（一）基本原理
动脉自旋标记（ASL）的主要优点是无须引入外源性对比剂，完全无创，是以动脉血液中的质子作为内源性示踪剂进行PWI的技术。组织的血流灌注均来源于组织外的动脉血液，以反转脉冲对动脉中的质子进行标记，标记后的质子随血流流入动脉远端的组织内，血液中的水分子可在血液和组织中自由扩散，被标记的质子扩散至组织内导致组织的磁化矢量发生改变，其改变的程度与血流灌注量呈正比。因此ASL可量化评价CBF。
ASL中将感兴趣层面称为成像层面，将组织血流上游进行动脉血自旋标记的层面称为标记层面，自标记至采集标记图像的时间为反转时间（TI）。分别获得成像层面未标记时和经过标记的图像，两者相减即得到组织的PWI图（图3-1-4）。血液中质子被反转脉冲标记后，发生T1弛豫，其弛豫时间较短，为1～2s，因此ASL时TI时间不能过长，否则难以采集信号。急性脑缺血时，供血动脉闭塞或明显狭窄，血流缓慢，所需要的TI时间长于T1弛豫时间，因此一般不适宜进行ASL成像。同样，由于T1弛豫的影响，组织标记前后的信号变化很弱，仅约1%，因此须经多次采集、信号平均，才能得到较满意的图像，一般在1.5T 上须采集5～10min。由于血质子的标记是质子磁矩的反转，磁化矢量降低，使得标记图像信号强度下降，两者相减是对照图像减标记图像。同DSC相比，ASL的信噪比和空间分辨率均较低。ASL标记动脉质子的方法分为两类，即连续性ASL（continuous ASL，CASL）和脉冲式ASL（pulsed ASL，PASL）。
图3-1-4 ASL原理示意图
注：采集标记图像时（A）在采集层面近端施加反转脉冲（黄色层面），采集对照图像时（B）则不施加
（二）CASL
CASL是用射频脉冲连续标记成像层面近端一个层面动脉血中的质子，被标记的质子连续流入成像层面，连续标记一段时间后，兴趣组织内新流入的标记质子与已标记自旋的T1衰减达到平衡，组织磁化矢量亦即达到稳态，此时采集图像。其优点是信号较高，为PASL的2～3倍。需要注意的是，尽管成像层面远离标记层面，但组织磁化仍会由于磁化传递效应（magnetization transfer，MT）而受到长时间的RF影响。有两种补偿MT的方法，一是在采集对照图像时，在图像采集层面的远端与标记层面对称的部位施加一个反转脉冲，这样可以产生与标记图像一样的MT效应，这种方法仅局限于采集一层图像；如多层成像，则在采集对照图像时，以标记层面为中心有两个反转层面，当流经第一个反转层面时磁化被反转，而流经第二个反转层面时磁化恢复初始状态。另一种补偿MT效应的方法是在采集对照图像时同时近远端激发（simultaneous proximal and distal irradiation，SPDI），以使采集容积两边的RF能量平均分布。这两种方法都会导致双倍的RF能量蓄积，可能使SAR值超过安全阈值，在高场MRI尤为明显。替代的方法是用另一个射频线圈进行标记，但这需要特殊的硬件。
（三）PASL
PASL是用一个选择性的射频脉冲标记成像层面近端的一个厚层块中的动脉血质子，等待一段时间后，被标记的血液流入成像层面并在组织中充分扩散，然后成像。PASL技术相对简单，射频能量蓄积较小，在高场MRI上有一定优势。但其覆盖范围小，不能获得全脑的PWI；由于标记与成像间存在一定的时间间隔，到成像时被标记的自旋已发生一定的T1衰减，导致PASL的信号较弱，大约只有CASL的一半。同CASL相比，其磁化传递效应较小。
PASL有两种方案，一是EPISTAR（EPI and signal targeting with alternating RF），其与CASL补偿MT效应的方法相似。另一方法是对全脑施加非选择性反转脉冲，然后对成像层面施加选择性反转脉冲，近端未被反转的质子流入成像层面导致信号改变，该技术被称为流动敏感交变反转恢复（flow sensitive alternating inversion recovery，FAIR），其固有的对称性特点可以补偿磁化传递效应。FAIR消除了动脉通过时间对信号的影响，而仅与组织灌注有关。目前应用的其他PASL技术，均是基于上述两种方法的部分修改。
（四）选择性ASL
多数ASL均标记脑组织的全部供血动脉，最近发展出可选择性标记单个供血动脉的选择性ASL。在CASL，方法之一是在一侧颈部放置表面线圈从而选择性标记同侧颈总动脉，其标记效率取决于靶动脉的深度；另一方法是通过设置选择性的标记层面，可获得一侧半球的PWI，但难以区分同侧的颈内动脉和椎动脉；最近提出通过选择标记层面连续标记动脉，可获得单个动脉的灌注图像。在PASL，可通过应用2D空间选择性RF达到选择性ASL，但其SNR低且需要稳定的硬件；基于解剖的空间选择性层块技术是目前应用最多的选择性颈内动脉和椎动脉ASL方法（图3-1-5）。在正常人的研究发现各支动脉供血范围个体间差异较大，主要取决于Willis环的变异情况。
（五）量化参数
ASL时，组织磁化矢量的变化可用Bloch 公式表示：
式中Mt为组织磁化矢量，Ma和Mv分别为动脉和静脉血液的磁化矢量，Mt0是平衡状态的组织磁化矢量，Tt1是组织的T1值，f为组织的灌注值。这是ASL时计算CBF的基本公式，不同的ASL技术由于成像方法不同，其实际计算公式各有差异。近年来，通过考虑动脉通过时间、磁化传递效应、血液的T1值、标记效率、毛细血管水的通透性等更多的因素，计算CBF的准确性进一步提高。但须注意的是，任何准确量化技术的改进都可能是以部分牺牲SNR为代价的，因此在1.5T MRI上，有时选择一个高SNR但不能量化CBF的简单序列是可行的，毕竟很多情况下，半量化的参数即可作出临床决定。
ASL可准确量化灰质的CBF，但低估白质的CBF。ASL量化的CBF具有很好的可重复性，在同一受试者，两次ASL测量的CBF间差异＜10%。当CBF低于10ml/（min•100g）时，信号变化过弱，ASL将不能准确评价CBF。血流过快，＞150ml/（min•100g），在采集信号时部分标记质子已流出成像层面，导致CBF被低估。ASL成像序列中包含了抑制大血管信号的扰相梯度，因此对大动脉或大静脉不敏感。量化CBF时需考虑到年龄的影响，在儿童，其CBF高于成年人，随着年龄的增长，以约0.45%每年的速度逐年递减。
（六）图像质量
ASL需要较长的成像时间，且对照图像和标记图像应配对一致，因此ASL对运动伪影非常敏感。在高场MRI上，由于场强增大SNR增高，同时由于血液T1时间延长，使更多的标记质子聚集于成像层面，在3.0T MRI上ASL信号是1.5T上的2倍。并且由于血液T1时间延长，使其可以很好地用于动脉通过时间延长的缺血性疾病。应用相控阵接受线圈可以改善SNR。并行采集技术能明显缩短成像时间，尽管这会以部分降低SNR为代价，但可通过缩短TE而得到补偿。体线圈激发、相控阵采集线圈和并行采集，已成为ASL的标准方案。
图3-1-5 选择性ASL技术
注：A、B、C分别为选择性标记左侧颈内动脉、右侧颈内动脉和双侧椎动脉
应用EPI序列可缩短成像时间并提高SNR，并可减少潜在的运动伪影。但在高磁敏感梯度区域，EPI可导致图像变形。近年来，快速3D序列通过厚层块激发、延长采集时间窗，提高SNR，并减少磁敏感伪影导致的图像变形，联合梯度和自旋回波（gradient and spin-echo，GRASE）的超快速3D成像可在单次射频脉冲激发后完成全脑采集。3D成像的另一优点是可以通过背景抑制降低静止脑组织信号，背景抑制联合系列适当时间的反转脉冲可将ASL效应从1%戏剧性提高到100%，从而提高对CBF变化的敏感性。
（七）ASL与DSC的比较
多个研究表明，DSC和ASL在健康者和多种颅脑病变具有较好的一致性。ASL的优势是无需外源性对比剂，可反复进行，且可测量CBF的绝对值，这在双侧颈内动脉病变者尤为重要，但对脑缺血性病变，受动脉通过时间延长的影响，其准确性受限，尤其在1.5T MRI。ASL和DSC的比较见表3-1-1。
表3-1-1 DSC和ASL的比较
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
