข้าง ใดข้างหนึ่งหรือทั้งสองข้างโดยตรง Dandy ยังสังเกตเห็นว่าอากาศที่ฉีดเข้าไปในช่องใต้เยื่อหุ้มสมองชั้นนอก (subarachnoid space ) ผ่านการเจาะไขสันหลังส่วนเอวสามารถเข้าไปในโพรงสมองและแสดงให้เห็นช่องของเหลวในไขสันหลังรอบฐานสมองและบนพื้นผิวของสมองได้ เทคนิคนี้ต่อมาเรียกว่า นิวโมเอนเซฟาโลก ราฟี (pneumoencephalography ) ^{[ 2 ]}

ในปี พ.ศ. 2460 Egas Monizได้แนะนำการตรวจหลอดเลือดสมองซึ่งทำให้สามารถมองเห็นหลอดเลือดทั้งปกติและผิดปกติในและรอบ ๆ สมองได้อย่างแม่นยำ^{[ 3 ]}

ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 อัลลัน แมคเลียด คอร์แมคและก็อดฟรี นิวโบลด์ ฮาวน์สฟิลด์ได้นำการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบแกน (CAT scanning) ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ การตรวจ เอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (CT scanning) มาใช้ ทำให้ได้ภาพทางกายวิภาคของสมองที่มีรายละเอียดมากขึ้นเพื่อการวินิจฉัยและการวิจัย คอร์แมคและฮาวน์สฟิลด์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ ในปี 1979 จากผลงานของพวกเขา หลังจากที่นำ CAT มาใช้ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 การพัฒนาสารกัมมันตรังสีทำให้สามารถทำการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบเอกซ์เรย์คอมพิวเตอร์แบบเอกซ์เรย์ปล่อยโฟตอนเดี่ยว (SPECT) และการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบเอกซ์เรย์ปล่อยโพซิตรอน (PET scan) ของสมองได้^{[ 4 ]}

ในเวลาเดียวกันโดยประมาณการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI หรือการสแกน MR) ได้รับการพัฒนาโดยนักวิจัยรวมถึงPeter MansfieldและPaul Lauterburซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี 2003 ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 MRI ได้ถูกนำมาใช้ในทางคลินิก และในช่วงทศวรรษ 1980 ความก้าวหน้าอย่างมากในการปรับปรุงทางเทคนิคและการประยุกต์ใช้ MRI ในการวินิจฉัยโรคได้เกิดขึ้น ในไม่ช้าก็เห็นได้ชัดว่าการเปลี่ยนแปลงการไหลเวียนของเลือดขนาดใหญ่ที่วัดได้ด้วย PET สามารถถ่ายภาพได้ด้วย MRI ประเภทที่ถูกต้อง ดังนั้นจึงมีการพัฒนาการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเชิงฟังก์ชัน (fMRI) ซึ่งตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา ได้เข้ามามีบทบาทสำคัญในด้านการทำแผนที่สมองเนื่องจากการรุกรานต่ำ ไม่มีการสัมผัสกับรังสี และมีให้บริการอย่างแพร่หลาย^{[ 5 ]} ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 สาขาการถ่ายภาพประสาทได้มาถึงจุดที่การประยุกต์ใช้การถ่ายภาพสมองเชิงฟังก์ชันในทางปฏิบัติอย่างจำกัดเป็นไปได้ พื้นที่การใช้งานหลักคือรูปแบบพื้นฐานของ อินเทอร์เฟซสมอง - คอมพิวเตอร์^{[ 6 ] [ 7 ]}

สถิติโลกด้านความละเอียดเชิงพื้นที่ของภาพ MRI สมองทั้งตัวคือภาพที่มีปริมาตร 100 ไมโครเมตร ซึ่งทำได้ในปี 2019 การเก็บตัวอย่างใช้เวลาประมาณ 100 ชั่วโมง^{[ 8 ]}สถิติโลกด้านความละเอียดเชิงพื้นที่ของสมองมนุษย์ทั้งตัวด้วยวิธีใดๆ ก็ตามคือการสแกนเอกซเรย์โทโมกราฟีที่ดำเนินการที่ ESRF (European synchrotron radiation facility) ซึ่งมีความละเอียดประมาณ 25 ไมครอนและใช้เวลาประมาณ 22 ชั่วโมง การสแกนนี้เป็นส่วนหนึ่งของแผนที่อวัยวะมนุษย์ซึ่งมีการสแกนเอกซเรย์โทโมกราฟีของอวัยวะอื่นๆ ในร่างกายมนุษย์ด้วยความละเอียดเดียวกัน^{[ 9 ] [ 10 ]}

แนวคิดสำคัญสำหรับการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือ เวกเตอร์การทำให้เป็นแม่เหล็กสุทธิสามารถเคลื่อนที่ได้โดยการให้พลังงานแก่ระบบสปินด้วยความถี่ที่เท่ากับความแตกต่างของพลังงานระหว่างสถานะสปิน (เช่น โดยพัลส์ความถี่วิทยุ) หากส่งพลังงานไปยังระบบมากพอ ก็สามารถทำให้เวกเตอร์การทำให้เป็นแม่เหล็กสุทธิตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กภายนอกได้^{[ 11 ]}

การตรวจ ระบบประสาทด้วยรังสีมักจะตามมาหลังจากการตรวจระบบประสาทซึ่งแพทย์พบสาเหตุให้ต้องตรวจสอบผู้ป่วยที่มีหรืออาจมีความผิดปกติทางระบบประสาทอย่าง ละเอียดมากขึ้น ^{[ 12 ]}

ข้อบ่งชี้ทางคลินิกทั่วไปสำหรับการถ่ายภาพระบบประสาท ได้แก่ การบาดเจ็บที่ศีรษะ อาการคล้ายโรคหลอดเลือดสมอง เช่น อาการอ่อนแรง/ชาอย่างกะทันหันที่ครึ่งซีกของร่างกาย พูดหรือเดินลำบาก อาการชัก ปวดศีรษะอย่างรุนแรงอย่างกะทันหัน การเปลี่ยนแปลงระดับความรู้สึกตัวอย่างกะทันหันโดยไม่ทราบสาเหตุ^{[ 13 ]}

ข้อบ่งชี้อีกประการหนึ่งสำหรับการตรวจทางรังสีวิทยาประสาทคือการผ่าตัดแบบสเตอริโอแท็กติกหรือการผ่าตัดด้วยรังสีโดยใช้ CT, MRI และ PET ในการรักษาเนื้องอกในสมอง ความผิดปกติของหลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำ และภาวะอื่นๆ ที่สามารถรักษาได้ด้วยการผ่าตัด^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

ปัญหาทางระบบประสาทที่พบบ่อยอย่างหนึ่งที่บุคคลอาจประสบคืออาการเป็นลมหมดสติแบบ ธรรมดา ^{[ 17 ] [ 18 ]}ในกรณีของอาการเป็นลมหมดสติ แบบธรรมดา ที่ประวัติของผู้ป่วยไม่ได้บ่งชี้ถึงอาการทางระบบประสาทอื่นๆ การวินิจฉัยจะรวมถึงการตรวจระบบประสาทแต่การถ่ายภาพระบบประสาทตามปกติไม่จำเป็น เนื่องจากโอกาสที่จะพบสาเหตุในระบบประสาทส่วนกลางนั้นต่ำมาก และผู้ป่วยไม่น่าจะได้รับประโยชน์จากขั้นตอนดังกล่าว^{[ 18 ]}

การตรวจทางรังสีวิทยาประสาทไม่เหมาะสำหรับผู้ป่วยที่มีอาการปวดศีรษะคงที่ซึ่งได้รับการวินิจฉัยว่าเป็นไมเกรน^{[ 19 ]}การศึกษาชี้ให้เห็นว่าการมีไมเกรนไม่ได้เพิ่มความเสี่ยงต่อโรคในสมองของผู้ป่วย^{[ 19 ]}การวินิจฉัยไมเกรนที่ระบุว่าไม่มีปัญหาอื่น ๆ เช่นภาวะบวมของเส้นประสาทตาจะไม่บ่งชี้ถึงความจำเป็นในการตรวจทางรังสีวิทยา^{[ 19 ]}ในระหว่างการวินิจฉัยอย่างละเอียด แพทย์ควรพิจารณาว่าอาการปวดศีรษะมีสาเหตุอื่นนอกเหนือจากไมเกรนหรือไม่ และอาจต้องมีการตรวจทางรังสีวิทยา^{[ 19 ] [ 20 ]}

การตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ของศีรษะ (การสแกน CT ของศีรษะ) ใช้ชุดเอกซเรย์ที่ถ่ายจากหลายทิศทาง โดยทั่วไปใช้สำหรับการดูอาการบาดเจ็บของสมอง อย่างรวดเร็ว การสแกน CT ใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ทำการคำนวณเชิงตัวเลขแบบอินทิกรัล ( การแปลง Radon ผกผัน ) บนชุดเอกซเรย์ที่วัดได้เพื่อประมาณว่าลำแสงเอกซเรย์ถูกดูดซับในปริมาตรเล็กๆ ของสมองมากน้อยเพียงใด โดยทั่วไปข้อมูลจะแสดงเป็นภาพตัดขวางของสมอง^{[ 21 ] [ 22 ]}

การถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของสมองใช้สนามแม่เหล็กและคลื่นวิทยุเพื่อสร้างภาพสองมิติหรือสามมิติคุณภาพสูงของสมองและโครงสร้างต่างๆ โดยไม่ต้องใช้รังสีไอออน (รังสีเอกซ์) หรือสารกัมมันตรังสี^{[ 23 ]}

สถิติความละเอียดเชิงพื้นที่สูงสุดของสมองที่สมบูรณ์ทั้งก้อน (หลังเสียชีวิต) คือ 100 ไมครอน จากโรงพยาบาลแมสซาชูเซตส์เจเนอรัล ข้อมูลดังกล่าวได้รับการเผยแพร่ในScientific Dataเมื่อวันที่ 30 ตุลาคม 2019 ^{[ 24 ]}

การถ่าย ภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบโพซิตรอน (PET) และการถ่ายภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบโพซิตรอนของสมองวัดการปล่อยรังสีจากสารเคมีที่มีฤทธิ์ทางเมตาบอลิซึมซึ่งติดฉลากด้วยสารกัมมันตรังสีที่ฉีดเข้าไปในกระแสเลือด ข้อมูลการปล่อยรังสีจะถูกประมวลผลด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อสร้างภาพ 2 มิติหรือ 3 มิติของการกระจายตัวของสารเคมีทั่วทั้งสมอง^{[ 25 ] : 57} ไอโซโทปรังสีที่ปล่อยโพซิตรอนที่ใช้ผลิตโดยไซโคลตรอนและสารเคมีจะถูกติดฉลากด้วยอะตอมกัมมันตรังสีเหล่านี้ สารประกอบที่ติดฉลากเรียกว่าสารติดตามรังสีจะถูกฉีดเข้าไปในกระแสเลือดและในที่สุดก็จะไปถึงสมอง เซ็นเซอร์ในเครื่องสแกน PET ตรวจจับกัมมันตภาพรังสีเมื่อสารประกอบสะสมในบริเวณต่างๆ ของสมอง คอมพิวเตอร์ใช้ข้อมูลที่รวบรวมโดยเซ็นเซอร์เพื่อสร้างภาพ 2 มิติหรือ 3 มิติหลายสีที่แสดงให้เห็นว่าสารประกอบออกฤทธิ์ที่ใดในสมอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประโยชน์คือลิแกนด์ หลากหลายชนิด ที่ใช้ในการทำแผนที่กิจกรรมของสารสื่อประสาทในด้านต่างๆ สารติดตาม PET ที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด คือกลูโคสที่มีการติดฉลาก(FDG) ^{[ 26 ]}

ประโยชน์ที่สำคัญที่สุดของการสแกน PET คือสารประกอบต่างๆ สามารถแสดงการไหลเวียนของเลือด ออกซิเจน และการเผาผลาญกลูโคส ในเนื้อเยื่อของสมองที่กำลังทำงาน การวัดเหล่านี้สะท้อนถึงปริมาณกิจกรรมของสมองในบริเวณต่างๆ ของสมอง และช่วยให้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการทำงานของสมอง การสแกน PET มีประสิทธิภาพเหนือกว่าวิธีการสร้างภาพการเผาผลาญอื่นๆ ในแง่ของความละเอียดและความเร็วในการดำเนินการ (เพียง 30 วินาที) เมื่อเริ่มมีให้บริการครั้งแรก ความละเอียดที่ได้รับการปรับปรุงทำให้สามารถศึกษาบริเวณของสมองที่ถูกกระตุ้นโดยงานเฉพาะได้ดียิ่งขึ้น ข้อเสียที่สำคัญที่สุดของการสแกน PET คือเนื่องจากกัมมันตภาพรังสีสลายตัวอย่างรวดเร็ว จึงจำกัดเฉพาะการตรวจสอบงานระยะสั้น^{[ 25 ] : 60} ก่อนที่เทคโนโลยี fMRI จะใช้งานได้ การสแกน PET เป็นวิธีการสร้างภาพสมองเชิงฟังก์ชัน (ตรงข้ามกับเชิงโครงสร้าง) ที่ได้รับความนิยม และยังคงมีส่วนร่วมอย่างมากในด้านประสาทวิทยาศาสตร์^{[ 27 ]}

การสแกน PET ยังใช้สำหรับการวินิจฉัยโรคทางสมอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื้องอกในสมอง โรคลมชัก และโรคที่ทำลายเซลล์ประสาทซึ่งทำให้เกิดภาวะสมองเสื่อม (เช่น โรคอัลไซเมอร์) ซึ่งทั้งหมดนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในกระบวนการเผาผลาญของสมอง ซึ่งส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ตรวจจับได้ง่ายในการสแกน PET การสแกน PET อาจมีประโยชน์มากที่สุดในระยะเริ่มต้นของภาวะสมองเสื่อมบางชนิด (ตัวอย่างคลาสสิกคือโรคอัลไซเมอร์และโรคพิก ) ซึ่งความเสียหายในระยะเริ่มต้นนั้นกระจายตัวมากเกินไปและทำให้ปริมาตรและโครงสร้างโดยรวมของสมองเปลี่ยนแปลงน้อยเกินไปจนไม่สามารถเปลี่ยนแปลงภาพ CT และ MRI มาตรฐานได้มากพอที่จะแยกแยะได้อย่างน่าเชื่อถือจากภาวะสมองฝ่อในขอบเขต "ปกติ" ที่เกิดขึ้นกับผู้สูงอายุ (ในหลายคนแต่ไม่ใช่ทุกคน) ซึ่งไม่ก่อให้เกิดภาวะสมองเสื่อมทางคลินิก^{[ 28 ]}

การสแกน FDG-PET มักใช้ในการประเมินผู้ป่วยโรคลมชักที่ยังคงมีอาการชักแม้จะได้รับการรักษาทางการแพทย์อย่างเพียงพอแล้ว ในกรณีของโรคลมชักเฉพาะจุด ซึ่งอาการชักเริ่มต้นในส่วนเล็ก ๆ ของสมองก่อนที่จะแพร่กระจายไปยังส่วนอื่น การสแกน FDG-PET เป็นหนึ่งในวิธีการหลายอย่างที่ใช้ในการระบุบริเวณของสมองที่รับผิดชอบต่อการเริ่มต้นของอาการชัก โดยทั่วไปแล้ว บริเวณของสมองที่อาการชักเริ่มต้นจะทำงานผิดปกติแม้ในขณะที่ผู้ป่วยไม่ได้มีอาการชัก และดูดซึมกลูโคสน้อยลง ดังนั้นจึงดูดซึม FDG น้อยลงเมื่อเทียบกับบริเวณสมองที่แข็งแรง^{[ 29 ]}ข้อมูลนี้สามารถช่วยวางแผนการผ่าตัดโรคลมชักเพื่อรักษาโรคลมชักที่ดื้อต่อยาได้^{[ 30 ]}

มีการใช้สารติดตามรังสีอื่นๆ เพื่อระบุบริเวณที่เกิดอาการชัก แม้ว่าจะไม่มีวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์สำหรับการใช้งานทางคลินิกก็ตาม ได้แก่¹¹ C-flumazenil, 1 ¹ C-alpha-methyl-L-tryptophan, ¹¹ C-methionine และ¹¹ C-cerfentanil ^{[ 29 ]}

การถ่ายภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบปล่อยโฟตอนเดี่ยว (SPECT) คล้ายกับ PET และใช้ไอโซโทป รังสี ที่ปล่อยรังสีแกมมาและกล้องแกมมาเพื่อบันทึกข้อมูลที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการสร้างภาพสองมิติหรือสามมิติของบริเวณสมองที่ทำงานอยู่^{[ 31 ]} SPECT อาศัยการฉีดสารติดตามรังสีหรือ "สาร SPECT" ซึ่งถูกดูดซึมเข้าสู่สมองอย่างรวดเร็วแต่ไม่กระจายตัว การดูดซึมสาร SPECT เกือบ 100% ภายใน 30 ถึง 60 วินาที ซึ่งสะท้อนถึงการไหลเวียนของเลือดในสมอง (CBF) ณ เวลาที่ฉีด คุณสมบัติเหล่านี้ของ SPECT ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการถ่ายภาพโรคลมชัก ซึ่งมักทำได้ยากเนื่องจากปัญหาเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของผู้ป่วยและประเภทของการชักที่หลากหลาย SPECT ให้ "ภาพรวม" ของการไหลเวียนของเลือดในสมอง เนื่องจากสามารถสแกนได้หลังจากสิ้นสุดการชัก (ตราบใดที่ฉีดสารติดตามรังสีในขณะที่เกิดการชัก) ข้อจำกัดที่สำคัญของ SPECT คือความละเอียดต่ำ (ประมาณ 1 ซม.) เมื่อเทียบกับ MRI ปัจจุบันเครื่อง SPECT ที่มีหัวตรวจจับคู่เป็นที่นิยมใช้กันทั่วไป แม้ว่าจะมีเครื่องที่มีหัวตรวจจับสามหัววางจำหน่ายในตลาดก็ตามการสร้างภาพโทโมกราฟิก (ส่วนใหญ่ใช้สำหรับ "ภาพถ่าย" การทำงานของสมอง) ต้องใช้การฉายภาพหลายภาพจากหัวตรวจจับที่หมุนรอบกะโหลกศีรษะของมนุษย์ ดังนั้นนักวิจัยบางคนจึงได้พัฒนาเครื่อง SPECT ที่มีหัวตรวจจับ 6 และ 11 หัว เพื่อลดเวลาในการถ่ายภาพและให้ความละเอียดสูงขึ้น^{[ 32 ] [ 33 ]}

เช่นเดียวกับ PET, SPECT ยังสามารถใช้เพื่อแยกแยะกระบวนการของโรคต่างๆ ที่ทำให้เกิดภาวะสมองเสื่อมได้ และมีการนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์นี้มากขึ้นเรื่อยๆ การสแกน SPECT โดยใช้ Isoflupane ที่ติดฉลากด้วย I-123 (เรียกอีกอย่างว่าการสแกน DaT) มีประโยชน์ในการแยกแยะโรคพาร์กินสันออกจากสาเหตุอื่นๆ ของอาการสั่น^{[ 34 ]}

การสแกน SPECT ยังใช้ในการประเมินโรคลมชักที่ดื้อต่อยา โดยใช้ Tc ⁹⁹ที่ติดฉลากเฮกซาเมทิลโพรพิลีนอะมีนออกซิม (Tc ⁹⁹ HMPAO) หรือเอทิลซิสเตอีเนตไดเมอร์ (Tc ⁹⁹ ECD) เป็นสารติดตามรังสี สารติดตามรังสีจะถูกฉีดเข้าเส้นเลือดของผู้ป่วยทันทีที่ตรวจพบการเริ่มชัก และทำการสแกนภายในไม่กี่ชั่วโมงหลังจากอาการชักสิ้นสุดลง เทคนิคนี้เรียกว่า ictal SPECT และอาศัยการเพิ่มขึ้นของ CBF ในบริเวณที่เริ่มมีอาการชักในระหว่างการชัก Interictal SPECT คือการสแกนที่ทำโดยใช้สารติดตามรังสีเดียวกัน แต่ในช่วงเวลาที่ผู้ป่วยไม่มีอาการชัก ระหว่างช่วงที่ไม่มีอาการชัก จะพบการลดลงของ CBF ในบริเวณที่เริ่มมีอาการชัก และไม่เด่นชัดเท่ากับการเพิ่มขึ้นของการไหลเวียนของเลือดในระหว่างการชัก^{[ 35 ]}

โดยปกติแล้ว การตรวจอัลตราซาวนด์กะโหลกศีรษะจะใช้เฉพาะในทารกเท่านั้น เนื่องจากกระหม่อมของทารกยังเปิดอยู่ ทำให้สามารถถ่ายภาพสมองด้วยอัลตราซาวนด์ได้ ข้อดีคือไม่มีรังสีไอออนและสามารถสแกนข้างเตียงได้ แต่เนื่องจากขาดรายละเอียดของเนื้อเยื่ออ่อน จึงนิยมใช้MRI ในบางกรณี ^{[ 36 ]}

การถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเชิงฟังก์ชัน (fMRI) และการติดฉลากสปินของหลอดเลือดแดง (ASL) อาศัยคุณสมบัติพาราแมกเนติกของฮีโมโกลบิน ที่มีออกซิเจนและไม่มีออกซิเจน เพื่อสร้างภาพการเปลี่ยนแปลงการไหลเวียนของเลือดในสมองที่สัมพันธ์กับกิจกรรมของเซลล์ประสาท วิธีนี้ช่วยให้สามารถสร้างภาพที่สะท้อนให้เห็นว่าโครงสร้างสมองส่วนใดถูกกระตุ้น (และอย่างไร) ในระหว่างการปฏิบัติงานต่างๆ หรือในขณะพักผ่อน ตามสมมติฐานเรื่องออกซิเจน การเปลี่ยนแปลงการใช้ออกซิเจนในการไหลเวียนของเลือดในสมองส่วนต่างๆ ในระหว่างกิจกรรมทางปัญญาหรือพฤติกรรม สามารถเชื่อมโยงกับเซลล์ประสาทในบริเวณนั้นๆ โดยตรง ซึ่งเกี่ยวข้องกับงานทางปัญญาหรือพฤติกรรมที่กำลังให้ความสนใจอยู่

เครื่องสแกน fMRI ส่วนใหญ่ช่วยให้ผู้ถูกทดลองได้รับภาพ เสียง และสิ่งเร้าสัมผัสที่แตกต่างกัน รวมถึงการกระทำต่างๆ เช่น การกดปุ่มหรือการขยับจอยสติ๊ก ดังนั้น fMRI จึงสามารถใช้เพื่อเปิดเผยโครงสร้างและกระบวนการของสมองที่เกี่ยวข้องกับการรับรู้ ความคิด และการกระทำได้ ความละเอียดของ fMRI ในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 2-3 มิลลิเมตร ซึ่งถูกจำกัดโดยการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของการตอบสนองทางโลหิตวิทยาต่อกิจกรรมทางประสาท fMRI ได้เข้ามาแทนที่ PET ในการศึกษาแบบแผนการทำงานของสมองเป็นส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม PET ยังคงมีข้อได้เปรียบที่สำคัญคือสามารถระบุตัวรับ (หรือตัวขนส่ง ) ของสมองที่เฉพาะเจาะจงซึ่งเกี่ยวข้องกับสารสื่อประสาท บางชนิด ได้ผ่านความสามารถในการสร้างภาพ "ลิแกนด์" ของตัวรับที่มีการติดฉลากด้วยรังสี (ลิแกนด์ของตัวรับคือสารเคมีใดๆ ที่เกาะติดกับตัวรับ) นอกจากนี้ยังมีความกังวลอย่างมากเกี่ยวกับความถูกต้องของสถิติบางอย่างที่ใช้ในการวิเคราะห์ fMRI ดังนั้นจึงมีความกังวลเกี่ยวกับความถูกต้องของข้อสรุปที่ได้จากการศึกษา fMRI หลายๆ ครั้ง^{[ 37 ]}

ด้วยความแม่นยำระหว่าง 72% ถึง 90% ซึ่งโอกาสจะอยู่ที่ 0.8% ^{[ 38 ]}เทคนิค fMRI สามารถตัดสินได้ว่าผู้ถูกทดสอบกำลังดูรูปภาพใดในชุดรูปภาพที่รู้จัก^{[ 39 ]}

การศึกษาวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับการเรียนรู้ของเครื่องจักรในด้านจิตเวชศาสตร์ได้ใช้ fMRI เพื่อสร้างแบบจำลองการเรียนรู้ของเครื่องจักรที่สามารถแยกแยะระหว่างบุคคลที่มีหรือไม่มีพฤติกรรมฆ่าตัวตายได้ การศึกษาภาพร่วมกับอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องจักรอาจช่วยระบุเครื่องหมายใหม่ในภาพประสาทวิทยาที่อาจช่วยให้สามารถแบ่งกลุ่มตามความเสี่ยงในการฆ่าตัวตายของผู้ป่วยและช่วยพัฒนาการบำบัดและการรักษาที่ดีที่สุดสำหรับผู้ป่วยแต่ละราย^{[ 40 ]}

การถ่ายภาพด้วยแสงแบบกระจาย (DOI) หรือการถ่ายภาพด้วยแสงแบบกระจาย (DOT) เป็น วิธี การถ่ายภาพทางการแพทย์ ที่ใช้แสง อินฟราเรดใกล้เพื่อสร้างภาพของร่างกาย เทคนิคนี้วัดการดูดซับแสงของฮีโมโกลบินและอาศัยสเปกตรัมการดูดซับของฮีโมโกลบินที่เปลี่ยนแปลงไปตามสถานะออกซิเจน การถ่ายภาพด้วยแสงแบบกระจายความหนาแน่นสูง (HD-DOT) ได้รับการเปรียบเทียบโดยตรงกับ fMRI โดยใช้การตอบสนองต่อการกระตุ้นด้วยภาพในผู้ป่วยที่ศึกษาด้วยทั้งสองเทคนิค ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน^{[ 41 ]} HD-DOT ยังได้รับการเปรียบเทียบกับ fMRI ในแง่ของงานด้านภาษาและการเชื่อมต่อการทำงานในสถานะพัก^{[ 42 ]}

สัญญาณแสงที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ (EROS) เป็นเทคนิคการสแกนสมองที่ใช้แสงอินฟราเรดผ่านใยแก้วนำแสงเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติทางแสงของบริเวณที่ทำงานอยู่ของเปลือกสมอง ในขณะที่เทคนิคต่างๆ เช่นการถ่ายภาพแสงแบบกระจาย (DOT) และสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดใกล้ (NIRS) วัดการดูดซับแสงของฮีโมโกลบิน ซึ่งขึ้นอยู่กับการไหลเวียนของเลือด EROS ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติการกระเจิงของเซลล์ประสาทเอง จึงให้การวัดกิจกรรมของเซลล์โดยตรงมากกว่า EROS สามารถระบุตำแหน่งกิจกรรมในสมองได้ภายในมิลลิเมตร (เชิงพื้นที่) และภายในมิลลิวินาที (เชิงเวลา) ข้อเสียที่สำคัญที่สุดคือไม่สามารถตรวจจับกิจกรรมได้ลึกเกินกว่าไม่กี่เซนติเมตร EROS เป็นเทคนิคใหม่ที่ค่อนข้างราคาไม่แพงและไม่รุกรานต่อผู้ถูกทดสอบ ได้รับการพัฒนาที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ เออร์บานา-แชมเปญ ซึ่งปัจจุบันใช้ในห้องปฏิบัติการการถ่ายภาพประสาททางปัญญาของ ดร. Gabriele Gratton และ ดร. Monica Fabiani ^{[ 43 ]}

การตรวจคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสมอง (MEG) เป็นเทคนิคการถ่ายภาพที่ใช้ในการวัดสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกิจกรรมทางไฟฟ้าในสมองโดยใช้อุปกรณ์ที่มีความไวสูงมาก เช่นอุปกรณ์รบกวนควอนตัมตัวนำยิ่งยวด (SQUID) หรือ เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก แบบไม่มีการผ่อนคลายการแลกเปลี่ยนสปิน^{[ 44 ]} (SERF) MEG ให้การวัดกิจกรรมทางไฟฟ้าของระบบประสาทโดยตรงมาก (เมื่อเทียบกับ fMRI เป็นต้น) ด้วยความละเอียดเชิงเวลาสูงมาก แต่ความละเอียดเชิงพื้นที่ค่อนข้างต่ำ ข้อดีของการวัดสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกิจกรรมของระบบประสาทคือ สนามแม่เหล็กเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะถูกบิดเบือนโดยเนื้อเยื่อรอบข้าง (โดยเฉพาะกะโหลกศีรษะและหนังศีรษะ) น้อยกว่าสนามไฟฟ้าที่วัดโดยการตรวจคลื่นไฟฟ้าในสมอง (EEG) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สามารถแสดงให้เห็นได้ว่าสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกิจกรรมทางไฟฟ้าจะไม่ได้รับผลกระทบจากเนื้อเยื่อรอบศีรษะ เมื่อจำลองศีรษะเป็นชุดของเปลือกทรงกลมศูนย์กลางร่วมกัน โดยแต่ละเปลือกเป็นตัวนำที่เป็นเนื้อเดียวกันแบบไอโซโทรปิก ศีรษะจริงนั้นไม่เป็นทรงกลมและมีค่าการนำไฟฟ้าแบบแอนไอโซโทรปิกเป็นส่วนใหญ่ (โดยเฉพาะเนื้อขาวและกะโหลกศีรษะ) แม้ว่าความไม่สมมาตรของกะโหลกศีรษะจะมีผลกระทบต่อ MEG น้อยมาก (ต่างจาก EEG) แต่ความไม่สมมาตรของเนื้อขาวส่งผลกระทบอย่างมากต่อการวัด MEG สำหรับแหล่งกำเนิดรัศมีและแหล่งกำเนิดลึก^{[ 45 ]}อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่าในงานวิจัยนี้ถือว่ากะโหลกศีรษะมีความไม่สมมาตรอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งไม่เป็นความจริงสำหรับศีรษะจริง: ความหนาสัมบูรณ์และสัมพัทธ์ของ ชั้น ไดโพลและชั้นเทเบิลแตกต่างกันไปทั้งในและระหว่างกระดูกกะโหลกศีรษะ ทำให้มีแนวโน้มว่า MEG จะได้รับผลกระทบจากความไม่สมมาตรของกะโหลกศีรษะเช่นกัน^{[ 46 ]}แม้ว่าอาจจะไม่มากเท่ากับ EEG ก็ตาม

MEG มีประโยชน์หลายอย่าง รวมถึงการช่วยศัลยแพทย์ในการระบุตำแหน่งพยาธิสภาพ การช่วยนักวิจัยในการกำหนดหน้าที่ของส่วนต่างๆ ของสมอง การป้อนกลับทางประสาท และอื่นๆ^{[ 47 ]}

การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์เชิงฟังก์ชัน (fUS) เป็นเทคนิคการถ่ายภาพอัลตราซาวนด์ทางการแพทย์เพื่อตรวจจับหรือวัดการเปลี่ยนแปลงในกิจกรรมทางประสาทหรือการเผาผลาญ เช่น ตำแหน่งของกิจกรรมในสมอง โดยทั่วไปผ่านการวัดการไหลเวียนของเลือดหรือการเปลี่ยนแปลงทางโลหิตพลศาสตร์ อัลตราซาวนด์เชิงฟังก์ชันอาศัย Doppler ที่ไวเป็นพิเศษและการถ่ายภาพอัลตราซาวนด์ที่รวดเร็วเป็นพิเศษ ซึ่งช่วยให้สามารถถ่ายภาพการไหลเวียนของเลือดที่มีความไวสูงได้^{[ 48 ]}

ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2564 นักวิจัยรายงานการพัฒนาเครื่องสแกนสมองควอนตัมแบบโมดูลาร์เครื่องแรกที่ใช้การถ่ายภาพด้วยสนามแม่เหล็ก และอาจกลายเป็นวิธีการสแกนสมองทั้งสมองแบบใหม่^{[ 49 ] [ 50 ]}

fMRI มักถูกจัดอยู่ในกลุ่มที่มีความเสี่ยงน้อยถึงปานกลาง เนื่องจากเป็นวิธีการที่ไม่รุกรานเมื่อเทียบกับวิธีการถ่ายภาพอื่นๆ fMRI ใช้ความแตกต่างของระดับออกซิเจนในเลือด (BOLD) เพื่อสร้างภาพในรูปแบบดังกล่าว ความแตกต่างของระดับออกซิเจนในเลือดเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในร่างกาย ดังนั้น fMRI จึงมักเป็นที่นิยมมากกว่าวิธีการถ่ายภาพที่ต้องใช้สารกัมมันตรังสีเพื่อสร้างภาพที่คล้ายคลึงกัน^{[ 51 ]}ข้อกังวลในการใช้ fMRI คือการใช้ในบุคคลที่มีการฝังอุปกรณ์ทางการแพทย์หรือสิ่งของที่เป็นโลหะในร่างกาย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MR) ที่ปล่อยออกมาจากอุปกรณ์อาจทำให้เกิดความล้มเหลวของอุปกรณ์ทางการแพทย์และดึงดูดวัตถุที่เป็นโลหะในร่างกายหากไม่ได้รับการตรวจสอบอย่างเหมาะสม ปัจจุบัน FDA จัดประเภทอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ฝังในร่างกายออกเป็นสามประเภท ขึ้นอยู่กับความเข้ากันได้กับ MR ได้แก่ MR-safe (ปลอดภัยในสภาพแวดล้อม MR ทั้งหมด), MR-unsafe (ไม่ปลอดภัยในสภาพแวดล้อม MR ใดๆ) และ MR-conditional (เข้ากันได้กับ MR ในบางสภาพแวดล้อม ซึ่งต้องมีข้อมูลเพิ่มเติม) ^{[ 52 ]}

• ฉลากความปลอดภัยของ FDA สำหรับอุปกรณ์ฝังในร่างกายและเครื่องมือทางการแพทย์ (MR)
• 
  MR ปลอดภัย^{[ 53 ]}
• 
  เงื่อนไข MR
• 
  MR ไม่ปลอดภัย

การสแกน CT ถูกนำมาใช้ในช่วงทศวรรษ 1970 และกลายเป็นหนึ่งในวิธีการสร้างภาพที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดอย่างรวดเร็ว การสแกน CT สามารถทำได้ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งวินาทีและให้ผลลัพธ์ที่รวดเร็วสำหรับแพทย์ ด้วยความง่ายในการใช้งาน ทำให้จำนวนการสแกน CT ในสหรัฐอเมริกาเพิ่มขึ้นจาก 3 ล้านครั้งในปี 1980 เป็น 62 ล้านครั้งในปี 2007 แพทย์มักจะทำการสแกนหลายครั้ง โดย 30% ของผู้ป่วยได้รับการสแกนอย่างน้อย 3 ครั้งในการศึกษาเกี่ยวกับการใช้การสแกน CT ^{[ 54 ]}การสแกน CT อาจทำให้ผู้ป่วยได้รับรังสีในระดับที่สูงกว่าการเอกซเรย์แบบดั้งเดิมถึง 100-500 เท่า โดยปริมาณรังสีที่สูงขึ้นจะให้ภาพที่มีความละเอียดสูงขึ้น^{[ 55 ]}แม้ว่าจะใช้งานง่าย แต่การเพิ่มขึ้นของการใช้การสแกน CT โดยเฉพาะในผู้ป่วยที่ไม่มีอาการ เป็นเรื่องที่น่ากังวล เนื่องจากผู้ป่วยได้รับรังสีในระดับที่สูงมาก^{[ 54 ]}

ในการสแกน PET การสร้างภาพไม่ได้อาศัยกระบวนการทางชีววิทยาภายใน แต่ขึ้นอยู่กับสารแปลกปลอมที่ฉีดเข้าไปในกระแสเลือดและเดินทางไปยังสมอง ผู้ป่วยจะได้รับการฉีดสารกัมมันตรังสีซึ่งจะถูกเผาผลาญในสมองและปล่อยโพซิตรอนออกมาเพื่อสร้างภาพกิจกรรมของสมอง^{[ 51 ]}ปริมาณรังสีที่ผู้ป่วยได้รับจากการสแกน PET นั้นค่อนข้างน้อย เทียบได้กับปริมาณรังสีจากสิ่งแวดล้อมที่บุคคลได้รับตลอดทั้งปี สารกัมมันตรังสี PET มีระยะเวลาการสัมผัสในร่างกายจำกัด เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วจะมีครึ่งชีวิตสั้นมาก (~2 ชั่วโมง) และสลายตัวอย่างรวดเร็ว^{[ 56 ]}ปัจจุบัน fMRI เป็นวิธีการสร้างภาพกิจกรรมของสมองที่นิยมมากกว่า PET เนื่องจากไม่เกี่ยวข้องกับรังสี มีความละเอียดเชิงเวลาสูงกว่า PET และมีให้บริการอย่างแพร่หลายในสถานพยาบาลส่วนใหญ่^{[ 51 ]}

ความละเอียดเชิงเวลาสูงของ MEG และ EEG ช่วยให้วิธีการเหล่านี้สามารถวัดกิจกรรมของสมองได้ถึงระดับมิลลิวินาที ทั้ง MEG และ EEG ไม่จำเป็นต้องให้ผู้ป่วยสัมผัสกับรังสีเพื่อใช้งาน อิเล็กโทรด EEG ตรวจจับสัญญาณไฟฟ้าที่ผลิตโดยเซลล์ประสาทเพื่อวัดกิจกรรมของสมอง และ MEG ใช้การสั่นในสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าเหล่านี้เพื่อวัดกิจกรรม อุปสรรคในการใช้งาน MEG อย่างแพร่หลายคือเรื่องราคา เนื่องจากระบบ MEG อาจมีราคาสูงถึงหลายล้านดอลลาร์ EEG เป็นวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากกว่าเพื่อให้ได้ความละเอียดเชิงเวลาดังกล่าว เนื่องจากระบบ EEG มีราคาถูกกว่าระบบ MEG มาก ข้อเสียของ EEG และ MEG คือทั้งสองวิธีมีความละเอียดเชิงพื้นที่ต่ำเมื่อเทียบกับ fMRI ^{[ 51 ]}

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับ การ ถ่ายภาพระบบประสาท

• แผนที่สมองทั้งระบบ @ มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด
• บันทึกการบรรยายเกี่ยวกับแง่มุมทางคณิตศาสตร์ของการถ่ายภาพระบบประสาทโดย วิล เพนนีมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน
• "การกระตุ้นด้วยสนามแม่เหล็กผ่านกะโหลกศีรษะ"โดย ไมเคิล เลเวนตัน ร่วมกับห้องปฏิบัติการ AI ของ MIT
• NeuroDebian – ระบบปฏิบัติการที่สมบูรณ์แบบสำหรับการถ่ายภาพระบบประสาท