动脉自旋标记(ASL)基本原理及应用课件
灌注成像（3）ASL
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。
动脉自旋标记灌注MR成像（ASL-MRI）
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
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。
磁共振asl序列
磁共振asl序列磁共振（MRI）是一种重要的医学成像技术，能够提供无创的高分辨率图像，用于检测和诊断多种疾病。
磁共振成像的核心是asl序列（arterial spin labeling sequence），这是一种用于测量脑血流的技术。
asl序列通过非常细微的磁场变化，来评估脑部的血液供应情况。
在本文中，我将详细介绍asl序列的原理和应用，以及其在临床中的重要性。
asl序列的原理基于血液的磁化特性。
在磁共振成像过程中，磁共振仪通过强大的磁场使大量的水分子在磁场中以同样的方向进行磁化。
然后，随着磁场的切换，这种磁化程度会发生变化。
asl序列则是通过改变血液磁化的方式来间接测定脑血流。
在asl序列中，通过标记动脉中的自旋（spin）来评估血液流速。
使用反转脉冲来标记动脉血液中的水分子，然后通过mri信号测定标记血流和非标记血流分别在脑组织中的传递速度，从而得到动脉血流的信息。
asl序列的应用非常广泛。
它被广泛用于脑血管疾病的诊断和疗效评估，如脑梗死、脑卒中、脑肿瘤等。
asl序列通过测量血液在脑部的流动速度和分布，可以提供准确的图像，帮助医生检测和评估脑血管疾病的程度和位置。
此外，asl序列还可以用于评估脑代谢和功能活动，如脑缺血、脑退化性疾病等。
通过asl序列，医生能够观察脑部的血液供应情况，提供更全面的脑功能评估。
asl序列的优势在于无需使用对比剂。
传统的mri成像通常需要使用对比剂来提高图像的对比度，但这些对比剂可能引发过敏反应或肾脏损伤等副作用。
相比之下，asl序列通过测量血液流速和分布来提供图像，无需使用对比剂，从而减少了患者的风险和不适。
此外，asl序列还可以通过多次重复测量，提供动态脑血流变化的信息。
尽管asl序列在诊断和疗效评估中具有广泛的应用前景，但仍然存在一些挑战和限制。
首先，asl序列对扫描时间和信噪比要求较高。
由于血液流速和信号强度较低，asl序列的扫描时间较长，容易受到呼吸运动等运动伪影的干扰。
【课件】头部ASL灌注成像PPT
全脑三维动脉自旋标记介绍，3D ASL
3D ASL, Pseudo-continuous Arterial Spin Labeling
对流入动脉血液进行连续标记，待标记血液流入脑 组织后，进行全脑三维快速成像，对比非标记 成像，测量全脑血流量变化。
成像特点： • 良好的SAR值控制，1.5秒1000次标记脉冲。 • 基于FSE序列，图像伪影小。 • 三维成像扫描范围广，图像信噪比高。 • 螺旋状K空间填充，扫描速度快。 • 连续标记，动脉血液标记效率高。 • 背景抑制优化，突出血流量信息。
灌注像 = 标记像 - 非标记像
灌注像
动脉自旋标记ASL成像，是一种完全无创的、不需注射造影剂的灌 法，临床应用广泛。
注：1994年，Edelman等首次提出EPI-STAR动脉自旋
动脉自旋标记成像分类，Arterial Spin Labeling
动脉自旋标记成像，根据流动血 式不同分为两类： 连续式，CASL，连续标记相应层 脉血液，被标记的血液连续流入 脉冲式，PASL，使用选择性的射 冲式地标记成像层面近端的一个 液，等一段时间使标记的血液与 合，然后成像。
rf2 rf1
Gz
Gy
Gx
Pulsed Continuous prep + BS
3D Spiral FSE echo train
Labeli
三维动脉自旋标记扫描参数，3D ASLl Spin Labeling
扫描参数： • 全脑三维轴位定位 • 4x4x4mm分辨率 • SPIRAL采集 • 两次采集：标记组与非
标记组
翻转时间与重复时间：
• 脑血流速度快，使用更
短PLD时间（1-1.5s）
Spira
【科研进展】动脉自旋标记技术——规范化与发展
【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
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。
3_0T磁共振动脉自旋标记_ASL_技术诊断前列腺癌_张海彬
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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。
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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。
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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 perfu11sion
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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CBF7 的定性、定量图。
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磁共振灌注简介
1、使用外源性示踪剂
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。
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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)
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ASL 技术
2010-4Βιβλιοθήκη 1813CASL 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。
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
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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) 。
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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。
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
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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)