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这篇综述聚焦于基于动脉自旋标记的非对比磁共振数字减影血管造影（ASL-MRDSA）技术。介绍其原理、多种新技术，展示在脑部疾病诊断中的临床应用、不足与局限，为脑部疾病的血管评估提供新视角与技术参考。
一、引言
数字减影血管造影（DSA）是评估脑血管血流动力学的金标准，常用于研究各类脑部疾病的血流动力学信息，如评估脑动脉狭窄或闭塞时的血流动力学和侧支循环、对脑血管病变进行治疗前后评估、为脑肿瘤手术做术前检查等。但 DSA 是侵入性检查，存在动脉夹层、缺血性中风、碘对比剂过敏、肾功能障碍等风险，且长时间检查会增加辐射暴露。
对比增强磁共振数字减影血管造影（MRDSA）通过高速扫描技术，在静脉注射钆对比剂时进行数据采集，可用于评估脑部疾病血流动力学，且无辐射。然而，它存在钆对比剂相关的毒性和不良反应风险，且时间和空间分辨率低于 DSA。
近年来，基于动脉自旋标记的非对比磁共振数字减影血管造影（ASL-MRDSA）技术得以发展。该技术利用射频脉冲标记的血液作为内源性示踪剂，时间分辨率与 DSA 相当，能获取脑部疾病的动态信息，且无需钆对比剂。本文将介绍 ASL-MRDSA 的原理、扫描方法、临床应用、存在问题及局限性。
二、ASL-MRDSA 的基本原理
ASL-MRDSA 利用动脉血中水分子的磁性标记自旋作为内源性示踪剂。首先，在颈部区域施加选择性射频（RF）脉冲，使动脉血中水分子自旋的纵向磁化反转，从而标记颈部血管中的血液。当标记血液经血流到达头部区域时采集信号，通过从标记图像中减去未标记的对照图像生成 ASL-MRA。在标记后的不同时间点重复数据采集，即可得到 ASL-MRDSA。
三、ASL-MRDSA 的技术方法
（一）读出序列
ASL-MRDSA 的主要读出序列基于梯度回波序列，如快速场回波和扰相梯度回波。目前更常用三维（3D）读出，其能以约 1.0mm 各向同性体素进行全脑扫描，空间分辨率高，可多方向观察。
（二）读出采集
- 单时间点采集：仅在标记脉冲后采集一个相位，如需多个相位，需在不同标记后延迟时间重复标记脉冲和读出，导致总扫描时间显著延长。
- 多相采集：使用如锁相环读出技术在一次标记脉冲后收集多个相位，目前应用较广泛。但多相采集过程中的额外激发 RF 脉冲会使成像范围内的动脉信号饱和，加速标记血液的 T1弛豫，导致血管内 ASL 信号降低，在后期阶段更为明显。
（三）标记方法及特点
- 脉冲式动脉自旋标记（PASL）：使用单个短 RF 脉冲标记颈部血管，标记范围广，标记脉冲受血管弯曲等条件影响较小。由于标记时间短，自旋在标记板远端反转，经过标记板时会发生 T1衰减，导致信噪比（SNR）低、T1弛豫时间短。标记到信号采集的时间称为反转时间（TI），随着 TI 延长，标记血液的 T1弛豫加速，多相采集时的额外激发 RF 脉冲会进一步加速弛豫，使血管内 ASL 信号在后期明显降低，在血流缓慢区域更显著。目前多家厂商提供基于 PASL 的 ASL-MRDSA 技术，如飞利浦的 4D 时间分辨血管造影非对比增强（4D-TRANCE）和佳能的多 TI MRA 结合 ASTAR ASL 技术（mASTAR），其时间分辨率约为 250ms，与 DSA 相当。且 PASL 无需特殊硬件，应用广泛。
- 伪连续动脉自旋标记（PCASL）：使用多个间歇 RF 脉冲标记颈部血管，标记板比 PASL 薄，需垂直于血管设置以实现有效标记，更易受血管弯曲影响，扫描时间比 PASL 长。PCASL 可通过长时间标记产生更多标记动脉血，使血管内 SNR 高于 PASL。标记到信号采集的时间称为标记后延迟（PLD）。近年来，基于伪连续动脉自旋标记结合 CENTRA-keyhole 和视图共享技术的 4D-MR 血管造影（4D-PACK，飞利浦）作为基于 PCASL 的 ASL-MRDSA 技术得到发展。4D-PACK 采用单时间点采集方法，通过 CENTRA-keyhole 和视图共享技术显著缩短了扫描时间，使基于 PCASL 的单时间点采集方法在临床应用成为可能，提高了对脑部病变血流动力学的评估能力。
（四）选择性标记脉冲方法
可将标记板选择性设置到目标血管，一般使用薄标记板作为选择性标记脉冲，但存在标记效率降低风险。近年来出现的超选择性标记脉冲可仅设置到目标血管，实现对每个目标血管血流动力学的评估，类似于 DSA。将超选择性标记脉冲与 4D-PACK 相结合的新技术称为基于超选择性伪连续动脉自旋标记结合 CENTRA-keyhole 和视图共享的 4D-MR 血管造影（4D-S-PACK，飞利浦），该技术可仅评估目标血管的血流动力学，在后期也能很好地显示周边情况。
（五）超短回波时间序列
超短回波时间（UTE）序列在 RF 激发脉冲后立即从 k 空间中心径向采集数据，回波时间（TE）几乎为零，可在相位弥散前采集信号，显著减少相位弥散的影响。适用于易发生相位弥散的情况，如脑动脉瘤夹闭术后、有无支架辅助的弹簧圈栓塞术后、与血管弯曲相关的假性动脉狭窄等。佳能提供的 UTE-mASTAR 和利用超短回波时间的低噪声四维 MRA（mUTE-4D-MRA）是基于 UTE 方法的 ASL-MRDSA 技术。
（六）高时间分辨率序列
采用快速 3D 模式（轮式径向扫描）主要在 k 空间中心采集信号，可显著缩短 ASL-MRDSA 的扫描时间和相位间隔时间。佳能的高时间分辨率 mASTAR 采用该扫描模式，时间分辨率可达 87ms，最多可扫描 15 个相位，比 DSA 的时间分辨率高得多。它能在相同扫描时间内采集更多相位，或在相同相位数量下缩短扫描时间，但由于采用多相采集，后期动脉信号会因 RF 饱和效应而降低。
四、临床应用
本文依据所在机构的临床经验介绍 ASL-MRDSA 的临床应用，所有病例均使用 3T MRI 扫描仪（佳能的 Vantage Titan 3T、Vantage Galan 3T 和飞利浦的 Ingenia Elition 3.0T X）进行检查，并列出了常规和新技术的 ASL-MRDSA 扫描参数。
（一）脑动脉狭窄、闭塞、烟雾病及搭桥术后
在脑动脉粥样硬化、烟雾病等导致的大脑主要动脉进行性狭窄或闭塞时，侧支循环可补充低灌注区域的血流。评估侧支循环的发育情况对考虑治疗干预和预测患者预后具有重要意义。三维时间飞跃法 MRA（TOF-MRA）可用于观察脑动脉形态，但对于严重狭窄远端的动脉和侧支循环，由于血流缓慢导致的 RF 饱和效应，其显示可能不足，尤其是与成像板平行的血管。而 ASL-MRDSA 受血管方向影响较小，通过减影抑制了标记血液以外的背景信号，与 TOF-MRA 相比，能更好地显示外周动脉。
ASL-MRDSA 可获得与 DSA 相同时间分辨率的时间轴信息，有助于评估大脑主要动脉狭窄或闭塞以及烟雾病的血流动力学。基于 PASL 的 ASL-MRDSA 可能因 RF 饱和效应，对狭窄远端动脉和侧支循环的显示不足，而基于 PCASL 的 4D-PACK 技术能在后期显示这些动脉，包括延迟血流。此外，ASL-MRDSA 可通过添加所有相位数据创建最大强度投影（MIP）图像，基于 PCASL 的 ASL-MRDSA 的 MIP 图像在显示血管（包括外周分支和侧支循环）方面优于 TOF-MRA。研究表明，基于 PASL 的 ASL-MRDSA 能像 DSA 一样准确评估烟雾病的阶段，且基于 PCASL 的 4D-PACK 在显示远端动脉和软脑膜吻合（LMA）侧支方面与 DSA 更一致。对于大脑主要动脉严重狭窄或闭塞的患者，可能进行搭桥手术，ASL-MRDSA 可评估搭桥血管和受体动脉，使用超选择性标记脉冲标记搭桥血管或其母动脉，能更详细地评估这些血管。与 TOF-MRA 相比，4D-S-PACK 在显示搭桥血管通畅情况和颈外动脉颅内侧支循环方面更具优势。
（二）血管畸形
在 ASL-MRDSA 中，标记自旋通常在静脉期无法保留，因此静脉一般不显示。但在动静脉畸形（AVM）、硬脑膜动静脉瘘（dural AVF）、颈动脉海绵窦瘘等血管畸形中，标记自旋会立即流入静脉循环，使引流静脉得以显示。所以，ASL-MRDSA 可从任意方向评估各种血管畸形的血流动力学，时间分辨率与 DSA 相当。超选择性标记脉冲可标记供血动脉或其母动脉，实现对血管畸形中各动脉血流动力学的评估，类似 DSA。有研究报道，ASL-MRDSA 能确定分流位置，清晰显示主要供血动脉和静脉引流，成功显示硬脑膜动静脉瘘中的皮质静脉反流。使用超选择性标记脉冲可减少与其他血管的重叠，有助于确定更多供血动脉。虽然基于 PASL 的 ASL-MRDSA 对检测 AVM 有一定作用，但在显示引流静脉方面存在局限性，这可能是由于其采用多相采集，后期发生 RF 饱和效应，导致血管内信号降低。而基于 PCASL 的 4D-PACK 采用单时间点采集，在显示引流静脉方面优于基于 PASL 的 ASL-MRDSA，结合超选择性标记脉冲，对确定供血动脉、准确测量畸形血管团、正确识别静脉引流模式有重要作用。此外，高时间分辨率的 ASL-MRDSA 有助于更详细地评估复杂血管畸形的血流动力学。
（三）巨大脑动脉瘤
TOF-MRA 常用于脑动脉瘤的筛查和随访，但在巨大脑动脉瘤病例中，由于血流伪影和 RF 饱和效应，评估整个动脉瘤或其远端动脉可能存在困难。ASL-MRDSA 受血流方向导致的信号丢失影响较小，能更好地评估巨大动脉瘤及其远端动脉的血流动力学。使用高时间分辨率的 ASL-MRDSA，其时间分辨率比 DSA 更高，可更详细地评估标记血液流入巨大脑动脉瘤的情况。
（四）夹闭和栓塞术后
脑动脉瘤夹闭手术或有无支架辅助的弹簧圈栓塞术后，TOF-MRA 常因金属伪影导致信号丢失，难以评估术后部位。基于 UTE 方法的 ASL-MRDSA 可在相位弥散前采集动脉信号，减少金属伪影造成的信号丢失，有助于评估脑动脉瘤的残留或复发情况以及颅内支架内的血流。此外，基于 UTE 的 ASL-MRDSA 还能提供时间轴信息，获取术后部位及远端区域的血流动力学信息。
（五）脑肿瘤
评估肿瘤血管对肿瘤的鉴别诊断以及某些肿瘤术前决定是否进行供血动脉栓塞具有重要意义。在 MRI 中，对比增强 MRDSA 常用于评估脑肿瘤的血流动力学，但 ASL-MRDSA 也能在一些富血管肿瘤中显示肿瘤染色和供血动脉。基于 PCASL 的 ASL-MRDSA 在后期能保持较高的血管内信号，可更清晰地显示肿瘤染色。使用超选择性标记脉冲可评估肿瘤供血动脉各母动脉的血流动力学。
五、ASL-MRDSA 的局限性
ASL-MRDSA 可显示多种脑部疾病的血流动力学，但即使使用基于 PCASL 的 ASL-MRDSA，标记血液的信号持续时间也有限，难以显示所有阶段，包括静脉。它也无法像对比增强 MRDSA 那样在短时间内进行大范围扫描，因此除血管畸形中的分流静脉外，难以显示其他静脉。有研究报道，在评估 AVM 伽马刀放射外科治疗后的闭塞情况时，ASL-MRDSA 无法检测到缓慢充盈的残留 AVM 畸形血管团；在脑肿瘤中，它也无法显示与对比增强 MRDSA 中观察到的缓慢充盈肿瘤染色相对应的表现。此外，ASL 采用减影过程，这常导致图像质量下降和患者运动引起的伪影等问题。
六、讨论
ASL-MRDSA 可在不使用钆对比剂的情况下进行无创血流动力学评估，具有多种优势。与 TOF-MRA 相比，ASL-MRDSA 不受血流方向影响，采用减影方法成像，在显示外周分支和缓慢血流动脉方面更具优势；基于 UTE 方法的 ASL-MRDSA 可评估夹闭或栓塞术后部位及远端动脉的血流动力学，而 TOF-MRA 受金属伪影影响难以做到。但 ASL-MRDSA 利用减影技术生成图像，不像 TOF-MRA 那样便于从源图像评估解剖信息，且其空间分辨率低于 TOF-MRA，目前 TOF-MRA 仍用于脑血管病变的形态学评估，ASL-MRDSA 主要用于获取额外的血流动力学信息。
PASL 是 ASL-MRDSA 中广泛使用的标记方法，但存在后期信号因 RF 饱和效应降低的问题。近年来发展的基于 PCASL 的 ASL-MRDSA 显著提高了显示外周分支和侧支循环的能力，结合超选择性标记脉冲，可像 DSA 一样评估各主要动脉更详细的血流动力学信息。对比增强 MRDSA 常用于 MRI 的血流动力学评估，但其时间分辨率即使采用高速扫描技术也约为 1s，而 ASL-MRDSA 时间分辨率与 DSA 相当，在评估动脉期各种血管病变的血流动力学方面更具优势。新开发的基于快速 3D 模式的高时间分辨率 ASL-MRDSA 有潜力更详细地评估复杂血管病变和肿瘤供血动脉的血流动力学。然而，ASL-MRDSA 无法像对比增强 MRDSA 那样全面显示静脉、延迟肿瘤增强以及在短时间内进行宽范围扫描。了解 ASL-MRDSA 的局限性和各种扫描方法的特点，并在临床应用中合理选择，有助于获取有用的血流动力学信息。
七、未来展望
ASL 的基本原理于 20 世纪 90 年代提出，近年来随着高磁场 MRI 设备的普及和新技术的发展，其临床应用加速。未来，基于 PCASL 的 ASL-MRDSA 有望在监测脑动脉狭窄和闭塞性疾病进展、决定搭桥手术等方面发挥重要作用。但目前其扫描时间较长，例如在本机构，基于 PCASL 的 ASL-MRDSA 扫描时间约为 8 分钟，这对于常规 MRI 检查来说过长，尤其在评估急性脑血管事件时存在明显局限性。此外，减少超选择性标记脉冲标记多个动脉时的总采集时间，以及提高空间分辨率，也是亟待解决的问题。
基于 UTE 的 ASL-MRDSA 由于采用径向扫描，图像清晰度较低，若能提高其空间分辨率至与 TOF-MRA 相当，将有助于评估术后残留或复发动脉瘤以及术后部位发出的分支动脉，成为同时评估血管形态和血流动力学的有力工具。解决这些问题可能需要借助人工智能技术。近年来，机器学习在脑动脉全自动分割方面取得进展，研究表明 ASL-MRDSA 的时间特征在包括远端小动脉在内的血管分割中起重要作用。若 ASL-MRDSA 的全自动分割在临床得以应用，将有助于详细评估各种血管病变的血流动力学、各血管的灌注和分水岭区域以及治疗前后的血流变化。同时，基于时间编码 PCASL 方法的 ASL-MRDSA 和 ASL 灌注成像同步采集技术也在开发中，若临床应用成功，将成为脑血管疾病诊断的有力工具。期待未来各厂商通过人工智能等技术创新，推动 ASL-MRDSA 在临床的进一步应用。
八、结论
ASL-MRDSA 是一种无需钆对比剂的无创动态血管成像方法，随着技术的显著发展，已可用于评估多种脑部疾病。
