神经影像| 脑灌注成像磁共振ASL技术基本原理及临床应用（一）
神经影像
第2期
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磁 共 振 动 脉 自 旋 标 记 灌 注 技 术( ASL)是一种不使用造影剂而获得脑灌注成像的方法，在脑血管性疾病的筛查、分级、评估以及科研领域，都有着丰富的应用场景。科普文章《ASL技术基本原理及临床应用》将分三期发布，这是第一期。
在讲ASL之间，我们首先要知道什么是ASL？ASL是Arterial Spin Labeling的缩写，翻译过来就是动脉自旋标记。它的主要作用是用来做磁共振灌注成像。
磁共振灌注分为很多种，可以见下文链接：磁共振到底有几种“灌注”？在讲灌注之间，我们首先要清楚灌注的概念是什么？
图1：灌注示意图
灌注是指：经过血管或管道系统流入并散在分布于目的器官或组织的毛细血管床的过程。要用磁共振方法或者技术反映灌注特点及信息，可以采用很多方法，但是主要分为打药灌注（即注射对比剂方法）和不打药灌注。
图3：磁共振灌注
相比打药方法做的灌注，不打药灌注的最大优点在于：不打药，不打药，不打药！省去了打药的过程，不打药灌注的检查就非常的安全，并且操作方便，便于随访或者反复进行。而ASL则是不打药灌注法临床应用最多的一种。正是在这种背景下，ASL目前非常火，基本上很多医院都会开展，有的大医院甚至是常规头颅检查开展ASL。
了解了背景后，我们首先来讲讲ASL的技术原理。
图4：ASL最简要示意图
做过ASL的老师，肯定都对上面这幅图或者类似的示意图并不陌生。很多时候，大家都讲ASL，可能对基本原理都比较熟悉，但是具体来说ASL是如何通过不打药方法进行灌注成像的？或者如何产生灌注图的？可能很多人就不一定说得清楚了。
很多人一句话把ASL原理带过：标记颈动脉血流，采集两次信号，非标记的（control）像减去标记的（Label）像，即得到颅脑灌注图。这样讲也没有什么错误，但是相信如果想对这个技术有更深了解的老师，可能还是有很多问题？
如何标记？什么脉冲标记？标记脉冲是让质子翻转多少度？标记在哪个位置？标记过后，什么时间开始采集信号？怎么做控制像？
ASL之所以能做到不打药反映血流灌注信息，就是因为它采用人体自身的血液质子作为内源性示踪剂，而不是通过注射对比剂（外源性示踪剂）来达到同样的效果。
1.标记带放哪个位置？
这个问题还可以变成，我们是要利用哪些血液质子作为内源性示踪剂。一般来说，ASL主要用来做头颅灌注成像，反应的是颅脑血管的灌注信息，所以要得到反应头颅的血管灌注信息，我们应该在源头对流入颅脑的血液进行标记。标记带一般放置于颅脑（信号采集区）的下方，主要标记的血管是颈内动脉。
图5：ASL定位，下面的蓝色条带为标记带，上方的红色区域为采集区（即成像区）
2.如何通过标记的方法进行灌注成像？
大部分老师都知道，ASL的原理是：Control-Label就得到灌注图。但是要详细的把这个成像过程或者细节原理讲出来，可能就非常难了，大部分人对这个看似理解，其实又不知道细节。
讲ASL原理是比较头疼的，有的东西可能自己明白要把别人讲明白不容易，而ASL原理就是属于这类，况且对于ASL，我对细节原理也不是很明白。
下面就以一组图像给大家介绍，希望大家对ASL原理稍微有一个直观的认识。
图6：我们知道，大脑的血液主要是由颈内动脉和基-锥系统来供血的。我们选择颈内动脉来作为内源性示踪剂，即采用脉冲来标记颈内动脉血液的质子。
图13：后面同样的过程，经历一个Delay，标记（实际上效果是没有标记）的血液质子流入成像区，采集信号。
图14：采集信号，得到Control像，即没有标记效果的图像。
图15：经过反复多次dynamic得到全脑的灌注图。
以上就是ASL的成像原理。我们简单的总结一下，相信大家看了示意图还是有疑问，后面我们在来阐述一些要点：
ASL成像采集两组数据，生成两组图：一个是Label标记像，一个是Control控制像。标记像对流入的血液进行标记，控制像也对流入血液进行标记但是效果等于没有标记的。用控制像减去标记像即得到颅脑灌注图。
为什么这样做减法，能够得到血液的灌注图呢？因为，标记像中，血液里的氢质子磁化矢量翻转，经过一定的时间Delay，流入成像区后，氢质子还被饱和，信号没有恢复，采集的脑组织信号下降。而控制像由于血液质子的效果等于没有标记，所以采集的信号等于脑组织信号和流入的血液信号。
Scontrol=脑组织信号+流入的血液信号
Slabel=脑组织信号+流入的部分血液信号（大部分血液信号被饱和，恢复的信号和Delay延迟时间及血液的T1有关）
这样的话，控制像-标记像就会得到流入脑组织的血液相关信号（即灌注信息）。
前面讲了ASL的基本技术及原理后，可能大家会有第一个疑问。我们的这个标记脉冲是怎么工作的？
如果按照以上原理理解，我们要持续的对整个颅脑进行灌注成像，理想状态下是在下方标记区，一直发射脉冲对整个流入的血液进行持续地标记。
但是，我们现在基本上不这样做。为什么？因为磁共振成像中，如果有射频脉冲持续的工作，那么SAR值很容易升高，对射频放大器功率也有很高的要求，这样对于硬件要求高，对病人也不太安全，而且磁共振系统如果超过SAR值会自动停止扫描。
图16：ASL根据标记脉冲进行分类
那么我们第一个分类就来了，根据ASL技术中使用的标记脉冲不同，我们可以对ASL进行分类。
CASL：Continuous ASL 连续式标记。
PASL： Pulsed ASL 脉冲式标记。
pCASL： pseudo-Continuous ASL 伪连续式标记。
图17：CASL示意图
前面说过了，现在的ASL技术，很少采用连续式标记，即持续的一直标记。这种方法首先对硬件要求高，其次持续发射射频脉冲SAR值高，第三我们还要考虑MT（磁化传递）效应。
这也回答了前面的一个问题：为什么在做控制像的时候，明明我们要达到的效果是不标记血流质子，但是还是得发射脉冲两次达到这个效果？
首先是因为，我们要用这两个图形进行相减，除了考虑其他的，还要考虑条件相同。这就和我们做实验一样，为什么用药组采用药物，而不用药组要采用安慰剂，大家可以这样理解，要保证两个图条件都相同。第二就是，标记像中，会发射脉冲对标记带血液进行标记，其中会产生MTC效益；所以，即使控制像，我们也还是进行两次标记，来达到非标记的效果，这样也是让前后两种图像一致。
图18：PASL示意图
脉冲式标记和连续式标记不同，听名字大家就明白，它并不是持续对标记带的血液进行标记，而是采用一种脉冲式的方法，标记一下，停一下，再标记一下，再停一下.....
目前临床采用比较多的，也是ASL专家共识要点及推荐书，或者叫ASL白皮书中推荐得最多的是采用pCASL即伪连续脉标记。
图19：ASL国际专家共识及推荐
图20：飞利浦系统中，ASL的类型，基本上每种类型都可以做。
现在，飞利浦系统中，大家使用最多的就是3D pCASL这种方式。pCASL伪连续式，各位老师可以把它想象成，即没有采用连续式，又达到类似连续式的效果，所以叫“伪”连续式。为什么现在大部分医院做ASL均喜欢采用这种方法呢？
图21：pCASL序列示意图
因为pCASL这种方法做ASL，具有：灌注均匀，高SNR信噪比，低SAR值等特点。这个也不是我说的，是国内外做ASL的大牛及很多研究结果提供的数据。
图22：白皮书推荐：ASL标记方法，相对于PASL，pCASL信噪比更好，重复性也更好。
除了更加标记脉冲分类，ASL还可以根据图像采集模式进行分类。
2D ASL：采用2D的采集模式；
3D ASL：采用3D的采集模式（白皮书推荐）；
4D ASL：采用4D的采集模式，也就是多了multi-phase。