动脉自旋标记(ASL)基本原理及应用
头部ASL灌注成像
Discovery MR750
三维动脉自旋标记成像病例，3D ASL
T2FSE 女性49岁，AVM，3DASL与PERFUSION对照 常规T2图像中，左侧侧脑室后角可见片状混杂信 号，中心多发流空低信号，伴周围水肿。 3DASL 的 CBF血流量图像中，肿瘤中可见明显增加 的血流量。 3DASL CBF 增强灌注 CBF 图像中，肿瘤同样表现为高灌注血 流量。
3DASL与增强灌注CBF之间对照良好。 Perfusion CBF
MR750
* GE Healthcare Discovery MR750w
Discovery MR750
动脉自旋标记成像原理，Arterial Spin Labeling
动脉自旋标记成像，是对在成像平面的上游血液 进行标记使其自旋弛豫状态改变，待被标记的血 流对组织灌注后进行成像。
两组对比图像： 标记像，成像区包含静态组织和流入组织的标记 血液信息。 非标记像，对成像区进行的非标记血液成像，同 样包括静态背景组织信息。
DISCOVERY MR750
全脑三维动脉自旋标记成像
3D ASL
MR Application Team, China Internal Use Only
1 GE Healthcare Discovery MR750
动脉自旋标记成像
• • • • • ASL基本概念 2D FAIR介绍 3D ASL原理 3D ASL & PWI比较 3D ASL临床应用和病例
Discovery MR750
三维动脉自旋标记成像病3DASL
3DASL CBF
CBF Perfusion +C
CBV Perfusion +C
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。
磁共振动脉自旋标记技术在常见成瘾疾病中的研究进展
--磁共振动脉自旋标记技术在常见成瘾疾病中的研究进展张洁综述陈军审校【摘要】随着社会、经济的发展，成瘾疾病患病率逐渐升高$长期吸烟%饮酒、阿片药物及兴奋剂滥用成为全球关注的公共卫生问题&以往对成瘾疾病的脑灌注研究多采用PET及SPECT技术,相比之下,动脉自旋标记技术(ASL)具有无创%易操作％、低成本等优点，成为对成瘾患者进行横向或纵向研究的有工具$本文就磁共振ASL技术在常见成瘾疾病中的研究应用进行综述$【关键词】动脉自旋标记；磁共振成像；成瘾；脑灌注；慢性酒精依赖；阿片依赖；兴奋剂；吸烟吸毒和酗酒对健康、经济和社会造成的不良全球关注的问题，在全球残疾调整寿命年中，0.8%的总病酒精叫美国成瘾医学会提出成瘾患者具有难以中，「求药物，情绪失常，行为自，人际关叫随着影像技术的发展，成瘾的神经化学及神经生PET发射型计层摄影术(single photon emission computed tomography，SPECT)进研究，并发滥用药物之在相大多的成瘾疾病多以心理学为进，经生物学对成瘾疾病的&相PET及SPECT技术，动脉自旋标记技术(arterial spin labeling，ASL(作为一种无需使用对剂的MR灌注成像方法，能在个体水平供定量的灌注测量值，对成瘾患者在治疗期间区域灌注变化进行监测，从而个体化的给予，有助于减轻戒断症状，遏制患发&此外其无创、易操作、、低成本、成像较快优点，便于对成瘾患进研究，适合中枢经系统成瘾性物质的磁共振成像研究，动态研究成瘾物质如何改变大脑灌注状态，进改变神经元活动，以及对神经功能的影响，探讨治疗药物对成瘾疾病的相关区域脑功能的变化及治效果的评估&文将对磁共振ASL技术在常见成瘾疾病中的研究进展予以/述&ASL原理及分类动脉自旋标记是利用动脉血中水分子作为示踪剂的无创MR技术，通过采集两次数据，生成一对标记像及控制像，标记像中磁化的血液水质子在进入感兴趣组织之前通过施加高频脉冲来反转进行标记，控制像中磁化后的血液水质子未进行反转⑷，之将标记像与对照像进剪影即得到灌注像，由于灌注像号，多次采集进平均，得到最终的脑血流图⑸。
动脉自旋标记脑灌注MRI技术规范化应用专家共识
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）
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。
ASL动脉自旋标记灌注成像
以MRA为标准，分为闭塞组与非比赛组
闭塞组35人 闭塞组37个病灶（一个病人 有多个部位阻塞）
多部位损伤 多部位狭窄（数据没有还原）
117名研究对象
数据见以结果1、2、3
非闭塞组82人
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方法：对171名患者进行MRA、SWI、ASL 、Flair图像分析，以MRA为一般标 准，用配对卡方检验来比较SWI、ASL在定位血管闭塞中的敏感性。 图像分析的要求： 所有的图像经肉眼分析以下方面：（1）DWI图像上弥散障碍的部位、大小， 是否为多发（2）FLARI图像中血管或损伤部位信号（3）SWI磁敏感血管征象 （4）MRA中血管狭窄或闭塞（5）ASL明亮血管影 MRA一旦显示出血管狭窄或闭塞，就能确定其位置.根据ASL明亮血管出现， 分析阻塞或狭窄部位如下：(1)近端(2)远端或（3）近端或远端的阻塞部位。
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入组标准及方法 搜集了从2014年1月到2014年4月被怀疑急性脑卒中度患 者的MRI图像。其中117名患者的磁共振图像有病灶。54 名患者被排除的原因有以下几点：⑴无ASL图像⑵图像质 量差（采集时间不足或有伪影）（3）颅脑外血管阻塞， 而没有足够的血管标记。因此，117名患者被纳入研究范 围。
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ASL明亮血管征象在急性脑卒中患者定位闭塞血管的应用 Bright Vessel Appearance 明亮血管征象 ？？
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背景： 一些研究表明，动脉自旋标记（ASL）灌注加权成像（PWI）可以检测在急 性脑卒中低灌注及灌注–扩散不匹配现象。比起灌注磁共振成像，动态磁敏 感造影灌注成像有良好的相关性。 最近，在工作中，动脉自旋标记（ASL）灌注加权成像(PWI)被加入到评估 急性脑卒中中，随着应用的逐渐增多，我们遇见急性脑卒中病人，用ASL明 亮血管可以找到其梗塞部位。据我们所知，ASL的敏感性在急性脑卒中的应 用尚未阐明。因此，这项研究的目的是：评估是否可用ASL明亮血管征象定 位急性脑卒中闭塞的血管。
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。
asl技术在中枢神经系统中的应用进展
国际医学放射学杂志ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＲａｄｉｏｌｏｇｙ２０20Jan 鸦43穴1雪：73-77ASL 技术在中枢神经系统中的应用进展雷少阳张淑倩*【摘要】动脉自旋标记（ASL ）是通过射频脉冲标记动脉血来进行脑血流的无创评估，属于绝对定量灌注。
ASL 无需使用对比剂且没有电离辐射，可在短期内对病人重复评价，其衍生技术在中枢神经系统中的应用越来越广泛。
介绍ASL 的成像原理、衍生技术，并对比分析多种灌注技术。
同时就ASL 技术在缺血性疾病、脑肿瘤、神经退行性疾病、线粒体脑肌病伴高乳酸血症和脑卒中样发作（MELAS ）综合征、脑炎等疾病中的应用进展予以综述。
【关键词】磁共振成像；灌注成像；脑肿瘤；卒中；MELAS 综合征；脑炎中图分类号：R445.2；R742文献标志码：AApplication progress of arterial spin labeling in central nervous system LEI Shaoyang,ZHANG Shuqian.Department of Radiology,Hebei General Hospital,Shijiazhuang 050051,China【Abstract 】Arterial spin labeling (ASL)is an absolute quantitative perfusion technique used to assess cerebral bloodflow noninvasively by radiofrequency pulse labeling of arterial blood.It can evaluate repeatedly in a short period of time without exogenous contrast agents and radiation exposure.With advent of many variants of ASL,ASL has been used widely in central nervous system.In this article,we introduced the principle,variants of ASL,and compared with other perfusion techniques.Clinical application of ASL in ischemic diseases,brain neoplasms,epilepsy,neurodegenerative diseases,MELAS syndrome,and encephalitis were reviewed.【Keywords 】Magnetic resonance imaging;Perfusion imaging;Brain neoplasms;Stroke;Epilepsy;MELAS syndrome;EncephalitisＩｎｔＪＭｅｄＲａｄｉｏｌ，２０20，43（1）：73-77作者单位：河北省人民医院医学影像科，石家庄050051通信作者：张淑倩，E-mail ：1247225465@ *审校者DOI:10.19300/j.2020.Z17722综述放射技术学1992年研究者首次应用基于内源性对比剂的动脉自旋标记（arterial spin labeling ，ASL ）技术测得了小鼠的脑血流量（cerebral blood flow ，CBF ）[1]。
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ASL 技术
2010-4-18
ASL的基本原理及常见应用
杨双
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)
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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CBF的定性、定量图。
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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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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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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)等。
partition coefficient λ and inversion efficiency α are generally
required in order to quantify the perfusion
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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;
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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
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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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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。
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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 这种差异进行测量成像。通常在水质子流入成像层面之前， 用翻转或饱和RF脉冲对其进行标记。当标记血液中质子进 入细胞外间隙并与静态组织中质子进行交换后，组织的净 磁化矢量与无标记质子的对照状态相比明显减小。将对照 成像信息与标记成像信息相减，消除静态组织的信号，即 得到灌注图像。