เมนูนำทาง
การสร้างภาพประสาท
เทคนิคที่เรียกว่าการถ่ายภาพรังสีส่วนตัดอาศัยคอมพิวเตอร์ (Computed tomography ตัวย่อ CT) หรือ Computed Axial Tomography (CAT) ใช้ชุดภาพเอกซ์เรย์ของศีรษะที่ถ่ายจากมุมต่าง ๆปกติใช้เพื่อดูความบาดเจ็บในสมองอย่างเร็ว ๆ CT ใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อคำนวณเลขโดยปริพันธ์ (คือ inverse Radon transform) ของข้อมูลที่ได้ทางเอกซ์เรย์เพื่อประมาณว่า ปริมาตรเล็ก ๆ ในสมองดูดซึมแสงเอกซ์เรย์แค่ไหนแล้วก็จะแสดงข้อมูลเป็นชุดภาพตัดขวางของสมอง[11]
แถวลำดับเส้นใยนำแสง ใช้เพื่อตรวจจับมะเร็งเต้านมโดยเทคนิค Diffuse optical imaging (DOI)Diffuse optical imaging (DOI) หรือ diffuse optical tomography (DOT) เป็นการสร้างภาพทางการแพทย์โดยใช้รังสีใกล้อินฟราเรดเพื่อสร้างภาพของร่างกายเทคนิคนี้วัดการดูดซึมแสงของโปรตีนเฮโมโกลบิน และอาศัยการดูดซึมแสงที่ต่างโดยสถานะของการเติมออกซิเจน (oxygenation) ในโปรตีนส่วนการสร้างภาพแบบ High-density diffuse optical tomography (HD-DOT) ยังมีปัญหาเพราะความคมชัดที่จำกัดแม้ว่าดูจะมีอนาคตดีในขั้นเบื้องต้น แต่ว่าการเปรียบและการแสดงความสมเหตุสมผลเทียบกับ fMRI แบบมาตรฐานยังไม่ค่อยมีแต่ถ้าใช้ได้ HD-DOT จะมีคุณภาพที่ใช้แทนภาพ fMRI ได้[12]
Event-related optical signal (EROS) เป็นเทคนิคสร้างภาพสมองซึ่งใช้รังสีอินฟราเรดผ่านเส้นใยนำแสงเพื่อวัดความเปลี่ยนแปลงทางคุณลักษณะแสงของเปลือกสมองที่กำลังทำงานอยู่เทียบกับเทคนิคเช่น diffuse optical imaging (DOT) และ near infrared spectroscopy (NIRS) ที่วัดการดูดซึมแสงของเฮโมโกลบิน และดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับการไหลเวียนของเลือด EROS ใช้การกระเจิงแสงของเซลล์ประสาทโดยตรง และดังนั้น จึงวัดการทำงานของเซลล์ได้โดยตรงกว่าEROS สามารถหาตำแหน่งการทำงานในสมองได้ในระดับมิลลิเมตร (โดยพื้นที่) และในระดับมิลลิวินาที (โดยเวลา)ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดก็คือมันไม่สามารถตรวจจับการทำงานที่ลึกเกินกว่า 2-3 ซม.EROS เป็นเทคนิคใหม่ มีค่าใช้จ่ายค่อนข้างน้อย ไม่ต้องผ่าไม่ต้องเจาะสัตว์หรือมนุษย์ที่เป็นตัวทดลองและพัฒนาขึ้นที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ เออร์แบนา-แชมเปญจน์
ภาพสมอง MRI ตามระนาบแบ่งซ้ายขวา (Sagittal) แบ่งที่เส้นกลาง (midline)การสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก (MRI) ใช้สนามแม่เหล็กและคลื่นวิทยุเพื่อสร้างภาพสองหรือสามมิติมีคุณภาพสูงของโครงสร้างทางสมองโดยไม่ต้องใช้รังสีที่เป็นไอออน เช่น เอกซ์เรย์ และไม่ต้องใช้สารกัมมันตรังสีตามรอย (radioactive tracer)
ส่วนการสร้างภาพโดยกิจด้วยเรโซแนนท์แม่เหล็ก (fMRI) และเทคนิค arterial spin labeling (ASL) อาศัยคุณสมบัติพาราแมกเนติกของเฮโมโกลบินที่เติมออกซิเจนหรือขาดออกซิเจนเพื่อแสดงความเปลี่ยนแปลงของการไหลเวียนของเลือดในสมองที่สัมพันธ์กับการทำงานของระบบประสาททำให้สามารถสร้างภาพแสดงว่า โครงสร้างทางสมองไหนกำลังทำงานแค่ไหนเมื่อผู้รับการสแกนทำงานต่าง ๆ หรืออยู่เฉย ๆตามสมมติฐานการเติมออกซิเจน (oxygenation hypothesis) ความเปลี่ยนแปลงของการใช้ออกซิเจนในเลือดของบริเวณสมองในช่วงที่มีกิจกรรมทางการรู้คิดหรือพฤติกรรม อาจสัมพันธ์กับเซลล์ประสาทในเขตที่สัมพันธ์โดยตรงกับงานที่กำลังทำอยู่เครื่อง fMRI โดยมากมีที่ให้แสดงภาพ เสียง และความรู้สึกสัมผัสต่าง ๆ แก่คนที่อยู่ในเครื่อง แล้วให้ทำการตอบสนองเช่นกดปุ่มหรือขยับก้านควบคุมและดังนั้น fMRI จึงสามารถใช้แสดงโครงสร้างและกระบวนการทางสมองที่สัมพันธ์กับการรับรู้ ความคิด และการกระทำ
ความคมชัดของ fMRI อยู่ที่ 2-3 มม. ในปัจจุบัน จำกัดโดยการกระจายพื้นที่ของการตอบสนองทางเลือดเมื่อระบบประสาททำงาน เป็นเทคนิคที่ใช้แทน PET โดยมากเพื่อศึกษารูปแบบการทำงานของสมองแต่ว่า PET ก็ยังพิเศษเพราะสามารถระบุตัวรับ (receptor) โดยเฉพาะของสมอง (หรือแม้แต่โปรตีนขนส่งโมโนอะมีน) ที่สัมพันธ์กับสารสื่อประสาทโดยเฉพาะ เพราะสามารถสร้างภาพลิแกนด์ติดป้ายกัมมันตรังสีสำหรับตัวรับ โดยลิแกนด์ของตัวรับก็คือสารเคมีอะไรก็ได้ที่เข้ายึดกับตัวรับ
นอกจากจะใช้ในงานวิจัยในคนปกติ fMRI ยังเริ่มใช้เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เพื่อวินิจฉัยโรคเพราะว่า fMRI ไวเป็นพิเศษต่อการใช้ออกซิเจนในเลือด จึงไวต่อความเปลี่ยนแปลงของสมองระยะต้น ๆ ที่เป็นผลจากการขาดเลือดเฉพาะที่ (ischemia) เช่นความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นตามโรคหลอดเลือดสมองการวินิจฉัยโรคหลอดเลือดสมองบางชนิดได้เร็วสำคัญขึ้นเรื่อย ๆ เพราะว่าสารละลายลิ่มเลือดต้องใช้ภายใน 2-3 ชม. แรกหลังจากโรคบางชนิดได้เกิดขึ้น เพราะอันตรายถ้าใช้หลังจากนั้นความเปลี่ยนแปลงที่เห็นในภาพ fMRI สามารถช่วยตัดสินใจว่า ควรจะรักษาด้วยสารเหล่านั้นหรือไม่โดยมีความแม่นยำในอัตรา 72-90% เทียบกับสุ่มทำที่จะแม่นยำเพียงแค่ 0.8%[13]
เทคนิค fMRI ยังสามารถบอกได้ว่าผู้รับสแกนกำลังดูรูปอะไรในบรรดารูปจำกัดที่มีข้อมูลอยู่แล้ว[14]
Magnetoencephalography (MEG)Magnetoencephalography (MEG) เป็นเทคนิคการสร้างภาพที่วัดสนามแม่เหล็กที่เกิดจากการทำงานทางไฟฟ้าของสมอง ผ่านอุปกรณ์วัดที่ไวมากเช่น superconducting quantum interference device (SQUID)MEG ช่วยให้สามารถวัดการทำงานทางไฟฟ้าของเซลล์ประสาทโดยตรง (เทียบกับ fMRI ซึ่งวัดออกซิเจนในเลือด) โดยมีความคมชัดทางกาลเวลาที่สูงมาก แต่มีความคมชัดทางพื้นที่ค่อนข้างต่ำข้อดีของการวัดสนามแม่เหล็กที่เกิดจาการทำงานของเซลล์ประสาทก็คือสัญญาณมักจะบิดเบือนโดยเนื้อเยื่อรอบ ๆ (โดยเฉพาะกะโหลกและหนังศีรษะ) น้อยกว่า เทียบกับการวัดสนามไฟฟ้าที่วัดโดยการบันทึกคลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG)
โดยเฉพาะก็คือ แสดงได้ว่าสนามแม่เหล็กที่เกิดจากการทำงานทางไฟฟ้าไม่ได้รับผลจากเนื้อเยื่อรอบ ๆ ศีรษะ ถ้าสร้างแบบจำลองของศีรษะว่าเป็นเซตของลูกบอลกลม ๆ เซตหนึ่ง โดยแต่ละลูกเป็นตัวนำไฟแบบเท่ากันทุกทิศทาง (isotropic homogeneous conductor)แต่ว่า ศีรษะไม่ใช่รูปวงกลมจริง ๆ และมีการนำไฟแบบไม่เท่ากัน (แอนไอโซทรอปิก) โดยมาก โดยเฉพาะเนื้อขาวและกะโหลกแม้ว่า การนำไฟแบบแอนไอโซทรอปิกของกะโหลกจะมีผลที่มองข้ามได้สำหรับ MEG (ซึ่งไม่เหมือน EEG) การนำไฟแบบแอนไอโซทรอปิกของเนื้อขาวมีผลต่อการใช้ MEG วัดจุดที่อยู่ลึก[15]แต่ว่า ให้สังเกตว่างานศึกษานี้สมมุติว่า กะโหลกเป็นตัวนำแบบแอนไอโซทรอปิกอย่างเท่ากันทุก ๆ ที่ ซึ่งไม่เป็นจริง คือ ทั้งความหนาสัมบูรณ์และความหนาสัมพัทธ์ของชั้น diploë และกระดูกเนื้อแน่นต่าง ๆ กันทั้งภายในกระดูกะโหลกชิ้นเดียวกันและต่าง ๆ กันซึ่งทำให้ความเป็นแอนไอโซทรอปีของกะโหลกน่าจะมีผลต่อ MEG[16]แม้ว่าอาจจะไม่ใช่ในระดับเดียวกันต่อ EEG
MEG มีประโยชน์หลายอย่าง รวมทั้งช่วยศัลยแพทย์ในการระบุจุดของโรค ช่วยนักวิจัยกำหนดหน้าที่ของส่วนต่าง ๆ ในสมอง ให้ข้อมูลป้อนกลับเกี่ยวกับสมองเพื่อฝึกสมอง และอื่น ๆ
ผังแสดงกระบวนการสร้างภาพสมองด้วย Positron emission tomography (PET)การถ่ายภาพรังสีระนาบด้วยการปล่อยโพซิตรอน (PET) วัดการปล่อยรังสีจากสารเคมีออกฤทธิ์ในช่วงเมแทบอลิซึม ซึ่งเป็นสารที่ได้ป้ายกัมมันตรังสี แล้วฉีดเข้าไปในเลือดคอมพิวเตอร์จะประมวลข้อมูลการปล่อยรังสี แล้วสร้างภาพสองหรือสามมิติแสดงการกระจายสารเคมีทั่วสมอง[17]
เทคนิคต้องใช้เครื่องไซโคลทรอนทำไอโซโทปกัมมันตรังสีที่ปล่อยโพซิตรอน ซึ่งใช้ติดป้ายสารประกอบที่ต้องการสารประกอบที่ติดป้ายเรียกว่า radiotracer (สารกัมมันตรังสีตามรอย) จะฉีดเข้าไปในเลือดแล้วในที่สุดก็จะเข้าไปในสมองเครื่องรับรู้ทั่วเครื่อง PET จะตรวจจับกัมมันตภาพรังสีของสารประกอบที่สะสมอยู่ในเขตต่าง ๆ ของสมองแล้วคอมพิวเตอร์ก็จะใช้ข้อมูลที่ได้จากเครื่องรับรู้เพื่อสร้างภาพสองหรือสามมิติที่แสดงส่วนสมองที่สารประกอบกำลังออกฤทธิ์
ที่มีประโยชน์มากก็คือ มีลิแกนด์มากมายหลายหลากที่สามารถเลือกใช้สร้างแผนที่การทำงานของสารสื่อประสาทในด้านต่าง ๆ โดยสารกัมมันตรังสีตามรอยที่ใช้อย่างสามัญที่สุด ก็คือกลูโคสติดป้าย เช่น Fludeoxyglucose (18F) ประโยชน์ที่ดีที่สุดของ PET ก็คือสารประกอบสามารถแสดงการไหลเวียนของเลือด ออกซิเจน และเมแทบอลิซึมของกลูโคสในเนื้อเยื่อสมองที่กำลังทำงานค่าวัดเหล่านี้สะท้อนระดับการทำงานของสมองในเขตต่าง ๆ และช่วยให้สามารถเรียนรู้การทำงานของสมองและเมื่อเริ่มใช้ตอนแรก PET ดีกว่าวิธีการสร้างภาพโดยเมแทบอลิซึมอื่น ๆ ทั้งหมดในเรื่องความคมชัดและความเร็วในการสร้างภาพ (อาจน้อยเพียงแค่ 30 วินาที) ความคมชัดที่ดีขึ้นช่วยให้สามารถทำงานศึกษาที่มีคุณภาพดีขึ้นว่า เขตไหนของสมองทำงานเมื่อผู้รับสแกนทำกิจกรรมต่าง ๆข้อเสียใหญ่ที่สุดก็คือ เพราะว่า กัมมันตภาพรังสีเสื่อมเร็ว จึงสามารถใช้ตรวจดูกิจกรรมสั้น ๆ เท่านั้น[18]
ก่อน fMRI เทคนิค PET เป็นวิธีที่นิยมที่สุดสำหรับการสร้างภาพสมองโดยกิจ (เทียบกับการสร้างภาพโดยโครงสร้าง) และปัจจุบันก็ยังเป็นเทคนิคที่ช่วยสร้างความก้าวหน้าในประสาทวิทยาศาสตร์
PET ยังสามารถใช้วินิจฉัยโรคสมองอีกด้วย โดยเฉพาะเนื้องอกในสมอง โรคหลอดเลือดสมอง และโรคที่ทำลายเซลล์ประสาทอันเป็นเหตุของภาวะสมองเสื่อม เช่น โรคอัลไซเมอร์ เพราะล้วนแต่เป็นโรคที่เปลี่ยนเมแทบอลิซึมในสมองอย่างมาก ซึ่งทำให้ PET สามารถตรวจจับได้เทคนิคน่าจะมีประโยชน์มากที่สุดในภาวะสมองเสื่อมระยะต้น ๆ บางโรค (โดยตัวอย่างคลาสสิกก็คือโรคอัลไซเมอร์ และ Pick's disease) ที่ความเสียหายในเบื้องต้นกระจายแพร่ไปทั่วซึ่งไม่ได้เปลี่ยนปริมาตรสมองหรือโครงสร้างใหญ่ ๆ ของสมองอย่างสำคัญที่จะเห็นได้โดยเทคนิค CT หรือ MRI ทั่วไปอย่างเชื่อถือได้ว่า แตกต่างจากสมองฝ่อปกติที่เกิดจากวัยที่สูงขึ้น ซึ่งเป็นภาวะที่ไม่เป็นเหตุของภาวะสมองเสื่อม (dementia)
ภาพเคลื่อนไหวของกระบวนการสร้างภาพสมองโดยใช้ Single-photon emission computed tomography (SPECT)Single-photon emission computed tomography (SPECT) คล้ายกับ PET แต่ใช้ไอโซโทปกัมมันตรังสีที่ปล่อยรังสีแกมมา แล้วใช้กล้องถ่ายรังสีแกมมาเพื่อบันทึกข้อมูลที่คอมพิวเตอร์ใช้เพื่อสร้างภาพสองหรือสามมิติของบริเวณสมองที่กำลังทำงาน[19]SPECT อาศัยการฉีดสารกัมมันตรังสีตามรอยที่เรียกว่า SPECT agent ซึ่งเข้าไปในสมองอย่างรวดเร็วแต่ไม่กระจายไปที่อื่นการดูดซึม SPECT agent เสร็จ 100% ภายใน 30-60 วินาที ขึ้นอยู่กับการเดินเลือดในสมอง (cerebral blood flow) เมื่อฉีดสารคุณสมบัติเยี่ยงนี้ทำให้เหมาะเป็นพิเศษในการสร้างภาพสำหรับโรคลมชัก ซึ่งปกติเป็นปัญหาที่ยากเนื่องจากการเคลื่อนไหวของคนไข้และรูปแบบการชักต่าง ๆSPECT แสดงภาพถ่ายในขณะหนึ่งของการเดินเลือดในสมอง เพราะการสร้างภาพสามารถทำหลังจากที่การชักหยุดแล้ว ตราบเท่าที่ฉีดสารเข้าเมื่อกำลังชักข้อจำกัดสำคัญของ SPECT ก็คือมีความคมชัดต่ำ (ประมาณ 1 ซม.) เทียบกับ MRI
ปัจจุบัน เครื่อง SPECT มักใช้กับหัวตรวจจับคู่ แม้ว่าจะมีเครื่องที่มากับหัวตรวจจับสามตัววางขายในตลาดการสร้างภาพกราดตัดขวางใหม่ (Tomographic reconstruction) ซึ่งโดยหลักใช้เพื่อแสดงภาพการทำงานในขณะหนึ่งของสมอง ต้องใช้ข้อมูลจากหัวตรวจจับหลายรอบเมื่อหมุนไปรอบ ๆ ศีรษะ ดังนั้น นักวิจัยบางท่านจึงได้สร้างเครื่อง SPECT ที่มีหัวตรวจจับ 6-11 ตัวเพื่อลดเวลาในการสร้างภาพและให้ความคมชัดที่สูงกว่า[20][21]
โดยเหมือนกับ PET การสร้างภาพแบบ SPECT สามารถใช้จำแนกการดำเนินของโรคต่าง ๆ ที่เป็นส่วนของภาวะสมองเสื่อม และการใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ก็เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆPET มีข้อเสียอย่างหนึ่งที่ต้องใช้สารตามรอยที่มีระยะครึ่งชีวิตอย่างมากที่สุด 110 นาที เช่น fludeoxyglucose (18F)ซึ่งต้องผลิตในไซโคลตอน มีราคาแพง หรือแม้แต่ไม่มีให้ใช้ถ้าเวลาขนส่งยาวนานกว่าระยะครึ่งชีวิตมากกว่า 2-3 เท่าแต่ว่า SPECT สามารถใช้สารตามรอยที่มีระยะครึ่งชีวิตนานกว่า เช่น เทคนีเชียม-99m โดยผลที่ตามก็คือ หาสารตามรอยได้ง่ายกว่า
อัลตราซาวนด์ที่กะโหลก (Cranial ultrasound) ปกติจะใช้กับทารกเท่านั้น เพราะว่ากระหม่อมที่เปิดเป็นหน้าต่างให้เสียงเข้า ทำให้สร้างภาพสมองด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงได้ข้อได้เปรียบรวมทั้งไม่ต้องใช้สารกัมมันตภาพรังสีและสามารถทำข้าง ๆ เตียงได้ แต่ว่าการขาดรายละเอียดกับเนื้อเยื่อที่อ่อนหมายความว่า ในบางกรณี การใช้ MRI อาจจะดีกว่า
MRI อาศัยการทำงานของสนามแม่เหล็กในสมองและไม่ได้ใช้เอกซ์เรย์ ดังนั้น จึงพิจารณาว่าปลอดภัยกว่าเทคนิคที่ใช้เอกซ์เรย์ส่วน SPECT ใช้รังสีแกมมา ซึ่งปลอดภัยกว่าระบบสร้างภาพอื่น ๆ ที่ใช้รังสีอัลฟาหรือเบต้า[ไม่แน่ใจ – พูดคุย]แต่ว่าทั้งเทคนิค PET และ SPECT ต้องฉีดสารกัมมันตรังสี แม้ว่าระยะครึ่งชีวิตของไอโซโทปที่ใช้ใน SPECT จะสามารถบริหารได้ง่ายกว่า
เมนูนำทาง
การสร้างภาพประสาทใกล้เคียง
แหล่งที่มา
WikiPedia: การสร้างภาพประสาท