动脉自旋标记(ASL)基本原理及应用

灌注成像（3）ASL近年来磁共振每年一项新技术成熟地应用于临床，ASL就是其中之一，它无需使用钆对比剂，可以简单、快速地获得组织灌注的信息，已经广泛应用于临床。

作者：星尘stari来源：1影1世界编审：薛伟ASL技术近年来磁共振每年一项新技术成熟地应用于临床，ASL就是其中之一，它无需使用钆对比剂，可以简单、快速地获得组织灌注的信息，已经广泛应用于临床。

1概念ASL（Arterial Spin Labeling），中文叫动脉自旋标记灌注成像技术。

灌注，是血流通过毛细血管网，将携带的氧和营养物质输送给组织细胞的重要功能。

灌注成像是定量或半定量观察血管和组织液之间物质交换过程的方法。

ASL也是一样。

只不过，ASL是一种不使用钆对比剂的方法，它是将动脉血中的氢质子作为内源性示踪剂的新型灌注技术。

1原理从其名字就能够知道，ASL是利用人体动脉血中的质子，作为内源性示踪剂，自身标记，来观察组织灌注过程。

在日常工作中，简单理解其过程是这样的：利用射频脉冲标记颈动脉血流，经过一段时间，等它流经大脑时采集图像，利用控制图像减去标记图像，就要以得到灌注图像ASL了，一般ASL只能得到CBF 一个参数的定量图。

话说起来简单，其实这中间还有很多具体的操作细节，直接影响灌注的成功与否，影响图像质量。

下面展开介绍：1内源性标记方法目前，ASL较成熟的应用是大脑灌注，其它部位的ASL都还处于研究阶段。

在头部的应用，应该标记大脑的流入动脉，也就是在颈动脉放置射频脉冲带，来标记流入大脑的动脉血中的质子。

它在成像平面近端对动脉血中的水分子进行180度反转脉冲标记, 自旋弛豫状态改变后的水质子经过一段时间后对组织进行灌注, 并在成像层面与组织中没有标记过的水质子进行交换, 引起局部组织纵向弛豫时间T1 发生改变, 这时采集到的图像即为标记图像, 它的信号强度与成像区域的血流有关。

为了更好地控制各种干扰因素，需要对流入颈动脉的血流进行标准化的处理，也就是说给一个180度翻转脉冲，紧接着再给一个180度翻转脉冲，这样处理的结果就是流入颈动脉的血流，完全一致的相位。

动脉自旋标记脑灌注MRI技术规范化应用专家共识2016年11月中华放射学杂志，第50卷第11期第817页-第824页动脉自旋标记（arterial spin labeling, ASL）是利用血液中水分子作为内源性、可自由扩散示踪剂进行颅脑灌注成像的MRI技术。

ASL技术提出至今已有20余年[1]，经历了多个发展阶段。

随着ASL技术的不断进步，尤其是近年来准连续式ASL（pseudo-continuous ASL, pCASL）序列的应用，其图像质量、成像范围、成像速度有了极大的提高，逐渐受到影像学和神经科学工作者的关注，并越来越多地应用于科研和临床工作。

为规范ASL技术的应用，2012年10月，国际医学磁共振协会（international society for magnetic resonance in medicine, ISMRM）、欧洲ASL和痴呆研究小组（European consortium ASL in dementia，AID）起草了ASL技术及应用的白皮书，书中就扫描参数、图像后处理及临床应用范围提出了建设性意见，这一举措引领ASL技术的应用开始走向规范化道路[2]。

鉴于ASL技术的扫描策略和操作要点在我国尚缺乏统一标准，应用不够规范，给本技术在临床及科研工作的推广带来了困难。

因此，建立相对统一的扫描参数，采用最优的扫描策略，将有利于本技术的开展和推广。

基于此，中华医学会放射学分会质量管理与安全管理学组和磁共振学组部分相关专家编写了《动脉自旋标记脑灌注MRI技术规范化应用专家共识》，就ASL技术的成像原理、分类、推荐最优扫描策略、扫描注意事项、ASL图像判读注意事项、图像后处理及临床应用等做出了介绍和推荐，以期规范我国ASL技术操作流程和临床应用范畴，提高相关工作人员对本技术的认识。

一、ASL基本成像原理解读ASL的成像基本原理是采集两次数据，生成一对标记像及对照像。

标记像与对照像中的静态组织信号无差别，差别在于流入的血流有无被反转。

动脉自旋标记灌注MR成像（ASL-MRI）摘要：灌注成像（Perfusion Imaging）可以用来评价组织的生理活动，基于磁共振（Magnetic Resonance, MR）的灌注成像质量好、安全性高。

利用MR可以使用外源性示踪剂进行MR灌注成像，也可以应用内源性示踪剂进行动脉自旋标记（Arterial Spin Labeling，ASL）灌注成像。

本文主要介绍利用ASL技术进行灌注成像的发展历史、基本原理、最新前沿及应用（发展的新动态、新趋势、新水平、新原理、新技术、新应用等）以及仍然存在的问题。

关键词：灌注成像；动脉自旋标记；磁共振成像背景灌注（Perfusion）是指血液通过毛细血管网与组织进行氧、养分及代谢物交换，维持组织器官的活性和功能的过程。

灌注过程中，携带含氧血红蛋白的动脉血给细胞供氧并带走代谢产生的CO2，形成带有脱氧血红蛋白的静脉血。

灌注成像可以很好地评价组织生理活动。

在ASL成像中，灌注一般指的是血流量（Blood flow）。

血流的定量测量基于物质守恒的费克定律（Fick principle），通过测量组织中示踪剂的浓度，假设已知部分系数（partition coefficient）λ 和动脉中示踪剂的浓度，可以计算得到血流量 f（mL/(100g组织·min)）。

正电子发射断层成像（PET）和单光子发射断层成像（SPECT）都可以定位放射性核素的发源地，从而对血流量进行测量。

其中，PET背景噪声较低，是目前最准确的灌注测量技术。

这两种技术采用连续注入半衰期较短示踪剂，示踪剂随血流在组织内分布和聚集，根据示踪剂局部积累和衰减情况及进行定量评价；而ASL MRI 则利用标记过的水作为示踪剂，通过标记水和组织进行交换来定量灌注，T1 弛豫提供一个可测量的衰减率。

ASL MRI 技术因其不需要外源性示踪剂，无辐射而在灌注方面得到广泛的应用。

发展历史1992年，Detre等人用连续的RF脉冲链来标记颈部动脉（CASL），成功地得到了大鼠脑部灌注图像。

动脉自旋标记磁共振(asl)的神经放射学家指南概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文将介绍动脉自旋标记磁共振（ASL）的神经放射学家指南，并对其进行解释说明。

ASL作为一种非侵入性神经影像学技术，可以用于测量脑组织的血流情况，为神经放射学领域的研究和临床应用提供了新的工具和方法。

目前，越来越多的研究表明，脑血流与神经功能之间存在紧密的关联关系。

ASL 技术通过无需注射造影剂，利用水分子中带有自旋的核磁共振信号进行非侵入性窥视，从而实现对脑血流情况的直接观察和定量测量。

相较于传统的动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）或磁共振灌注成像（MRP）等技术，ASL具有更好的安全性、可重复性和定量性能。

1.2 文章结构本文主要分为5个部分。

首先，在引言部分概述了文章内容及结构；然后，在“动脉自旋标记磁共振(asl)的神经放射学家指南”中详细介绍了ASL技术及其在神经放射学领域的应用情况；接下来，在“ASL在神经放射学中的临床应用”中探讨了ASL在脑血流测量、脑卒中诊断和认知障碍研究等方面的应用；然后，在“神经放射学家使用ASL技术的指南和步骤”中提供了关于数据采集准备工作、数据分析和结果呈现等方面的指南；最后，在结论部分对本文进行总结，并展望了未来ASL技术在神经放射学领域的发展前景。

1.3 目的本文旨在为神经放射学家提供一份关于动脉自旋标记磁共振（ASL）技术的指南，帮助他们理解和运用该技术，并推动其在神经放射学研究和临床实践中的广泛应用。

同时，通过对ASL技术原理、临床应用和使用指南等方面进行详细阐述，也可以向其他相关专业人员传递有关这一新兴技术的知识，促进多领域间在ASL 技术研究和应用上的合作与交流。

2. 动脉自旋标记磁共振(asl)的神经放射学家指南2.1 什么是动脉自旋标记磁共振(asl)动脉自旋标记磁共振（Arterial Spin Labeling, ASL）是一种非侵入性的神经成像技术，用于测量和衡量脑组织中的局部血流情况。

【科研进展】动脉自旋标记技术——规范化与发展中枢神经系统的灌注测量在临床中具有重要的价值。

脑血管疾病，肿瘤，癫痫以及神经退行性疾病等均会体现于灌注的变化。

动脉自旋标记技术（ASL），以可以自由扩散的水分子作为内源性对比剂，在原理上是唯一一种可以与金标准15O-PET相媲美的灌注技术[1]。

自92年该技术提出至今，经过二十余年的发展，斟磨与沉淀；其间经过临床可行性研究，与包括15O-PET在内的灌注技术的比较检验，可重复性验证以及大量的临床检验，目前动脉自旋标记技术已广泛应用于各商用3.0T系统中[2]。

其中以经过FDA认证的GE 3D ASL为代表。

上图，动脉自旋标记技术白皮书《Recommended Implementation of Arterial Spin Labeled Perfusion MRIfor ClinicalApplications: A Consensus of the ISMRM Perfusion Study Group andthe European Consortium for ASL in Dementia》，2014年MRM首刊封面。

图中为2D与3D-FSE-SPIRAL灌注加权图像比较。

动脉自旋标记技术，依靠标记与非标记血液流经组织时引起的信号改变，依据模型定量测量组织的灌注值。

依据灌注准备与测量分为动脉血的标记与数据采集这样两部分。

在二十余年的发展中，从技术上讲，血液标记的方式与成像采集的方法均累积了大量的实现形式；从临床实践上说，由于早期缺少共识的实现，参数的选择与优化让这一技术呈现碎片化的态势。

以标记方式为例，我们已将早期的层块翻转方法统称为脉冲式标记（pASL），这当中便包含了STAR (Signal targeting with alternating RF)[3], FAIR (Flow-sensitive alternating inversion recovery)[4], PICORE (Proximal inversion with a control for off-resonance effects)[5]，PULSAR（Pulsed star labeling of arterial regions）[6]与DIPLOMA (Double inversions with proximal labeling of both tag and control images)[7]等。

3.0磁共振动脉自旋标记（ASL)技术在中枢神经系统疾病影像诊断中的应用价值摘要：目的探讨中枢神经系统疾病影像诊断中应用3.0磁共振动脉自旋标记（ASL)技术价值。

方法选取2016年1月-2017年12月我总院收治临床及相关影像学检查、实验室检查均已确切诊断为中枢神经系统某种疾病的患者38例，对患者均行磁共振常规扫描和3.0磁共振动脉自旋标记（ASL)技术检查，分析对比检查结果。

结果应用磁共振动脉自旋标记技术诊断中枢神经系统疾病的符合率为100%，明显高于常规磁共振扫描（p＜0.05）。

结论 3.0磁共振动脉自旋标记（ASL)技术应用于中枢神经系统疾病影像诊断中有很高的诊断价值。

关键词：中枢神经系统疾病（CNS)；磁共振动脉自旋标记(ASL)技术；磁共振灌注加权成像(PWI) ；阿尔兹海默病(AD)；短暂性脑缺血发作（TIA) 随着日新月异各种医学影像检查技术在临床疾病中广泛应用，尤以功能磁共振新技术为著：磁共振波谱成像（MRS)、弥散加权成像（DWI）及灌注加权成像（PWI)均已经大力应用于临床工作之中，尤以对中枢神经系统疾病诊断具有很高的实用价值。

其中PWI的应用对中枢神经系统疾病诊断起着举足轻重的作用。

但临床常面临的问题并不是所有的患者都能够进行磁共振的PWI检查，因为PWI检查必须要注射磁共振血管对比剂钆贝葡胺等，而这些血管对比剂对于肾功能不全的患者，可以引起肾源性系统纤维化的可能。

有没有一种更安全的检查方法来代替PWI呢？动脉自旋标记(ASL)技术是一种不需要注射磁共振对比剂的磁共振灌注成像方法，它所用的内在示踪剂为血液中自由弥散的水，利用一个反转脉冲标记待检查区上游动脉内的血液，经过血液自标记区流入待检查区的一段时间后，前面已经被标记的动脉血中的自由水与待检查区毛细管区内组织中的水进行自旋交换，相应的被检查区的磁共振信号也产生了变化，然后与该区域被标记前获得的磁共振信号进行比较，即将所得到的图像与没有标记过的对照组图像相减就剩下了输送过来的磁化，从而产生了局部血流灌注（rBF）的灌注加权图像，rBF的定量可以通过应用相应的动力学模式来实现，而这种方法多应用于中枢神经系统。

动脉自旋标记（ASL）磁共振成像：基础物理、脉冲序列和建模动脉自旋标记(ASL)是一种非侵入性磁共振成像(MRI)技术，它使用内源性动脉血作为动态示踪剂来量化器官的组织灌注。

血流灌注描述了一个器官中给定体积的组织向毛细血管床输送和交换的动脉血水量，单位是mL/100g/min。

ASL常用于人脑，灰质脑灌注为70mL/100g/min，白质为20mL/100g/min。

由于其非侵入性，ASL现在被更广泛地应用于其他器官，包括肾脏、肝脏、外周肌肉、胰腺和心脏。

由于ASL不需要外源性造影剂，随着时间的推移重复使用是安全的，因此可以用来追踪疾病进展或药物治疗引起的灌注变化。

本文发表在Advances in Magnetic Resonance Technology and Applications中。

12.2 基础物理ASL技术是获取两幅图像，一张标记图像(label)和一张对照图像(control)。

标记图像是在对流入感兴趣组织的血液旋转进行磁性标记(inverting)之后获得的，在不操纵流入血液的磁化的情况下采集对照图像(fullyrelaxed)。

在标记流入的血液和获取图像之间允许较短的时间(称为反转时间[TI]或标记后延迟[PLD])，使得标记的血液旋转可以在与组织水交换之前的传输时间(Δt)内进入成像平面并穿过毛细血管。

对照像减去标记像，产生灌注加权差异像(Fig.12.1.)。

ASL信号变化通常表示为灌注加权差值图像ΔM和平衡磁化强度M0之间的分数比，并在量化之前转换为以mL/100g/min为单位的信号变化百分比。

Fig.12.1 大脑ASL动脉自旋标记示意图显示：(A) (i)标记状态(红框，旋转倒转，用红色箭头表示)和对照状态(蓝框，旋转不倒转，用蓝色箭头表示)下流入血液的不同磁状态。

流入的血液在短时间(称为反转时间[TI]或标记后延迟时间[PLD])后到达成像平面(绿框)中的组织；(Ii)标记的动脉血水(红色)输送到大脑动脉和小动脉网络的图示。

磁共振脑灌注成像技术
ASL（arterial spin labeling）是MR灌注成像技术的一种分析方法，是利用内源性示踪剂的动脉自旋标记技术，即采用反转脉冲标记动脉血中的质子，将标记前后采集的图像进行减影，从而获得组织灌注参数图。

根据标记方法不同分为2D采集、EPI采集；根据脉冲采集类型分为：连续式ASL（CASL），脉冲式ASL（PASL）；脉冲式标记对动脉通过时间更敏感，信噪比较低；连续式标记能降低动脉通过时间的影响，信噪比高，对设备要求高，射频能量高，不能应用于临床。

ASL完全无创性检查，可重复性强，简单易行。

主要参数CBF。

ASL在近几年有了显著的发展，已应用于临床，潜在的取代了血氧水平依赖性（BOLD）功能MRI在神经科学研究中的地位。

ASL技术已应用于脑、心脏、肺、肾、骨骼肌的灌注研究中，尤其是对脑组织的研究应用更为广泛和深入，主要集中于对脑缺血、脑肿瘤、Alzheimer病、癫痫以及外伤等中枢神经系统常见疾病的研究。

传统ASL与3DASL的对比：
传统ASL：采用EPI采集，对礠敏感伪影明显，2D采集，成像范围有限，对运动伪影敏感；
3DASL：采用FSE采集，有效克服礠敏感伪影，3D采集，成像范围大，Spiral采集高效快速，有效克服运动伪影。

磁共振asl序列-回复磁共振(ASL)序列是一种用于检测脑部功能活动的成像技术。

它通过监测血液在脑部供应区域的流量变化来测量神经活动水平。

在本文中，我们将逐步介绍磁共振(ASL)序列的原理、应用以及未来的发展。

第一步：介绍磁共振(ASL)序列的原理磁共振(ASL)序列利用了磁共振成像的原理，结合了血流动态测量的技术。

它使用一个带有脉冲梯度的磁场，通过血液中的自由氢原子（水分子）来跟踪脑部血流。

该序列使用重复激发脉冲，测量时间间隔，以及重复激发前后的信号强度差异，从而推断神经活动的水平。

第二步：讨论磁共振(ASL)序列的应用领域磁共振(ASL)序列可以用于广泛的神经影像学研究。

它主要用于以下领域：1. 功能定位：通过检测脑部各区域的血液供应变化，磁共振(ASL)序列可以帮助定位特定功能区域。

2. 神经网络研究：磁共振(ASL)可以用于研究大脑的神经网络，探索脑部各区域之间的连接强度。

3. 脑卒中研究：磁共振(ASL)序列可以用于评估脑卒中患者的血流，并且可以监测治疗后的脑功能恢复情况。

4. 神经退行性疾病：磁共振(ASL)序列可以被用于早期诊断和疾病进程监测，如阿尔茨海默病和帕金森病。

第三步：分析磁共振(ASL)序列的优点和局限性磁共振(ASL)序列的优点包括非侵入性、不需要注射对比剂、可以直接测量脑血流。

它还可以提供更准确的功能定位和更多关于神经活动的信息。

然而，磁共振(ASL)序列也存在一些局限性。

由于它对动脉自动入流信号的依赖，测量结果受到脉搏和呼吸等生理因素的影响。

此外，由于目前的硬件和技术限制，磁共振(ASL)序列的时间分辨率较低，对快速神经活动的研究受到一定限制。

第四步：展望磁共振(ASL)序列的未来发展虽然磁共振(ASL)序列在功能神经影像学领域取得了一定的突破，但仍面临着一些挑战。

未来的发展方向包括提高时间分辨率、优化数据分析算法以及进一步结合其他成像技术。

这将有助于克服目前的局限性，提高磁共振(ASL)序列的精度和可靠性。

ASL技术基本原理及在血管性认知障碍中的研究进展蒋佩伶，罗天友*血管性认知障碍(vascular cognitive impairment，VCI)是指由脑血管病危险因素(高血压病、糖尿病、高血脂症和高同型半胱氨酸血症等)、显性脑血管病(脑梗死和脑出血等)及非显性脑血管病(白质疏松和弥漫性脑缺血等)引起的从轻度认知功能障碍到痴呆的一组综合征，血管性痴呆(vascular dementia，VD)是其最严重的阶段[1]。

VCI患者认知功能障碍主要表现为记忆力、执行能力、视空间能力及注意力等方面的损害。

小血管病变是导致VD的最重要原因[2-3]，脑的低灌注可能是认知功能障碍的初始状态和重要原因[4]，因此脑血流量(cerebral blood flow，CBF)测量具有重要意义。

临床中常用的神经心理学量表、神经电生理和影像学检查方法可用于早期VCI患者的评估。

影像学检查主要包括CT、磁共振(结构和功能)成像、单光子发射计算机断层成像(single photon emission computed tomography，SPECT)、正电子发射计算机断层扫描(positron emission tomography，PET)、经颅多普勒超声(transcranial doppler ultrasound，TCD)等。

其中PET检查在VCI诊断中价值较大，但其价格昂贵，普及率不高。

动脉自旋标记(arterial spin labeling，ASL)作为功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)技术方法之一，在各阶段VCI患者评估及可疑患者早期筛查方面被认为应用前景广阔[3]。

ASL测得的CBF与PET测得的脑糖代谢率诊断能力相当[5]。

ASL检查无需外源性对比剂，在反映脑部血流灌注信息中时间分辨率高，而且具有无创、廉价及操作简单的特点。

现就ASL技术基本原理及近年来在VCI中的应用研究进展进行综述。

3d-asl原理一、什么是3D-ASL。

朋友！3D-ASL，就是一种医学成像技术。

就好比我们用相机拍照，它就像是一个超级厉害的“医学相机”，能帮医生看到我们身体内部的一些情况。

它的全名叫三维动脉自旋标记成像技术。

比如说，当我们脑袋里有点小毛病，医生可能就会用到这个3D-ASL来看看具体是咋回事。

二、3D-ASL的基本原理。

（一）标记动脉血液。

想象一下哈，我们身体里的动脉就像一条条高速公路，血液在里面川流不息。

3D-ASL，它会先对动脉里的血液进行“标记”。

这就好比给高速公路上的车贴上一个特殊的标签。

具体咋标记？它是通过施加一个特殊的射频脉冲，让动脉血液里的水分子的状态发生一点变化，就好像给这些水分子做了个特殊记号一样。

比如说，就像给一群小朋友的手上系上红绳，这样就能把他们和其他小朋友区分开。

（二）血液流入组织。

标记好的动脉血液，就会顺着血管流到身体的各个组织里去。

就像带着标签的车开到各个目的地一样。

当这些标记过的血液流入到我们想要观察的组织，比如大脑组织的时候，就会把这个特殊的“标记”带过去。

（三）检测标记信号。

然后，成像设备就会开始检测这些被标记的血液在组织里产生的信号。

这就好像在目的地设置了一个检查点，看看哪些车是带了标签的。

通过检测这些信号的强弱和分布情况，就能知道有多少标记过的血液流到了这个组织里。

比如说，如果某个区域的信号很强，那就说明有比较多的标记血液流到这里，可能这个区域的血液供应就比较丰富。

（四）生成图像。

最后，根据检测到的这些信号，计算机就会像一个神奇的画家一样，把这些信息转化成我们能看懂的图像。

图像上不同的颜色或者亮度就代表着不同的血流情况。

比如说，颜色比较亮的地方可能就是血液供应多的地方，而颜色暗一点的地方可能血液供应就少一些。

这样医生就能通过这些图像，很清楚地看到身体组织的血流灌注情况，就像看地图一样，能知道哪些地方“车流量”大，哪些地方“车流量”小。

三、3D-ASL的优点。