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。

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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。

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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:

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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。如此处理过的血流,流经大脑时,采集到的图像是未标记的图像,也叫作控制图。
在成像参数相同的情况下, 控制像与标记图像进行减影得到灌注图像, 灌注程度越高, 图像的信号强度就越强, 这种技术既可以显示相应缺血部位的灌注降低或缺损, 也能够测出相应部位的局部脑血流量(CBF) 值。
由于ASL无需使用外源性的对比剂,省略了增强扫描环节,不仅降低了患者的检查费用,也可以在短期内对患者进行多次扫描,而且成像时间短,患者容易配合。

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ASL的分类

上述过程其实还有一个非常重要的概念没说,就是180度翻转脉冲j是怎么操作的?它的的施加方式什么样?这就涉及到了ASL的成像方式或分类。
ASL:Arterial Spin Labeling动脉自旋标记;PASL:Pulsed ASL 脉冲式标记;CASL:Continuous ASL 连续式标记;pCASL:pseudo-Continuous ASL 伪连续式标记。
比较理想的方式是,一直施加标记,然后连续采集一个循环过程,也就是连续脉冲(cASL),这样可以完美地得到大脑灌注的连续图像。但是,这对硬件要求很高,在设备层面实现不了,连续翻转脉冲、连续采集,会造成SAR值猛增,从而强迫停机。所以,这一类ASL使用越来越少。
既然,不能一直连续地标记,连续脉冲受到限制,一般就采用间断式的施加翻脉冲,这就是pASL。它一般使用10~20ms的短射频脉冲,对颈部较宽(10~15cm)范围进行容积标记。施加脉冲时间短,但范围大。它的问题是不能产生大脑灌注的连续信息。
pCASL,叫伪连续式ASL,字面理解就是它并不是连续式的,但是采用一些特殊的间隔,设计独特的序列,而得到类似连续脉冲的效果。它则使用1000个以上的瞬时脉冲,持续时间1~2s,对颈部薄层区域进行连续标记。也就是施加脉冲时间长,范围窄,脉冲多。
目前,临床上用得最多的便是pcASL,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。所以,国际医学磁共振协会和欧洲ASL和痴呆研究小组,2012年10月在阿姆斯特丹,起草白皮书,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,也是推荐pcASL这种方法。

3D-pcASL图像

在文献和实际操作中,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;

4D ASL:采用4D的采集模式,也就是多了multi-phase。

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ASL的几个参数

1、PLD (Post Label Delay)标记后延迟时间:

这个好理解,就是指标记脉冲之后延迟多长时间开始采集,或是施加标记脉冲到采集数据之间的延迟时间。

由于人体生理、病理状况不同,血流速度不同,从颈动脉流过大脑的时间不同,所以PLD就要因人而异,相应调整,以确保ASL的成功。

正常成人在不同PLD时获得的图像,一般认为1500-2100较好

影响PLD的因素,一个是上面所讲的年龄、病理状态,另一方面磁场强度不同,也会影响。因为场强越高,血液T1缩短越明显,所以,一般3.0T应较1.5T设置较高的PLD值。

2、label diseance 标记距离

就是标记中心到扫描层面中心的距离。这个参数一般设定好的,不需要技师过多干预。它是根据人体颈动脉血流速度、大脑灌注时间、设备采集时间等来确定的。太小或太大,都不能准确反映灌注真实情况。

3、dynamic scans 动态扫描次数

通过上面的讲解,我们了解到ASL的基本原理,和产生灌注信号的过程,但是这里还有一个问题:就是每次处理、标记、采集、减影后的灌注信号非常微弱,想要取得能够显示疾病特点的灌注信号,必须反复多次地处理、标记、采集、减影,重复这一过程,以提高信号强度。这就是动态扫描次数。就和我们常规扫描的采集次数一样,反复采集,多次叠加,最终得到较满意的信号。
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