翻译：诸暨市中心医院冯璐霏
审核：河南省儿童医院郑州儿童医院 吴玲
技术指导：飞利浦MR AP 蒋强盛
教学要点
ASL（动脉自旋标记）的一个主要优点是不需要造影剂，允许其用于对钆类药物有禁忌征或不良反应的患者，包括肾衰竭患者。这也使得ASL对于儿童和需要反复随访成像的患者来说是一个有吸引力和安全的替代方案。
ASL伪影并不总是有害的；事实上，在某些情况下，它们通过增加特定过程的显著性来帮助支持推定诊断。例如，来自动脉传输伪影的动脉内ASL信号可能有助于指示动脉传输时间延迟和可能的脑血管疾病。
ASL静脉信号有助于高流量血管分流病变的诊断和治疗后随访，如动静脉畸形、硬脑膜动静脉瘘和海绵状颈动脉瘘。ASL也可用于检测颈静脉狭窄或狭窄伴逆行反流进入乙状窦。
大约30%临床诊断的短暂性脑缺血发作显示弥散加权MRI改变，在ASL图像上可以看到灌注异常。大量短暂性脑缺血发作的患者在MRI上没有弥散加权改变，但可能显示低ASL信号，敏感性为55.8%，特异性为90.7%。
评估治疗高级别胶质瘤治疗效果是一个主要的挑战，特别是在区分放射坏死和肿瘤复发患者的新的或增加的区域钆强化。ASL有助于这二者的鉴别，因为放射性坏死典型的表现为CBF值降低，而大多数复发肿瘤表现为CBF升高。
动脉自旋标记(ASL)是一种新兴的评估脑灌注的无创MRI技术。ASL灌注的一个重要优点是不需要外源性示踪剂。ASL用来自动脉血的磁标记水质子作为内源性示踪剂。因此，ASL是一种有吸引力的灌注成像方式，适用于儿童、有钆禁忌征或不良反应的患者、肾衰竭患者和需要反复随访的患者。ASL的另一个优势是可以量化脑血流量，这为多项纵向研究之间的比较分析提供了机会，不同于其他MR灌注技术，后者是半定量的，可以得到相对的灌注参数。MRI技术和脉冲序列设计的进步已经将ASL从研究领域转化为成功的临床实施。
然而，ASL在常规临床实践中仍未得到充分应用。与动态敏感度增强MRI相比，ASL的一些缺点包括信噪比低和采集时间长。限制ASL使用的其他因素包括现有技术和脉冲序列设计的差异、实施和后处理的复杂性、对潜在临床应用的经验和/或知识不足以及缺乏解释指南。作者综述了ASL灌注的技术和生理学基础，伪影，缺点，以及目前的临床应用。本文还提出了一种解读ASL结果的实用方法。
介绍
脑灌注是血液通过血管网络输送到脑实质的过程，允许氧和其他分子的交换。它可以用不同的方法成像，如MRI、CT、PET和SPECT。MR灌注技术包括动态对比增强成像、动态磁敏感对比增强(DSC)成像和动脉自旋标记(ASL)。
一种常用的灌注成像方法是DSC，它需要静脉注射外源性示踪剂（钆基）来评估脑灌注参数，如相对脑血流量(CBF)、相对脑血容量、到达最大灌注时间和平均通过时间。DSC因其快速的采集时间和由于钆的高弛豫率而具有相对稳定的信号强度特性而被广泛接受。DSC的主要缺点是需要外源示踪剂和半定量性质。
ASL是一种新兴的无创MR灌注方法，其基础是利用血液中磁标记的动脉水质子作为内源性扩散示踪剂。ASL首先由Williams等人于1992年开发，用于测量大鼠的CBF，并由alsop和detre进一步将其运用于人脑成像。
ASL的一个主要优点是不需要造影剂，允许其用于对钆类药物有禁忌征或不良反应的患者，包括肾衰竭患者。这也使得ASL对于儿童和需要重复随访成像的患者来说是一个有吸引力和安全的替代方案。另一个优点是获得绝对CBF测量的可能性，与DSC MRI相比，这提供了在多个纵向研究之间进行比较分析的机会，DSC MRI评估的灌注参数是半定量的。
在过去的十年中，MRI技术和脉冲序列设计的进步已经将ASL从研究领域转化为成功的临床应用。然而，ASL在常规临床实践中仍未得到充分使用。与DSC MRI相比，ASL具有较低的信噪比和较长的采集时间。限制ASL使用的其他因素包括现有技术和脉冲序列设计的变化，实施和后处理的复杂性，对潜在临床应用的经验和/或知识不足，以及缺乏解释指南。
在本文中，我们提供了ASL技术的简要概述，讨论了潜在的的问题和伪影，回顾了当前常用的临床应用，并为解释ASL图像提供了实用的方法。
技术考虑因素
ASL使用在成像平面外的供血动脉中标记的水质子。该标记是通过结合射频脉冲和梯度来反转标记血管中水质子的纵向弛豫时间(T1)而获得的。随后的标记后延迟是标记的血质子流入微血管和组织的关键时期。在图像获取过程中，获得标记的和对照的成对图像：标记的图像显示翻转的血液质子弛豫，对照图像显示非翻转的血液质子弛豫。标记图像和对照图像的剪影消除了来自实质组织的静态信号，并提供了与CBF相关的灌注加权图像的信号强度（图1）。
图1 图像显示动脉自旋标记(ASL)的基本概念以及成像和标记的区域。在感兴趣区域中获取对照图像，并通过结合射频脉冲和梯度来反转标记成像体积近端平面中血液质子的纵向弛豫时间而获得标记图像。在图像获取期间，获取标记的和对照的配对图像（顶行）。标记图像具有翻转的血液质子弛豫，对照图像具有非翻转的血液质子弛豫。标记图像和对照图像的剪影（中间行）消除了来自实质的静态组织信号，并提供了与脑血流(CBF)相关的灌注加权图像的信号。在连续ASL（CASL）和准连续ASL（PCASL）（下行）中，血液质子在流经标记平面时被翻转。在脉冲ASL(PASL)中，脑动脉供应的所有血液质子同时翻转在一个厚的标记平面中。
ASL信号受多个参数的影响，包括标记效率、动脉血中T1弛豫时间、血液通过血管和组织的运输时间以及磁化转移效率。ASL的标记效果很弱，在标记图像和控制图像之间只有很小百分比（大约1%-2%)的有效信号差异，导致低信噪比。需要在几分钟内获取标记和对照成对图像的多次重复，以确保足够的信噪比。然而，重复会导致伪影，包括患者运动伪影。
在ASL采集过程中，会采集多幅标记图像和对照图像，并对CBF数据进行平均，以生成绝对CBF参数和可视化CBF图。绝对CBF以毫升每100克每分钟为单位，可以通过模拟大脑中预期的信号变化来估计，考虑因素包括用血液T1确定的示踪剂半衰期等因素。可视化CBF图可以通过所使用的确切序列获得，并以灰度或彩色渐变显示。国际医学磁共振学会(ISMRM)建议在灰度或彩色CBF图旁边显示量化的CBF比例尺。
ASL数据的后处理需要多个步骤，例如标记图像和对照图像的剪影、运动校正、T1加权图像的分割和绝对CBF图的计算。
因为ASL技术的信号噪声比较低，所以推荐使用3t的磁场强度。然而，采用1.5t图像会出现低信噪比的影响，但通过增加成像时间和减少空间分辨率等调整可以减轻这种影响。在标记后延迟使用单个数值作为标准临床方案。然而，多个标记后延迟可能在某些情况下有助于缓解慢流条件和定量测量灌注参数。
由于ASL是一种低信噪比技术，因此推荐的场强为3T。但是，通过增加成像时间和降低空间分辨率等调整，可以降低1.5T图像的低信噪比影响。再标记后延迟使用单个数值被推荐为标准临床方案。然而，在某些情况下，多个标记后延迟可能会有所帮助，例如在慢血流条件下和灌注参数定量测量
ISMRM推荐三维分段读出方法，例如三维多回波序列（具有弛豫增强、螺旋叠加或三维的梯度和自旋回波的快速采集序列），因为它们提供更高的信噪比，并且对场不均匀性不太敏感。尽管二维单次成像方法如回声平面成像和spiral成像得到了广泛的应用，但也存在一些局限性。例如，spiral成像（螺旋状k空间采集成像）显示偏离共振频率的模糊，回声平面成像在存在共振偏移时具有失真。
ASL标记技术
目前临床上可用的质子标记技术有四种：连续ASL、脉冲ASL、准连续ASL、速度选择性ASL。表1和表2总结了ASL技术的技术原理、优缺点和推荐参数。然而，完整的综述超出了本文的范围。
连续ASL（CASL）
连续ASL是1992年Williamsetal提出的第一种标记方法。它基于长而持续的射频脉冲(2-4秒)和沿着血流方向的磁场梯度的组合。与生理速度相同的“旋转质子”垂直穿过标记区域，可以用梯度和射频脉冲通过一种称为流驱动绝热反转的现象进行反转。标记通过一段较薄的区域连续进行，通常在颈部水平处。
脉冲ASL（PASL）
脉冲ASL使用一个非常简短的标记节段，其中动脉血水被标记使用短（10-20毫秒）绝热反转脉冲射频应用于颈部的厚平面。标记区域通常放置在成像体积的近端，以标记供应大脑的动脉供血血管中的血液，并且所有血液同时翻转。
准连续ASL
准连续ASL是介于连续ASL和脉冲ASL之间的一种中间技术。准连续ASL使用长标记时间（1-2秒），以大约每毫秒一个的速率向标记平面快速施加大量（大约1000）短射频脉冲。通过流诱导绝热反转等方法，顺磁性流动的血液在通过垂直于标记平面时会连续地迅速翻转。
速度选择性ASL
不同于其他的ASL技术，速度选择性ASL在血液速度的基础上选择性地翻转，所以自旋标记发生在感兴趣区以内的所有区域，消除了空间选择性的需要。速度选择标记脉冲使血液饱和或反转速度快于既定的速度，而数据只能从速度小于截止值的自旋中获得。因此，速度选择性ASL提供了更小、更均匀的传递延迟，并允许在缓慢和侧支条件下(如中风期间)定量CBF测量，这会导致长时间的传递延迟和不正确的CBF测量。
准连续ASL由于具有连续ASL的高信噪比和脉冲ASL的高标记效率而成为临床上最常用和推荐的ASL技术。此外，它比连续ASL具有更低的信号吸收率，并显示出改善的传输时间效应和与临床成像设备的体线圈射频传输硬件的兼容性，消除了对专门硬件的需求。
正常的ASL脑灌注
患者的年龄和生理状态会对局部脑灌注产生不同影响，其中一些模式需要事先了解才能更好地解释图像。
CBF增加的区域
扣带回后部和楔前叶中央和后部皮质显示ASL信号强度增加，这可能与这些重要的网络节点的高活性有关。由于视觉皮层的激活，枕叶区域可能显示ASL信号强度增加（图2）。前额叶ASL信号相对增强，主要分布于双侧矢状突旁基底区，常见于中青年患者，随着年龄的增长和脑血管危险因素的存在而减弱。
图2 一例32岁健康女性枕叶高灌注伪影。ASL图显示枕叶双侧对称高信号（箭头），代表因患者在成像时睁开眼睛而出现的枕叶高灌注伪影。
CBF减少的区域
苍白球可能显示ASL信号强度降低，可能是由于铁引起的T1缩短。ASL信号强度降低可发生在从前脑室角延伸至额叶皮质和从后脑室角延伸至枕叶皮质的区域，对应于动脉边界带。这种情况通常见于老年患者，特别是那些患有颈动脉粥样硬化或颅内疾病的患者。
年龄相关的CBF变异性
与老年患者相比，儿科患者具有较高信噪比和较高的绝对CBF，这主要与他们较高的基线CBF、较快的平均通过时间、较高的灰质和白质基线弛豫值以及较高的血液和组织T1值有关。CBF在围产期较低，并逐渐升高，在患者3-8岁时达到最高水平。然后逐渐逐渐降低直至成人水平，从大约30岁开始，灰质灌注逐渐开始降低。
ASL伪影
ASL灌注容易出现一些伪影，由于图像质量下降或病理模型引入，这些伪影可能使解释变得困难。然而，伪影还可以提供可用于诊断的额外信息。在本节中，我们将讨论与ASL相关的主要伪影，特别是三维准连续ASL的伪影。这些伪影可以根据它们产生的成像阶段分为三组：在标记期间，在动脉传输期间，或在读出期间。表3总结了主要的ASL伪影。表4和表5（图2-10）总结了它们的原因、图像上的表现和建议的纠正措施。
ASL伪影的临床应用
ASL伪影并不总是有害的；事实上，在某些情况下，它们通过增加特定过程的显著性来帮助支持推测性诊断。例如，来自动脉传输伪影的动脉内ASL信号可能有助于指示延迟的动脉传输时间和可能的脑血管疾病（图3、4)。局限于特定血管区域的动脉传输伪影可能表明供应动脉的狭窄-闭塞性疾病，而全局性动脉传输伪影提示心输出量减少。此外，截获的ASL信号可指示动脉瘤囊内截获的湍流，在CBF图上表现为高信号强度，增加其显著程度。
图3 一例54岁患者因血管严重狭窄而出现动脉传输伪影。(A)轴位T2加权MR图像显示异常信号强度，右侧颈内动脉失去通常的血流流空（箭头）。(B)ASL MR图像显示由于动脉传输伪影而相应增加的信号强度（箭头）。
图4 心脏手术后的5岁儿童急性缺血性中风。(A)轴位弥散加权MR图像显示，在患者出现运动障碍后，没有立即出现缺血性卒中的证据。(b)MR血管造影显示左颈内动脉信号减弱，提示左主颈动脉闭塞，侧支血管相对贫乏（箭头）。(c)ASL MR图像显示广泛的低灌注，几乎整个左半球的CBF降低，表明组织处于危险之中，由于左侧大脑中动脉（箭头）的自旋标记在动脉内持续存在，左侧侧裂池有一种表现为蛇形线状高信号的动脉传输伪影。(D)24小时后获得的轴位增强CT图像证实左颈内动脉供血区广泛的缺血性卒中。
图5 一例由于右侧颈内动脉动脉瘤而捕获的ASL信号伪影，男，56岁，头痛。(A)轴位时MR血管造影显示右侧颈内动脉眼段出现动脉瘤（箭头）。(B)ASL图显示动脉瘤囊内高信号（箭头），这是由于成像时动脉瘤囊内持续存在自旋标记。
ASL静脉信号可能有助于高流量血管分流病变的诊断和治疗后随访，如动静脉畸形、硬脑膜动静脉瘘和海绵状颈动脉瘘（图6、7、E1-E3)。ASL也可用于检测颈静脉狭窄或狭窄伴逆行反流进入乙状窦。
图6 典型的软脑膜型动静脉畸形，女，34岁，癫痫。（a,b）轴位T2加权MR和冠状位高分辨增强T1加权MR图像显示多个流空，血管病灶特征为嵌在右顶叶的密集强化管状结构（箭头）。(c)ASL MR图像显示静脉ASL信号伪影，表现为病灶（箭头）和引流静脉（箭头）中的血池信号强度增加，原因是动静脉分流或快速动静脉转运。
图7 一例Cognard分型Ⅳ型硬脑膜动静脉瘘，男，52岁(a)高分辨增强T1加权MR图像显示血管结构增强和扩大，右侧顶骨凸起（箭头）。这些发现提示硬脑膜动静脉瘘伴静脉引流进入皮质静脉。(B)ASL MR图像因静脉信号显示硬脑膜动静脉瘘（箭头）引流静脉高灌注的迹象。
图8 一位61岁女性的运动伪影。ASL MR图像显示由于运动伪影引起的高信号螺旋。
图9 一个健康的56岁男子因右上牙拱廊金属牙种植体而导致的无效标记伪影。(a)ASL图显示右侧颈内动脉区低信号强度，类似低灌注。(B)弥散加权MR图像显示无受限区域。(C)轴位高分辨增强T1加权MR图像显示右上颌区金属牙体造成的磁敏感伪影（箭头）。颈部和颅内MR血管造影（未示）正常。
图10 一例43岁健康女性自旋标记伪影丢失。ASL图显示正常灌注，皮质、基底节和丘脑(A)灰质的信号强度增加的区域（黄色、橙色和红色区域），白质的信号强度减少的区域（蓝色）。应用钆基造影剂后的ASL图(B)显示全脑信号强度完全消失，表明自旋标记伪影消失。
图E1 硬脑膜动静脉瘘，33岁男性，头痛和右侧耳鸣。（A，B）轴位T1增强图像(A)和数字减影血管造影(B)显示沿右侧小脑幕和颞叶表面的血管强化和扩张（箭头）。(C) ASL图像显示硬脑膜动静脉瘘引流静脉的高信号（箭头）。
图E2 脑增生性血管病，43岁女性，左侧偏瘫和头痛2年，伴右半颜面皮肤红斑和扩张性血管。(A, B)轴位t2加权(A)和t1增强(B)图像显示多条动脉供血和引流静脉，无主导动脉供血或病灶，正常的脑组织分布在异常的血管之间，占据右半球。(C) ASL图像显示几乎整个右半球信号增加。脑增生性血管病以前被称为弥漫性病灶型脑动静脉畸形，目前是一种独立的脑动静脉畸形。
图E3 34岁患者偶然发现的动静脉发育异常。(A)轴位T1增强图像显示左顶叶发育性静脉异常，包括多个异常流向静脉流入共同的主干，呈“水母头”状(箭头)。(B) ASL图像显示在扩张的髓静脉中与直接动静脉分流相关的高信号强度，提示动静脉发育异常（箭头）。
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