神经退行性疾病包括阿尔茨海默病(Alzheimer disease, AD)、轻度认知障碍(mild cognitive impairment, MCI)、额颞叶痴呆(frontotemporal dementia, FTD)、路易体痴呆(dementia with Lewy bodies, DLB)、血管性痴呆(vascular dementia, VD)和帕金森病(Parkinson's disease, PD)等，在疾病纷繁复杂的表象下，如何能及时诊断、预估病情演变，并采取相应措施变得尤为重要。动脉自旋标记(arterial spin labeling, ASL)是1992年才出现的新兴磁共振成像技术^[1]，可用于评估脑血流量，具有非侵入性、成本低、可重复性好、无电离辐射和操作简单等优点，近来受到越来越多临床医生的重视，在各类脑部疾病中得到了广泛的应用。

1 ASL技术介绍 1.1 ASL概念

ASL的基本原理是通过射频脉冲使血液中的质子大量磁化从而产生标记，它能在动脉血注入组织前，磁化并标记血液中的质子，因此，它可以被看作是一项用水作为天然内源性示踪剂来估计组织灌注的示踪技术。在标记期和流入期后，使用快速采集技术，如回波平面成像、梯度和自旋回波成像(GRASE)，或使用螺旋堆叠方法的三维快速自旋回波成像从而获得图像。应用ASL技术需要2个图像，1个为被磁化标记的动脉血图像(即标记像)，另1个为未被磁化标记的动脉血图像(即对照像)，标记像和对照像之间的信号差异与转化和传递到组织的磁化量成正比。如果所有标记的血液在图像采集期已经达到成像体素，信号差异将与脑血流量(cerebral blood flow, CBF)成正比。目前ASL主要是通过脉冲动脉自旋标记(PASL)和伪连续动脉自旋标记(pCASL)实现。

1.2 ASL分类和各自的优缺点

ASL可大致分为两大类，分别是脉冲动脉自旋标记(PASL)和伪连续动脉自旋标记(pCASL)。pCASL相对于PASL的主要优势在于其较高的信噪比(SNR)，这是一种本质上受限于SNR的技术，原因可能和动脉血液到达组织时的标记程度以及在流入时间和标记后延迟期间的变化情况有关。对于PASL，在流入时间为0时，动脉血管中的血进行转化，随后在流入期经历T1弛豫。对于pCASL，当动脉血通过标记平面时，动脉血不断进行转化，这意味着当所有血液到达组织时，血液的T1衰减量是相似的，与其标记的时间无关。然而，由于①PASL中使用的射频脉冲的转化效率高于使用pCASL流动诱导的隔热反转脉冲序列所实现的效率，所以pCASL的益处在理论上不如预期的那么大。②pCASL标记序列对离体效应的敏感性，如果不同的供血动脉受到不同的影响，可能引起明显的局部灌注不足。③pCASL动脉到达时间较长，标记平面需要与已知方向的主要供血动脉相交，一般位于PASL标记板的远端。因此，对于任何给定的研究，有必要根据pCASL和PASL的具体利弊来做出最合适的选择。

1.3 影响脑血流量的因素

影响CBF的因素有很多，常见的有年龄和性别等。Liu等^[2]研究发现年轻绝经前妇女的CBF高于年轻男性，而老年绝经后妇女与年长男性之间CBF无差异，老年绝经后妇女的CBF显著低于年轻女性，而在男性中没有这种年龄相关的影响，这些观察结果表明，在运用动脉自旋标记研究神经系统疾病时，性别和年龄差异是重要的考虑因素，为了消除偏倚，在选择大脑研究对象时应考虑年龄范围和女性与男性的比例。Clement等^[3]对553篇相关文章的分析后总结出影响脑血流量的一系列因素，其中认知行为、健身运动、高碳酸血症、缺氧和低血糖等会引起CBF增加，而中暑、低碳酸血症和焦虑等会引起CBF降低。

2 ASL在神经退行性疾病中的应用 2.1 正常老化

在认知功能减退中，为了更好用ASL技术评估脑灌注的下降，首先有必要了解在正常老化中ASL成像的演变。在一项对44名4~78岁健康受试者进行的研究发现，灰质灌注量在儿童中最高(97±5 mL/100 g/min)，青少年时已降低(79±3 mL/100 g/min)。在20岁左右之后，灰质灌注仍然保持在(58±4 mL/100g/min)，直到80岁左右^[4]。Restom等^[5]比较了15岁左右的15名健康年轻人和75岁左右的12名健康老年对照者，发现老年人休息时CBF显着降低。由于海马在痴呆中有特殊意义，故Rusinek等^[6]研究了从26~92岁人群中海马的ASL变化，发现没有显著的年龄或性别影响。

最近，148名连续对照组和65名76岁左右的MCI实验组进行了ASL成像^[7]。在随访期间，大约一半的对照组人员发生了轻度认知障碍。在基线进行的ASL成像显示，那些后来发展成MCI的人存在后部扣带回皮质的灌注减少，表明了ASL对早期认知衰退的预测价值。有趣的是，那些恶化的对照受试者的ASL模式与MCI类似，表明尽管CBF已经存在减少，但是这些个体最初仍可通过其认知储备保持完整的认知状态。

2.2 轻度认知障碍和阿尔茨海默病

阿尔茨海默病(AD)是以进行性认知能力下降为特征^[8]，是最常见的痴呆类型。在疾病的早期阶段，如MCI或临床前AD，尽管代谢影像学，如氟代脱氧葡萄糖正电子发射型计算机断层显像(FDG positron emission computed tomography, FDG PET)结果可能已经异常，但还未出现脑萎缩。最新的研究结果认为，在患有MCI的患者中，ASL比FDG PET检测的灵敏度低^[9]，但考虑到成本和造影剂副作用等问题，ASL技术在辅助MCI的诊断上仍值得推荐。Hays等^[10]研究发现运用ASL可以识别正常人的AD患病风险和预测MCI，其中的CBF可作为追踪疾病严重程度和病情进展的生物标志物。Yew等^[11]对232例北美老年人进行动脉自旋标记磁共振成像，结果表明阿尔茨海默病组相对于非痴呆组顶叶和颞叶脑血流量下降。

2.3 额颞叶痴呆

ASL在AD以外的痴呆中的应用潜力目前尚不清楚。在FTD患者中，Du等^[12]发现21例病人出现右额叶灌注下降，类似于FDG PET，而顶叶区和后扣带的灌注相对于AD保留。这些发现在一项AD和FTD的比较研究中得到证实，在FTD与AD比较中ASL和FDG显示出明显的区别模式^[13]。最新研究结果表明，与FDG-PET相比，ASL虽然可以检测到和FDG-PET相似的FTD患者的异常空间模式，但其对FTD诊断的敏感性和特异性仍然与FDG-PET无法比拟，需要在个人层面进行进一步的研究，以确认ASL在FTD管理中的临床作用^[14]。FDG PET可能被保留应用于临床怀疑FTD但ASL阴性的病人^[15]。

2.4 路易体痴呆

Taylor等^[16]在DLB患者中，发现15例DLB患者的后扣带回和高级视觉联想区域存在灌注不足，但这种灌注不足没有与AD做过比较。在帕金森病相关的痴呆症中，Le等^[17]发现后部低灌注的模式与AD患者的模式在很大程度上存在重叠，这提示神经退行性疾病的类似机制。Roquet等研究发现DLB在额叶、岛叶和颞叶皮质中CBF减少，而AD在顶叶和颞叶皮质中CBF减少。灌注减少可能涉及功能障碍，灌注增加可能提示一些脑区功能性补偿^[18]。

2.5 血管性痴呆

根据定义，血管性痴呆是由脑灌注受损引起的，研究发现在血管性痴呆^[19]和合并偶发性白质缺血性改变的受试者中^[20]，双侧额叶和顶叶区域CBF的广泛减少。该模式与卒中后AD患者的模式重叠更多^[21]，虽然这可能是由于伴随阿尔茨海默病的病理改变导致。Malojcic等^[22]在总结了这些广泛使用、安全和相对低成本的工具后强烈建议在血管危险因素人群中应用ASL来评估认知能力下降和或转换为痴呆的风险。Sun等^[23]发现与对照组相比，皮质下血管性认知障碍(SVCI)组脑内弥漫性CBF下降，其中颞叶、额叶、海马、丘脑和脑岛缺血性脑灌注与认知功能损害程度有关，它与认知的关系表明了ASL的临床意义，为SVCI患者认知功能障碍的机制提供了进一步的证据。

2.6 帕金森病

PD是一种渐进性神经退行性疾病，可改变中枢神经系统的灌注，并造成自主神经功能紊乱。神经元丢失和交感神经激活可能解释皮质自主神经区灌注与心血管自主神经功能之间的相互作用。Lin等^[24]的研究表明，PD病人在额中回的较低灌注与临床疾病严重程度增加相关，在自主神经控制区(如额叶和岛叶)的低灌注则与自主神经损伤显著相关。Syrimi等^[25]的研究发现PD患者和健康对照组相比，后部皮质(左上角上回/上颞回和左后扣带回/楔前叶)存在低灌注，在非痴呆PD患者中，楔前叶和后扣带血流异常与运动功能障碍和全身认知功能水平相关。缘上回的灌注异常可能是脑变性和认知功能下降的代偿机制。

3 ASL技术展望

随着技术的发展，近来出现各种各样关于动脉自旋标记的新技术，如反映血管区域的超选择性ASL、磁共振指纹图像ASL(MRF-ASL)等。超选择性ASL可以在一次扫描中得到感兴趣的血管的血流速度和方向，也能对静脉结构进行选择性观察^[26]。MRF-ASL可以同时评估多达7个血流动力学参数，可在高碳酸血症以及在颅内血管狭窄闭塞，如Moyamoya病中进行初始临床筛查^[27]。这些新技术的出现，使ASL功能更加强大，为临床工作提供越来越有力的支持和帮助。

4 结语

虽然ASL已经存在了二十多年，但直到最近由于放射科医师和临床医师对其能力和技术发展的认识的提高，才使得该方法成为MR成像平台上的更加可靠和可用序列，并开始从研究工具转变到临床使用中。对于许多神经退行性疾病，包括阿尔茨海默病、轻度认知障碍、额颞叶痴呆、路易体痴呆、血管性痴呆和帕金森病等，ASL提供了结构化的磁共振成像额外的补充信息，目前的方法学发展旨在提高估计CBF的稳健性和降低图像间的变异性。