动脉自旋标记(ASL)基本原理及应用教学内容

ASL原理
MRI对于流动质子自旋与静态组织 质子自旋磁化程度的差异十分敏感。 ASL就是利用这一原理，以动脉血 内水质子为内源性示踪剂并对其进 行标记，待其流入成像层面，即对
ASL原理
所有的ASL 技术, 整个图像采集、处理过程一般 都遵循下列步骤。 ⑴反转脉冲标记动脉血质子。 ⑵延迟一段时间后, 被标记的动脉血质子流入感兴趣区所在层面采集 图像, 此时所采集的图像称为标记图像(tag image) 。标记图像的信号 强度依赖于成像层面内自身组织特点及流入动脉血标记质子数量。 ⑶在成像参数相同情况下, 动脉血质子标记前获取同层面的图像,称为 对照图像(control image) 。 ⑷对照图像和标记图像相减,得到灌注图像。根据采用的TI 不同, 可以 显示自大动脉直至毛细血管水平的灌注情况。值得提出的是, 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。因此, 两者相减的方向是对照图像减标记图 像,而不是标记图像减对照图像。 ⑸由于标记图像与对照图像之间的信号强度差异较小(约为静态组织 信号的1 %) , 因此需要进行多次采集信号，进行均衡处理(signal averaging) 。
常见灌注类型
脑血流灌注是临床十分关心的问题，目前能提供灌注 成像的影像技术主要有3种: SPECT/PET-CT核素灌注显像, 利用放射性示踪剂,如18F、 14C成像； CT灌注成像(I、Xe)； MRI灌注成像。 前两种方法有一定辐射存在, 且CT灌注存在对比剂过 敏及辐射剂量较大的潜在隐患, 而MRI灌注成像安全性 高, 效果良好, 已成为重要的检查技术。
根据标记方法不同ASL分为以下两 类：
连续法CASL：当动脉血流经过标记平面时， 在一个持续的梯度下，动脉血的磁化被持 续的射频脉冲连续的反转，常用序列包括 DAI、SPDI、originalCASL;
脉冲法PASL：一个动脉血自旋厚块的磁化 被一个绝热的双曲正割脉冲所反转，标记 一段时间内的动脉血液，常用序列如 EPISTAR、HIT、FAIR等。
ASL 技术
2010-4-18
中国深圳
CASL Techniques
1. CASL 在流入图像采集层面前的一段范围内沿着血液流动方 向施加一个梯度场,在发生标记这段时间内,连续施加RF 翻转 脉冲。RF 频率在某一个层面上与血质子自旋频率 发生共振, 这就决定了标记层面。流经标记层面的动脉 血质子磁矩被反转脉冲标记, 磁矩方向与主磁场方向相 反。被反转标记的动脉血质子流入图像采集层面时, 采 集图像。因为连续施加标记脉冲，所以标记层面可以 任意设置但应保证标记层面和血流方向垂直。
ASL原理
从上述过程不难看出, ASL 技术实际上相当于一 种减影技术,也类似于其他示踪技术。但是ASL 中的“示踪剂”的“半衰期”很短,只有1s (血 液的T1 值) ,而不是像PET 技术中的示踪剂如 H215O , 半衰期长达几分钟。尽管两者遵循同样 的药代动力学模型, 但由于ASL“示踪剂”半衰期 只有1s ,ASL 主要反映了被标记的血质子进入组 织的速率, 而H215O PET 除了速率外,还与组织中 水分交换,示踪剂的清除有关。
ASL原理
Fig. 1 Principle of the ASL technique. Knowledge of parameters such as relaxation time of the blood and the tissue T1a, T1, transit time delay τ of arterial blood, equilibrium magnetization M0, blood-tissue partition coefficient λ and inversion efficiency α are generally required in order to quantify the perfusion
磁共振灌注成像(perfusion weighted magnetic resonance imaging，PWI)是用来
反映组织的微血管分布及血流灌注情况的磁
共振新技术，可以提供血流动力学方面的 信息。利用MR进行脑灌注成像可测量局部 脑组织的血液灌注,了解其血液动力学及功 能变化对临床诊断及治疗均有重要参考价 值。
DSC技术建立在对比剂只在血管内而不向血管外扩 散的假设基础上，所得数据的准确性受血脑屏障完 整性的影响。PWI的另一种方法称为动脉自旋标记示 踪法(arterial spin labeling，ASL)基于示踪剂可 以从血管内向组织间隙自由扩散的理论假设，利用 磁性标记的动脉血内水质子流入成像层面和组织交 换产生的信号降低进行成像，对标记前后的图像进 行减影分析，可以得到CBF的定性、定指对比剂首过磁共振 灌注成像法，其中最 常用的是动态磁敏感 对比增强 （DSC）灌注 成像。
2、使用内源性示踪剂
不需注入对比剂，利 用动脉血中水质子作 为内源性示踪剂，即 ASL。
DSC原理及特点
MRI 灌 注 最 常 见 的 为 动 态 磁 敏 感 对 比 加 权 成 像 （DSC），为外源性示踪法。其基本原理为通过静脉 内团注顺磁性对比剂，在对比剂首次通过毛细血管 床时，组织的磁化率发生变化引起局部磁场不均匀， T1，和T 2值缩短，组织信号改变，此时用快速成像 技术对兴趣区进行扫描获取图像。然后用相应的血 流动力学参数进行定量表达，如局部脑血容量 （rCBV)、平均通过时间(MTT)、局部脑血流量(rCBF)
ASL的基本原理及常见应用
杨双 山东省医学影像学研究所
2016.05.19
灌注(Perfusion)可定义为血液向组织转运的 稳定状态。许多生理学家用“灌注”一词 强调血液与组织的联系，或者代之以毛细 血管血流。
灌注是说明液性分子在组织中微观运动的 又一物理概念。与扩散不同的是，它是建 立在流动效应基础之上的。对体内的灌注 过程进行测量，就可实现灌注(加权)成像 (Perfusion Imaging)