神经成像（英语：Neuroimaging）是指能够直接或间接地对神经系统，尤其是脑的功能、结构及药理学特性进行成像的技术。这一领域涵盖了医学、神经科学和心理学的研究。神经成像可分为结构成像和功能成像两类。前者用于展示脑的结构，帮助诊断脑部疾病；后者则显示脑在执行特定任务时的代谢活动，常用于神经科学和心理学研究，也逐渐应用于临床医学。

神经成像的历史始于1918年，当时美国神经外科医生Walter Dandy发明了脑室像技术，该技术基于X光成像对侧脑室的空气注射。1927年，葡萄牙神经科学家Egas Moniz开发了脑血管成像技术，能精确呈现颅内血管的情况。1970年，A. M. Cormack和G. N. Hounsfield发明了计算机断层成像（CT），这项技术能够提供高分辨率的脑结构图像，两位科学家也因此获得了1979年的诺贝尔生理学或医学奖。此后，放射性配子的发现催生了单光子发射计算机断层成像（SPECT）和正电子发射成像（PET）这两种新技术。核磁共振成像（MRI）由Peter Mansfield和Paul Lauterbur等人研发，他们在2003年因该项成就荣获诺贝尔医学或生理学奖。进入21世纪后，神经成像技术的进步使得功能性成像得以实现。

计算机断层成像（CT）的基础是利用不同方向的X射线，通过计算机将这些数据整合以重建断面图像。CT图像的数值反映了物质对X射线的穿透能力，主要用于快速成像脑部损伤如组织水肿和脑室扩张。

扩散光学成像（DOI）采用近红外光，基于血色素对光线的吸收特性，通过测量吸收光谱来计算血液中的氧含量。此技术能够测量脑组织在外部刺激或执行功能时的代谢变化，具有较高的空间和时间分辨率，但受限于探测深度。

核磁共振成像（MRI）的核心原理是原子核自旋的射频激发及其弛豫过程中的信号采集和处理。MRI设备的大磁体产生强静磁场，使样品中原子核的磁矩整齐排列。射频线圈激发原子核并使其偏转，随后释放出的电磁信号被接收线圈捕捉。梯度磁场用于空间编码，计算机通过二维傅里叶变换等算法重建图像。MRI图像的对比度取决于不同的激发和采集模式，常见的对比度类型包括T1、T2和T2*。MRI能够产生高清晰度的脑结构和功能图像，其中功能核磁共振成像（fMRI）基于氧化血色素和去氧血红蛋白的磁性质差异以及脑神经活动相关的血流量变化，能够显示多种感官、运动和认知活动期间的活跃区域。fMRI的空间分辨率通常在2至3毫米之间。

脑磁图（MEG）利用超导量子干涉器件（SQUID）测量脑神经活动产生的电电信号所引发的微弱磁信号。与fMRI不同，MEG直接测量神经活动，且磁信号不易受周围组织影响。

正电子发射成像（PET）借助人工引入的放射性代谢物，通过检测其在脑内衰变时产生的正电子来形成功能图像。常用放射性标记物包括含氧-15的水和含氟-18的氟代脱氧葡萄糖。

单光子发射计算机断层成像（SPECT）的工作原理类似于PET，但它检测的是放射性物质衰变时产生的γ射线。与MRI相比，PET和SPECT的缺点是空间分辨率较低，且依赖放射性物质，但它们的优点在于灵活选择不同的放射性标记物。

随着技术的不断进步，神经成像的分辨率得到了显著提升。2019年，人类大脑（尸检）的MRI图像空间分辨率达到了100微米的世界纪录，这是一项历时约100小时的成果。而在更广泛的神经影像学领域，使用X射线断层扫描的方法实现了25微米的超高分辨率，扫描时间为大约22小时。这些突破性的进展表明，未来的神经成像技术有望进一步提高精度，揭示更多关于脑部疾病的细节。