动脉自旋标记（Arterial spin labeling）是一种基于核磁血流标记的非侵入式的动脉血流量测量的成像技术。本文将对包括脉冲式、持续式标注技术等标记方法以及新兴的临床应用进行回顾。脑内灌注与蛋白代谢密切耦合，这使得痴呆研究中的ASL应用不断得到发展，因为在ASL上观察到的低灌注模式与氟脱氧葡萄糖（fluorodeoxyglucose，FDG）为标记物的正电子断层扫描成像（PET）采集到的代谢模式具有较强的相关性，这表明ASL有可能作为PET成像的一种替代方案。卒中研究中，ASL技术可用于研究急性和慢性灌注的改变。而在动静脉畸形和(Dural Arteriovenous Fstulas, NBDAVF)硬脑膜动静脉瘘中，ASL对很小程度的血液分流也十分敏感。在癫痫研究中，无论是在发作前后还是发作期间，ASL技术都可以用于评估致痫灶的血流量变化。在肿瘤研究中，在如过敏或者肾损伤等对灌注标记药物十分敏感的情况下，ASL技术由于其无需注射药物，有望用于区分肿瘤恶性发展和良性发展。最后，包括轻度脑外伤以及创伤后应激障碍（Posttraumatic Stress Disorder，PTSD）在内等无可见的结构变化的情况下，都可以在asl图像上发现其脑血流的变化。在最后的部分，将对当前ASL技术存在的局限和未来发展进行分析，以希望在未来可以改善其临床应用性，如通过使用多反转时间ASL（Multi Time Invert asl, multi TI asl）来评估转运时间的变化，对脑血流进行可重复的定量测量，以及脑血管储备的测算。本文发表在Radiology杂志。（可添加微信号siyingyxf或18983979082获取原文），如果对ASL及脑功能数据处理感兴趣，可浏览以下链接：
第八届磁共振ASL数据处理班（上海，3.1-4）
第三十八届脑影像基础班（南京，2.23-28）
第三十九届脑影像基础班（上海，3.25-30）
正文：
ASL 技术是一种可在组织水平上实现大脑灌注量测算的非侵入式核磁影像学测量技术。得益于注入磁性标记血液的高对比度，ASL技术可以不使用外源性造影剂。尽管asl技术的相关原理在20世纪90年代初就被提出，并且在低场强的核磁成像设备上即可实现，但得益于现代高场强成像系统提高了数据的信噪比，使得ASL技术有了更大的实际应用性。在过去几年中，随着3-T成像设备的日益普及，以及改进的脉冲序列和多通道接收阵列线圈的发展，研究者们对ASL技术的兴趣迅速增长，为其在神经和精神疾病中的广泛应用铺平了道路。本文的回顾将从asl技术的关键设备开始，然后对asl技术应用 的临床应用进行讨论，最终对其当前的不足和未来的发展进行讨论和展望。思影曾做过一系列ASL相关的文章解读或者介绍，欢迎点击浏览链接：
MRM:基于ISMRM研究与欧洲痴呆研究动脉自旋灌注成像临床
Molecular Psychiatry：海马及其相关网络在电休克抗抑郁中的
磁共振到底有几种“灌注”？！
ASL多模态研究：糖尿病多发性神经病变的一种基于大脑的疼
青少年心血管风险因素与脑血管结构及功能指标间的联系
AJP:使用ASL灌注导向的经颅磁刺激治疗强迫症
关键的技术考量：
ASL技术的基本认识：
ASL的原理是在流入的动脉血进入感兴趣的组织区域之前，对其质子进行磁性标记。因此，它可以被视为一种示踪技术，以水分子作为天然的内源性示踪剂来评估组织灌注。这种标注是通过应用射频脉冲来逆转血液水分子中质子的体磁化而产生的。在标记和流入后，通过回波平面成像（Echo-Planar Imaging， EPI）、梯度和自旋回波成像(Gradient- And Spin-Echo Imaging ，GRASE)等快速采集技术，或使用螺旋叠加方法的三维快速自旋回波成像获得图像。ASL数据的分析需要两个图像：对血液做过磁化翻转的标记像以及未对血液作水磁性翻转的控制像，而两者之间的信号差与磁化水传递到组织的数量成正比。若标记血液在影像采集时间内达到主要的成像体素，则信号差将会与脑血流（cerebral blood flow, CBF）成正比。目前ASL的主要实现方法是脉冲标记和伪连续标记。
脉冲标注式asl：
在脉冲式ASL(PASL)中，使用一个长度约为10ms的短绝热反转脉冲在大脑下部对血液进行翻转标记来标记动脉血液水分子（图1a）。标记后需要一定延迟时间，使得标记血液流入组织，这个时间叫做标记延迟时间或者也称为PASL的流入时间。这段时间内血液由标注区域流入大脑，通过纵向T1弛豫消除标记。因此，PASL在本质上是一种比伪连续ASL (PCASL)低信噪比的技术。PASL的控制采集包括一个与标记脉冲功率相等的射频脉冲，但其对标记区域的血水磁化没有影响。
伪持续标注式ASL（PcASL）
PCASL技术，将一大串长度约1ms的短脉冲组成长度为1到2秒的脉冲序列。这个短脉冲序列被设计成以绝热或伪稳态的方式使流入的血液磁化反转（图1b）。当血液沿着上下方向流过标记平面时，我们可以把它想象成连续反向流动。如果PCASL脉冲序列中每秒钟脉冲的相位移位180°，流动的血液就能最小限度地受到扰动，从而能够获得无标记的控制图像。PCASL由于操作简单、高信噪比等优点，近几年来已经成为临床成像的首选标注方法。
图1 PASL和PCASL的图示（具体原理在上文已经说明，这里不再叙述）
PCASL与PASL相比
PCASL的主要优点是其较高的信噪比，这在信噪比有限的情况下是一个很大的优点。对于PASL，在输入时间为0时将一块动脉血倒置，然后在流入时间内进行T1弛豫。对于PCASL来说，动脉血液在经过标记平面时是连续倒置的，这意味着不管血液是在什么时候标记的，它在到达组织时都有相同的T1衰减量。然而，由于PASL中使用的射频脉冲其翻转效率要高于使用PcASL流动诱发的绝热反转序列所实现的翻转效率。因此PcASL的效果并没有预期要好。PcASL标记序列对失谐效应的敏感性受馈入动脉的不同有所差异，这可能导致局部灌注的明显不足。PcASL的动脉到达时间较长，标记平面需要以已知的方向与主要供血动脉相交，通常放置在PASL标记板的远端（图2）。因此，对于任何给定的研究，都应该考虑PcASL和PASL的具体优缺点，以选择最合适的方案。图2 PASL(左栏)和PCASL(右栏)的ASL标记程度差异顶行显示灌注的时间曲线(1 =完全反转；0 =完全不反转)。由于PASL在单个时间点倒置(图中t = 0)，因此所有流入的动脉血在此之后的所有时间点都经历相同量的T1恢复。在PCASL中，血液流经反转平面并在返回成像体积的途中恢复时会进行标记。A–D显示开始标记后几个时间点的剩余标记程度(t = 0): A，t = 0；b，t =动脉到达时间(ATT)；c，t =灌注持续时间(t)；d，t = ATT + t。色标代表从完全反转(红色)到完全放松(蓝色)的范围。可以看出，PCASL标记过程产生的灌注具有比PASL更高的整体反转度，从而导致PCASL的固有SNR更高。
对标记后延迟时间的重要说明
从标注结束到图像采集开始，标记后延迟时间对于asl技术来说是至关重要的。若标注后的延迟时间长于血液由标记平面到达成像区域的最长时间，将使得asl信号对动脉到达时间不敏感。一般只要血液和组织的弛豫时间相似即可，但是这种情况只适用于灰质，不适用于白质。延长标记后延迟时间将使得脑血流的量化并减少血管内信号对于asl影像的影响，但是相对而言将牺牲一些信噪比。此外(postlabel delay)标注后延迟时间的选择也要根据被试的年龄有所调整，如老年被试应该使用较长的延迟时间，而儿科和成人临床人群推荐的标注后延迟时间分别为1500ms和2000ms。
通过时间的改变:多延迟时间ASL
基于健康年轻人的研究结果，当前大多数临床应用的ASL序列在标记和图像采集之间只设置了一个单一的延迟时间。若在末端血管发生闭塞，就会使得薄壁组织中的血液到达延迟，导致得出相对CBF降低的错误结果，但是馈入动脉血管中的ASL信号会出现升高，这种情况称为动脉转运伪影（arterial transit artifact）。在中老年人中这种由于心脏输出量的减少而导致CBF的降低也是常见的（图3）。多延迟时间ASL序列的使用旨在克服这一方法上的缺陷，但由于需要较长的成像时间，目前不推荐在日常临床实践中使用。
B，相比之下，使用标准的单流入时间ASL序列估计的相对CBF显示左侧大脑前动脉和大脑中动脉区域显著减少。这种差异的来源是灌注延迟的增加，如C, DSC的延迟图所示，这与由于D, TOF -flight (time-of-flight)图像上存在左侧颈内动脉高级别狭窄而导致的ASL灌注改变完全吻合。e解释了基本原理。由于近端血管狭窄和侧支血流减慢(虚线)，DSC成像正常灌注时间序列(实黑线)向右移位。DSC成像获得了一个完整的时间序列，bolus到达时的这种偏移仅仅导致估计曲线的偏移，在DSC中可以准确地估计相对CBF。相反，具有标准流入时间(由垂直线表示)的单一流入时间ASL序列会低估真正的灌注，因为相对于灌注曲线的峰值而言，它太早了。
Asl技术在神经退行性疾病中的应用：
通用的分析考量：大脑灌注与代谢耦合
阿尔茨海默症是最常见的一种痴呆症。根据Jack等提出的神经退行性模型，在阿尔茨海默氏症认知衰退过程中，大脑代谢的改变会先于结构异常。这使得在痴呆症研究工作中对基于18F-FDG(氟代脱氧葡萄糖)正电子发射断层扫描（PET）的脑葡萄糖代谢评估的应用不断增加。这项技术确定了各种类型痴呆症的典型代谢变化模式。例如，阿尔茨海默氏症通常与除枕叶外的双侧顶叶和颞叶区域的低代谢有关，而路易体痴呆患者也有双侧顶叶、颞叶和枕叶的代谢降低的情况。FDG PET的一个缺点是血糖代谢的改变并不是特定疾病的特异性症状。这导致了淀粉样蛋白和tau蛋白PET这些最近才被引入临床使用的疾病特异性示踪剂的发展。
因此，我们需要一种替代技术来代替FDG PET在痴呆治疗中的替代标记。而asl技术有两个原因使其成为最有潜力的替代技术。一、大脑中的代谢与灌注本身就是高度耦合的；这种灌注-代谢耦合意味着痴呆中FDG PET已知的低代谢模式可以转化为ASL MR图像上的低灌注模式。相应地，在轻度认知障碍和阿尔茨海默病领域中，ASL测量的脑灌注与FDG PET测量的脑代谢有良好的相关性。第二，在许多认知能力下降的患者中，结构磁共振成像是常规的。在现有的MR方案中添加ASL序列对患者的要求最低，不需要额外的放射性物资或使用造影剂，成本更低，并且允许在一次成像中评估大脑结构和灌注。此外，如果ASL可以取代FDG PET，这将使新的淀粉样蛋白或tau示踪剂能够实现更多疾病特异性PET成像。
与年龄相关性的分析：
为评估基于asl计算得到的灌注量与认知退行的关系；首先最为重要的就是了解asl采集影像受年龄的影响。一项基于44名年龄跨度由4岁到78岁的健康被试的研究发现，在儿童时期灰质有较高的灌注量(97mL/100g/min±5)，在青少年戒断已经出现了降低（79mL/100g /min ±3）；而在年龄在20岁左右到80岁之间，大脑灌注量相对稳定在58mL/100g/min。而在另一项基于38例平均年龄在82.2岁左右的老年人的研究中发现灌注量增减的不同模式。Restom及其同事，比较了15例年龄在25岁左右的健康被试与12例年龄在75岁左右的老年被试，发现静息时老年被试的脑血流显著低于年轻人。局部脑区的研究上，因为海马结构是痴呆研究中的重点脑区，Rusinek等人研究了26 - 92岁正常衰老期间的海马体，并没有发现明显的年龄或性别影响。最近，ASL被用于148个连续的对照受试者和65个76岁左右的轻度认知障碍患者。在随访中，大约一半的对照组参与者出现了微妙的认知能力下降。在基线时进行的ASL成像显示，后来出现细微的认知功能减退的个体的后扣带回皮层灌注减少，这表明ASL对于最早形式的认知功能减退的预测价值。有趣的是，病情恶化的对照组受试者的ASL模式与轻度认知障碍患者相似，这表明尽管脑血流已经减少，这些人最初仍能通过认知储备维持完整的认知状态。
阿尔兹海默症患者与轻度认知障碍患者的差异比较
AD患者伴随着内侧颞叶以及顶叶灰质体积减少。在疾病的早期阶段，如轻度认知障碍或临床前AD，萎缩可能很小，但代谢成像(FDG PET)可能已经可以发现异常。对AD的ASL研究一致显示，脑后顶叶分布的脑血流减少，包括楔前叶、扣带回后、角回和顶叶上回。AS L 模式与FDG PET所见的低代谢模式非常相似(图4)，两种模式具有相似的诊断性能。校正局部灰质萎缩后，来自ASL的信息仍然存在，说明了其独立的诊断价值，尽管在临床环境中未校正的ASL谱图可能会更可取。
横向是FDG（左侧）和ASL图像（右侧），A，健康个体(男性;年龄,57年;简易精神状态检查(MMSE)评分，30分，B, AD患者(男性;年龄,52年;MMSE评分，19)，C，额颞叶痴呆患者(女性;年龄,53年;MMSE得分,26)。功能性图像显示FTD主要是前额叶异常，AD主要是顶叶异常。红色反映正常的新陈代谢和灌注。对于AD患者的长期研究发现在其后顶叶皮层包括楔前回、扣带回、角回以及顶叶上回等区域的脑血流存在降低的现象。其asl模式与FDG PET的低代谢模式十分相似，两种模式都具有相似的诊断性能。虽然未经校正的ASL在临床环境中可能更可取，但即使是在校正局部灰质萎缩后，来自ASL的信息价值仍然存在，说明了其独立的诊断价值。而这种低灌注的模式在轻度认知障碍患者中也有类似的发现，这也为楔前叶这种异常的灌注变换作为转化为AD的标志提供了初步的证据，但是这还需要通过大样本分析的验证。
额颞叶痴呆，路易体痴呆，血管性痴呆
除了AD之外，我们对于ASL在痴呆中的作用知之甚少。额颞叶痴呆患者的研究中，Du等人在2例被试中发现右侧前额叶存在低灌注的情况，这与基于FDG PET分析类似，相对于AD患者，其在顶叶和后扣带皮层的灌注保持不变。另一项针对于AD患者与额颞叶痴呆的对比研究也肯定了这一发现，无论是基于ASL或者FDG PET的研究都表明额颞叶痴呆与AD患者有着显著不同的灌注模式。在路易体痴呆中，Taylor等发现15例路易体痴呆患者后扣带回及高级视觉联想区后侧灌注不足。Le Heron等在相关的帕金森、痴呆疾病研究中发现后灌注不足的模式与AD患者的模式有很大的重叠，表明两者之间可能有类似的神经退行性变化机制。血管性痴呆是由脑灌注受损引起的，在血管性痴呆患者和伴生融合性脑白质缺血性改变的患者中，特别是在双侧额叶和顶叶区CBF出现普遍下降。这种模式在卒中后患者中与AD患者有更多的重叠，尽管这可能是由于伴随的阿尔茨海默病有关。这里要注意的一个相关点是ASL测量白质灌注的能力有限。由于白质中的低灌注水平和较长的动脉到达时间，ASL信号的SNR通常非常低，除非获得参数经过特殊优化，否则不可能获得可靠的CBF估计值。
脑血管疾病研究中的asl技术的应用：
在早年间，人们认为ASL技术对于大脑内部缺血研究十分有用。随着美国国家神经系统疾病和中风研究所的试验以及弥散成像技术的发展，人们才认识到无需造影剂就能获取脑灌注图像的巨大潜力。 这允许对有患有例如肾功能衰竭等静脉造影剂禁忌症的患者进行灌注成像，并简化了定量CBF的获取，这对于例如动态磁化差异增强（Dynamic Susceptibility Contrast， DSC）基于造影剂的灌注技术而言是一项挑战。最初针对卒中的研究也成为了其原理的证据，但是受限于对全脑图像采集的限制，无法在全脑范围内进行验证。因为全脑高信噪比的asl序列被普遍应用，一些研究也显示出asl技术与DSC技术在包括平均传输时间以及峰值停留时间等时间信息上的一致性。血管选择性ASL技术的另一个优点在于其对于脑卒中患者的侧支血流引起的灌注变化最为敏感（图5）。而常规ASL技术仍可发现烟雾病患者大脑灌注的变化。这种方法已经应用于以侧支血流为基础的疾病治疗检测中。
图5 一位50岁女性脑卒中患者，14小时右偏瘫和失语症，成像时美国国立卫生研究院脑卒中评分为9分。患者随后被发现有左颈内动脉颅外夹层。A，弥散加权图像显示左侧尾状核和壳核内组织不可逆损伤。通过使用多延迟ASL序列，能够获得B, CBF和，C，动脉传输时间图像，识别出了更大区域的灌注异常。D，传统DSC图像显示的灌注异常区域(到达残差函数最大值的时间)与ASL图像的结果是一致的ASL在严重灌注不足或在动脉到达时间较长的区域测量其灌注量，确定灌注的能力对于脑血管病患者的成像仍然是一个关键问题。在这些情况下，在缺血性病变中可能存在ASL信号强度不足的区域，这使得CBF图的重建变得困难。然而对于中风的检测能力来说，ASL技术已经达到了与DSC技术相当的程度，并且可与弥散加权成像（DWI）一起作为一种检测手段。由过往的经验来看，当ASL显示正常灌注或者在血管在贯通后呈现的灌注时，由于其消除了弥撒和灌注不匹配的可能性，这使ASL技术是有效的。而这种不匹配会反映梗死组织的风险，从而影响患者的治疗效果的评估。对于已知脑血管疾病的患者，可以考虑其他的ASL成像策略，包括长标记长标记后延迟、单时间点ASL和多标记延迟ASL。前者将缓解成像时血流未到达组织可能导致CBF被低估。但是，当标注在血液中时，其衰变的差异（与组织相比，T1更长）可能会导致错误，而适当的CBF到达时间比预期的要晚，表现为高强度。多延迟ASL，即获得几个标注后延迟时间（Multi-PLD）的ASL图像，提供了测量灌注和动脉到达时间的潜力，并使用到达时间信息来提高CBF地图的准确性。这解决了长标签长延迟ASL的一些问题，但是牺牲了单位时间的信噪比。实际上，这意味着除非提高成像效率或接受更长的成像时间，否则多延迟ASL图像的空间分辨率将会降低。提高多延迟ASL的时间效率的一个有前途的方法是Hadamard 编码。Hadamard 编码是一种将标注块与非标注块混合，标注块和控制块的排列不同的方法。尤其是对于传输时间映射而言，这种方法能够以更省时的方式重建具有不同延迟时间的图像，从而导致更高的信噪比。
使用固定的标记持续时间2000毫秒，但在后续图像上，使用700至3000毫秒的不同标记后延迟（PLD），产生ASL差异（对照标记）图像，如图A所示。从这些数据以及使用一般动力学建模时，可以同时测量B，到达时间校正后的CBF和C，动脉到达时间本身。在该患者中，右半球存在接近对称的CBF，但明显的动脉到达延迟，如到达时间图上较高的值所示。ASL也被应用于包括颈动脉狭窄闭塞和烟雾病等慢性脑血管疾病。这类疾病的特征是CBF接近正常，因为血液通过其他途径到达实质使得动脉到达时间往往明显异常。因此，许多研究都利用了多延迟ASL方法来校正到达时间的CBF值，并直接绘制转运时间异常。考虑到相对较长的延迟，在这些疾病中，使用极长标注和标注后延迟时间或多延迟ASL对于适当的灌注测量是至关重要的。(图6)这是说, 即使是最先进的技术, 有一些非常严重的既往无卒中发作的烟雾病患者。因为非常血管曲折。血液流的到达时间推迟，由于传输过程中在标注区域和大脑实质区域损失的磁标签，其测量的CBF实际上是不可靠的。
ASL技术在动静脉畸形研究中的应用
ASL成像的一种出乎意料但有用的临床应用是通过动静脉分流识别病变的能力。因为超过90%的水来自毛细血管，由于水分子的平均停留时间从血管到血管外的空间中提取后几分钟，大部分的标记水衰变脑实质内,不进入静脉。因为超过90%的水是在通过毛细管时提取的，而且一旦从血管中提取到血管外空间的水分子的停留时间是几分钟，大多数标记的水在脑膜内消除标记，不能到达静脉。这导致在大多数ASL图像上都可以很好地描绘出实质性灌注，并且没有血管信号。 但是，如果没有如中枢神经系统的两种最常见的分流病变，动静脉畸形和硬脑膜动静脉瘘这样的毛细血管床，那么ASL信号就会出现在静脉结构中。考虑到静脉的高血容量，这是相当有用的（图7）。
图7 1.5T机器成像的患有劳累性头痛和动静脉瘘的51岁男子的图像A，T2加权图像显示了额下叶中非常细小的流动空隙（箭头）。B，ASL图像显示右下额叶区域的线性高信号强度（箭头），该区域延伸到右海绵窦，指示动静脉分流病变。D，源MR血管造影图像确认筛窦硬膜瘘（箭头）的存在，只有在观察到硬膜瘘引流的静脉结构内出现异常ASL信号后才能识别。该案例还表明，尽管3 T比1.5 T更可取，但使用1.5 T的ASL也可以获得相关的临床信息。虽然大的动静脉畸形和硬膜动静脉瘘管用常规解剖核磁成像诊断并不困难，但小的病变或栓塞治疗后病变的演变可能非常具有挑战性。Le等人证明，除了常规图像外，如果允许医生查看ASL图像，可以显著改善对病变范围小于2cm区域识别。事实上，这可能比传统血管造影更敏感，因为在颅内出血背景下的动静脉畸形中，由于肿块效应血管造影显示的静脉信号是阴性的。研究显示，使用ASL还可识别大脑外部，上颈部区域内的此类病变。最后，在大约10%的发育性静脉异常中发现了动静脉分流，这表明过渡性病变可能比一般认为的更常见。 当静脉信号用于识别分流病变时，ASL面临的一个挑战是识别精度取决于精确的时间参数(即标记时间和标记后延迟)。尽管使用推荐参数似乎对检测大多数病变非常敏感，但在慢速或快速分流病变中，静脉ASL信号可能不是最理想的。 因此，人们对多延迟ASL感兴趣，在多延迟ASL中，将具有不同标记持续时间或标记后延迟的图像作为单个采集的一部分进行采集。虽然这些序列是为了更好的CBF定量而首先开发的，但优化检测静脉信号的灵敏度的能力也得到了增强。 但是，在给定的成像持续时间内，与单延迟ASL相比，空间分辨率会降低，因此任何增益都可能会被此较低的分辨率所抵消。基于ASL的多延迟血管造影序列也得到了发展，其更侧重于血管的直接可视化。因此，后一种序列与传统血管造影相比具有相当的时间分辨率，而无相关风险。
ASL技术在癫痫中的应用
在癫痫方面，ASL的主要关注点在于寻找潜在的致癫痫病灶。ASL可能进一步有助于鉴别诊断，例如，评估急性期的中风。在急性发作期，由于病理性神经元活动，CBF通常增加，而在慢性发作期，因为致痫区域比正常脑组织的功能和活性通常会降低，CBF也会有所减少。
核医学技术，如发作期和发作间期单光子发射计算机断层扫描(Single Photon Emission Computed Tomography，SPECT)和PET，常用来检测与癫痫活动相关的代谢变化。由于常规扫描中都会采集结构磁共振成像，ASL可作为一种额外的脑灌注功能标记物用于后续研究。ASL图像上的低灌注与发作间期PET图像和电生理数据上的低灌注相对应，表明ASL在癫痫病灶定位方面的潜在应用（图8）。
图8 癫痫的ASL MR成像和FDG PET的比较。每列代表单个患者的影像学研究。 A，术前轴向T1加权MR图像。 B，原始FDG PET图像。 C，原始PASL CBF映射。 D，T1加权MR成像和FDG的图像融合。 E，T1加权MR成像和PASL的图像融合。箭头指示发生癫痫的局灶性皮质发育异常区域。编号1-5是指不同的患者。ASL技术在肿瘤方面的应用
血液动力学变化存在于许多中枢神经系统肿瘤中，通常，CBF和脑血容量（CBV）随着肿瘤等级的增加而增加。 从历史上看，我们关于这些血流动力学变化的许多基于核磁成像的知识都是通过DSC和动态对比增强成像获得的。 这有两个主要结果：（a）大多数文献都集中在相对CBV的变化上，因为与CBF相比，CBV的DSC测量更直接；（b）我们的大多数数据空间分辨率相对较差并且容易出现伪影，因为血管内密闭示踪剂的快速通过需要快速成像，有时成像效果欠佳。ASL不能测量相对CBV；相反，CBF的测量更为直接。正常组织中CBV与CBF通过Grubb定律(CBV = CBF0.38) 进行转换，而在肿瘤中这种关系可能发生改变，可能形成改变CBV/CBF比值的异常血管。此外，由于不需要精确地跟踪血管内快速注射的造影剂，ASL实验更加灵活，如信噪比、空间分辨率、可容忍的图像失真量和成像时间可以相互抵消。最后，由于水在正常组织和肿瘤组织中具有较高的渗透性，ASL不像DSC那样需要使用复杂的渗漏校正算法来获得定量结果。
原发性中枢神经系统肿瘤
多形性胶质母细胞瘤是成人中最常见的高级中枢神经系统肿瘤，与高代谢和CBF有关(图9)。最初的报告表明，ASL和DSC在识别该肿瘤以及将其与对比度增强模拟物区别开来方面的结果基本一致。多形性胶质母细胞瘤中较高的CBF与遗传标记物(如表皮生长因子受体)相关，并与较短的无进展生存时间相关。低级别肿瘤通常表现为较低的CBF。CBF的变化可能预示着转化为更具侵略性的表型。事实上，有些人认为CBF量化比组织学分级能更好地估计大范围胶质瘤的无事件生存率。CBF增加和肿瘤分级的一个例外是少突胶质细胞瘤，这种2级肿瘤，常表现出CBF的增加。
A，对比后T1加权，B，FLAIR图像。 C，ASL图像表明肿瘤区域的CBF（箭头）增加。 D，在大剂量DSC图像上也可见增加的脑血容量（箭头），尽管由于围绕肿瘤的大量动脉和静脉血管更难于观察。高脑血流量的发现是高级别（III和IV级）神经胶质瘤的特征
继发性中枢神经系统病变
与灰质相比，大多数转移性脑损伤显示出相似或更低的葡萄糖摄取和CBF。 但是，一些转移性病变表现出CBF增加，并具有高血管性的特征。 这些包括肾细胞癌，血管肉瘤，血管母细胞瘤和黑色素瘤，在这些情况下，ASL可能会有所帮助（图10）。
图10 一名40岁的冯·希佩尔·林道病患者在接受多次手术后出现多种血管母细胞瘤，其影像为A、T2加权、B、对比后T1加权和C、ASL。箭头指向用ASL测量的极高CBF，即使是在非常小的损伤中。
Asl在治疗效果评估：
ASL的定量特性使CBF随时间或治疗变化的研究成为可能，以评估其对预后和结果的影响。一个特别重要和具有挑战性的是在新的患者中鉴定放射性坏死和复发性肿瘤之间的区别。DSC和磁共振波谱也可用于这种鉴别，并取得了一定的成功。鉴于ASL在切除腔周围更好的成像性能，ASL很可能在DSC灌注测量上得到改善。它对周围大血管的存在也不太敏感，这使得在实际病变中量化CBF具有挑战性（图11）。
图11 一位57岁肺癌脑转移患者在切除、放疗和化疗15个月后的影像。轴向T1加权增强图像显示一个新的增强病灶，轴向液体衰减反转恢复图像显示切除腔区域广泛的血管源性水肿。ASL图像显示，在这个区域的CBF没有增加，FDG正电子发射断层图像也有类似的发现。这些发现被认为代表了放射性坏死，患者被连续跟踪。Oszunar等人提出ASL在区分神经胶质瘤的肿瘤复发和放射坏死方面优于FDG PET和DSC，敏感性为94％。 在切除后的4周内，任何对比增强可能都是由于伪进展，ASL似乎比DSC更有用。可以评估肿瘤的初始表现和治疗变化的另一种技术是动态造影增强成像（Dynamic Contrast-Enhanced Imaging，DCE），其可以估算造影剂衰减的速率。
Asl技术在精神疾病上的应用：
越来越多的研究评估了ASL在各种精神疾病和神经疾病中的作用。
抑郁症研究
Ho等人在一项针对25名初学药物治疗的重度抑郁症青少年的研究中发现，额叶和扣带回存在复杂的低灌注模式，而扣带回下胼胝体、壳核和梭状回则存在高灌注模式。作者得出结论，重度抑郁症青少年在执行网络、情感网络和运动网络的基线灌注不同。Lui等人进一步将难治性抑郁症患者与非难治性抑郁症患者进行细分。与对照组相比，非难治性抑郁症的受试者在左侧前额叶皮层的CBF减少，而主要在边缘纹状体区域的CBF增加。相反，难治性抑郁症患者的CBF主要在双侧额叶和双侧丘脑区域下降。直接比较两组抑郁症患者，进一步发现高CBF主要发生在边缘纹状体区。最后，晚年抑郁与脑白质CBF增加而脑灰质CBF保留相关。总之，这些结果表明不同类型的抑郁症与特定的CBF改变模式相关，并且在后期发展中进一步改变。与对照组相比，精神分裂症患者在左侧壳核/上辐射冠和右侧颞中回的脑血流增加，而在双侧楔前叶和额中回的脑血流减少。此外，根据症状对患者进行细分显示出包括思维困难或想出主意，开始任务的能力下降，动机或动力水平降低，对其他人缺乏兴趣在内的负性症状与脑血流减少有关。 双侧颞上回，扣带回和左中额回，以及包括妄想，幻觉，言语或行为紊乱在内的阳性症状与扣带回和上额回的CBF增加以及中央前回、额中回的CBF降低相关 。Ota等人的一项研究发现，与健康志愿者相比，左侧前额叶和双侧枕叶皮质的相对CBF减少的模式不同。最后，Kindler等观察到精神分裂症患者额叶和颞叶区域的平均CBF下降，楔前叶与默认网络连接显著增加。目前尚无法确定这些在精神分裂症患者中基于观察到的基于ASL的CBF改变的差异是由于疾病的不同阶段和亚型引起的，还是方法论的原因，抑或是两者的结合。
创伤后应激障碍
近年来，创伤后应激障碍(Posttraumatic Stress Disorder ，PTSD)引起了人们的广泛关注。Schuff等人评估了17名患有PTSD的男性退伍军人，观察到主要是右顶叶和颞上皮质的相对CBF增加。Li等人在1991年海湾战争后近20年对退伍军人实施了一项更复杂的实验，对比了以毒扁豆碱（是一种在毒扁豆（在西非称为éséré）中提取的天然生物鹼, 可作拟副交感神经药）为刺激的ASL基线。毒扁豆刺激明显著降低了对照组和1型(认知障碍)退伍军人的海马相对CBF，但显著增加了2型(混淆性共济失调)和3型(中枢性神经痛)退伍军人的海马相对CBF，说明ASL可能用于区分PTSD类型的亚型。
轻度创伤性颅脑损伤
轻度创伤性脑损伤(Mild Traumatic Brain Injury，MTBI)是另一个引起极大兴趣的研究方向，特别是与职业橄榄球和足球运动员大脑改变的讨论有关。传统的MR成像序列对探测大脑结构变化不够敏感，因此越来越多的研究使用如ASL或弥散加权成像这样先进的成像技术。2009年，Ge等证实MTBI患者双侧丘脑CBF降低。随后，同一组将这些发现扩展到CBF的评估中，通过结合ASL和弥散张量和弥散峰度成像来评估白质，重点检测了MTBI患者大脑尤其是丘脑灌注和白质完整性的实质性改变。有趣的是，这些改变在受伤9个月后仍然存在。Doshi等评估MTBI的急性期，发现左侧纹状体、额叶和枕叶区域CBF增加。最后，Wang等研究了儿童患者的MTBI，发现双侧额颞区CBF减少。总之，这些结果表明，ASL可能是评估大脑中MTBI相关改变的敏感标记，这是传统成像技术无法检测到的。这些研究之间的差异反过来也意味着数据采集和数据分析都需要严格的标准化。
疼痛和偏头痛
Owen等人调查了健康志愿者在痛苦的热刺激过程中，观察了包括岛叶、继发性体感、扣带皮质以及辅助运动区在内的双侧CBF变化，试图量化疼痛诱导的脑灌注变化。Maleki等人采用了类似的方法，发现体感皮层、前扣带皮层、前岛叶、海马、杏仁核、丘脑和楔前叶的相对CBF发生了改变。综上所述，这些研究表明ASL可以作为主观疼痛综合征的一种独立于操作者的标记。因此，Liu等人观察到，带状疱疹后神经痛患者的左侧纹状体、右侧丘脑、左侧初级躯体感觉皮层、左侧岛叶、左侧杏仁核、左侧初级躯体运动皮层和左侧顶叶下叶的CBF增加，而额叶的CBF减少。ASL成像对偏头痛特别重要。尽管存在争议，但人们认为偏头痛发作可能涉及血管异常。相应地，通过ASL绘制大脑CBF可能会揭示对偏头痛的病理生理学的见解。 Kato等人在偏头痛发作期间，使用曲坦类药物治疗后和无发作期对患者进行ASL成像。额叶皮层与基线相比有所增加。治疗开始30分钟后，丘脑和下丘脑的CBF灌注得到改善。Pollock等人的一系列病例发现，11例头痛发作患者中有3例出现了区域性脑高灌注，这与先前的先兆症状相。虽然这些初步研究证明了有趣的初步结果，但显然需要更大规模的研究来调查ASL是否有助于更好地理解疼痛的病理生理学，特别是偏头痛的潜在血管成分。
Asl技术的拓展应用
超选择性ASL绘制血管区域(也称为选择性区域绘制)
与增强CT灌注或DSC造影剂相反，ASL提供了选择性标记血管区域的机会，例如左颈动脉，右颈动脉和椎基底动脉区域或更远端的分支。再例如，评估威利斯环（Willis环（Circle of Willis），又被称为大脑动脉环（cerebral arterial circle））的血管变异对如尾状核，双凸状核和丘脑等脑组织灌注的影响。此外，更重要的是区域性ASL可能具有临床价值，例如，确定多个血管区域中是否存在多个急性血管病变，以此作为多个血管区域中远距离心脏栓塞事件与单个血管区域的局部狭窄起源或神经外科手术计划的争论的依据。例如，夹闭动脉瘤或切除肿瘤。
脑血管储备成像
对于人类而言，明确器官适应生理挑战的能力是非常重要的，特别是强调其极限的生理挑战的能力时，这种问题可以通过使用储备研究来衡量。这样的成像可以掩盖常规图像上不明显的缺陷。几十年来，运动或药物性血管舒张刺激后的心肌应激静息成像一直是心脏成像的主要手段。可以使用生理性（即，吸入二氧化碳或屏气）或药物性血管舒张进行类似的脑血管“压力测试”。特别是，乙酰唑胺，一种碳酸酐酶抑制剂，可使健康受试者的脑血流增加20% - 50%。然而，脑血管已经最大限度扩张以维持基线CBF的患者，可能无法在乙酰唑胺的刺激下进一步增加其CBF。事实上，那些患有非常严重疾病的人可能会在挑战时表现出CBF的减少，这种现象被称为脑血管偷血。非核磁成像技术(包括经颅多普勒、SPECT和PET)使用的数据有限，提示显示储备能力不足是随后脑血管事件的一个重要危险因素。鉴于它的无创性，ASL是一种理想的方法来成像CBF变化的回应挑战。由于这些患者可能有大动脉狭窄或闭塞，建议使用多延迟ASL来量化到达时间和CBF。图12显示了烟雾病患者双侧前循环脑血管窃血的多延迟肌萎缩侧索硬化症储备成像示例。
A、液体衰减反转恢复和B、扩散加权图像均显示左侧深层白质有梗死的证据。基线时采集的多排螺旋超声图像显示双侧前循环的正常CBF。然而，静脉注射1克乙酰唑胺10分钟后获得的图像显示后循环的预期CBF增加，但两个前循环的CBF显著减少，与脑血管窃血相容。这一发现与随后脑血管事件的高风险相关，并促使双侧颞浅动脉-大脑中动脉直接旁路。
fMRI与ASL技术的联合分析方法
功能性磁共振成像研究通常依赖于血氧水平依赖性(BOLD)效应和神经血管耦合。因为功能磁共振成像不是直接测量神经元的激活，而是间接测量血管反应，神经血管耦合的改变可能会影响到功能性磁共振成像的BOLD信号，例如，已经处于正常衰老状态。结合ASL和功能性MR成像可以解开BOLD反应的血管和神经元贡献。此外，可以使用ASL原始数据的时间序列来计算功能MR成像激活图或功能像已知的静息状态功能性连接网络。尽管这些基于ASL的结果的质量通常低于经典的回波平面BOLD功能MR成像的质量，但从临床角度来看这可能是有趣的，因为ASL可用于计算相对的CBF图和功能连接网络。合理的质量而无需额外的成本或成像时间，这对老年患者特别有用(图13)。
图13 154例健康老年对照者和66例轻度认知障碍患者ASL原始数据的功能连通性分析。注意，为了说明的目的，原始ASL数据在FSL(www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/)中分析，这是一项针对功能性MR成像分析进行了优化的既定技术。A、其中一个独立组件的空间表示。B、原始ASL数据的标记模式在相应的时间表示上清晰可见。
结论：
尽管ASL已有20多年的历史了，但由于放射科医生和临床医生对其功能和技术改进的认识不断提高，使得该方法更加可靠且可作为产品使用，因此它直到最近才开始从研究工具向临床使用过渡。对于许多疾病，包括痴呆，血管疾病，肿瘤和各种精神疾病，ASL提供了与结构性MR成像相比更多的补充信息。当前方法的发展旨在提高CBF估计的鲁棒性并降低成像器间的可变性。在未来的研究中，对ASL方法和其他方法的融合使用将成为一个重要的应用领域。
