四维动脉自旋标记（four dimensional arterial spin labeling，4D-ASL）是一种类似数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）的技术，可提供血管类疾病血液动力学的信息。笔者将解释4D-ASL灌注成像的原理，在动静脉畸形（arteriovenous malformation，AVM)、动静脉瘘(arteriovenous malformation，AVF)、烟雾病（moyamoya disease，MMD）及血管狭窄中的临床应用价值，4D-ASL结合其他辅助技术而产生的新技术以及未来的研究和发展。

1　4D-ASL介绍

       4D-ASL是一种可以在高时间和空间分辨率下研究脑血管系统的解剖结构和血流的非侵入性医学成像方式，4D-ASL在脑血管疾病（如动静脉畸形、烟雾病和动脉狭窄等）的诊断、治疗计划和随访评估方面具有很大的作用^{[1,2,3,4,5,6]}。4D-ASL不需要置管和使用外源性对比剂，且无辐射暴露，是以患者的磁性标记血液作为本征对比剂，可用于肾功能不全者，是一种无创的磁共振检查新技术^[7]。4D-ASL使用准连续动脉自旋标记（pseudo continuous arterial spin labeling，PCASL)为成像基础^[8,9,10]，先施加标记脉冲，然后通过连续射频(radio frequency，RF)和梯度衰减纵向弛豫时间增强型涡轮场回波获取数据，流入动态数据通过改变标记脉冲的持续时间进行多次获取，每个标记脉冲使用单个时间点数据采集。由于pCASL有更高的动脉信号以及使用单时间点采集，降低了射频饱和效应，使得4D-ASL可以获得更高的动脉血管空间分辨率^[11,12,13]。4D-ASL与其他辅助技术结合的新技术可以更好地观察到侧支动脉或引流静脉的动态血流情况^{[14,15,16,17,18,19]}。现介绍4D-ASL的临床应用以及未来的研究和发展。

2　临床应用

2.1　动静脉畸形

       动静脉畸形是常在年轻人中观察到的一种先天性疾病，可导致脑出血、蛛网膜下腔出血或出血性中风。动静脉畸形由异常血管组成，脑内动脉与静脉直接相连，无正常毛细血管网。动静脉畸形病例的解剖学和血流动力学特征（如大小、供血动脉和引流静脉）等详细信息是评估动静脉畸形的必要条件，4D-ASL可以观察病灶血管团的大小、供血动脉和引流静脉的血管形态和动态血流情况。用于无创评估脑动静脉畸形的血管结构和血液动力学，是一种有巨大发展潜力的影像学检查方法^[20]。研究对12例动静脉畸形患者进行回顾性评估，结果显示血管选择性4D-MRA (vessel-selective 4D-MRA ，VS-4D-MRA)(12和11例）对动脉的可检测性均显著高于时间飞跃法血管造影（time-of-flight MRA，TOF-MRA)(7和6例）和非血管选择性4D-MRA (nonvessel-selective 4D-MRA，NS-4D-MRA)(8和7例)^[14]。研究在5个高流量动静脉畸形中，用颜色编码的到达时间（time of Advent，TOA）可以识别供血动脉和引流静脉。带有彩色编码的到达时间图的4D-ASL磁共振血管造影（four-dimensional arterial spin labeling magnetic resonance angiography，4D-ASL MRA）也可用于评估颅内动静脉畸形的总体血管造影特征^[21]。用四维动态磁共振血管造影（4D dynamic magnetic resonance angiography，4D-MRA)、TOF-MRA和DSA检查了19例颅内动静脉畸形患者，4D-MRA提供了50~100 ms的时间分辨率的血液动力学信息，用于评估动静脉畸形，并且可以补充现有的方法，例如DSA和TOF MRA^[22]。

       研究4D-ASL血管造影术和对比增强磁共振血管造影术的组合使用，可以作为DSA在立体定向放射外科规划中描绘动静脉畸形病灶的一个有前景的替代方法。高时间分辨率4D-ASL和高空间分辨率四维对比增强磁共振血管造影术的结合使用可提供足够的时空血管造影信息来描绘动静脉畸形病灶特征^[23]。

2.2　动静脉瘘

       4D-ASL在动静脉瘘中可准确显示病灶位置、瘘点范围及动脉或静脉血流的信息。Iryo等^[24]研究者评估基于3.0 T 4D-ASL的磁共振血管造影术是否可用于评估颅内硬脑膜动静脉瘘患者的血液分流情况，九例颅内动静脉瘘患者在3.0 T磁共振接受了4D-ASL磁共振血管造影和DSA检查。3.0 T 4D-ASL磁共振血管造影与DSA结果之间的良好一致性表明，3.0 T 4D-ASL磁共振血管造影是评价颅内硬脑膜动静脉瘘有用的影像学检查方法。

2.3　烟雾病

       4D-ASL可以评估烟雾病患者的狭窄或闭塞性的血管变化，也可评价侧支代偿血流并为临床提供是否进行旁路手术及治疗策略。在烟雾病中，侧支循环的发生有多种来源：烟雾病血管，软脑膜吻合（leptomeningeal anastomosis，LMA）和硬膜穿刺吻合。特别是来自后循环的LMA侧支血管在维持脑血流量和灌注压力中起着至关重要的作用^[25]。

       当在临床上用于两个烟雾病和一个动静脉畸形病例时，与对比固有流入增强型多相血管造影（contrast inherent inflow enhanced multiphase angiography，CINEMA）相比，在使用CENTRA-Keyhole和视图共享的基于pCASL的四维血管造影（four-dimensional pseudo-continuous arterial spin labeling-based angiography using CENTRA-keyhole and view sharing ，4D-PACK）中可以更好地看到侧支循环。与CINEMA相比，该疾病患者的4D-PACK能提供更好的可视化效果，并能改善远端大脑动脉和LMA侧支的对比度噪声比。4D-PACK可以很好地显示烟雾病中远侧脑动脉的图像和软脑膜侧支血管，通过4D-PACK进行的血管可视化可用于评估脑血流动力学^[18]。Togao等^[26]对22例烟雾病患者的36个大脑半球进行了TOF MRA、加速选择动脉自旋标记（accelerated selective arterial spin marking，AccASL) MR血管造影和DSA的检查，结果显示与TOF MR血管造影相比，AccASL MR血管造影可更好地显示烟雾病患者的远端大脑动脉和侧支血管。

       Uchino等^[7]招募了11例接受DSA诊断为烟雾病的患者。22个半球中的9个进行了手术血运重建，术后重复进行ASL-4D MRA。重复进行的ASL-4D MRA清楚地显示了在手术血运重建后所有9个半球的旁路动脉和脑动脉动态流动模式的变化。无创ASL-4D MRA可用于烟雾病分期的诊断。这种下一代血管造影术可能可用于监测烟雾病血管重建手术后脑动脉的疾病进展和治疗反应。

2.4　其他

       Iryo等^[27]研究13例患有颈动脉狭窄闭塞性疾病的患者，在DSA上观察到6例患者通过前交通动脉（anterior communicating artery，AcomA）的侧支血流，四名患者通过后交通动脉（posterior communicating artery，PcomA）的侧流，三名患者同时通过AcomA和PcomA。13例患者中有10例(77%)在4D-ASL MRA观察到的侧支血流类型与DSA观察到的侧支血流类型相符。研究表明4D-ASL MRA是评估颈动脉狭窄闭塞性疾病患者侧支循环的有用检查方法。

3　总结和展望

       4D-ASL是一种类似DSA的血管MRI检查技术，具有以下优点：(1）更高的时间和空间分辨率，除了常规MRA显示血管形态、分布外，还可提供血管类疾病的血液动力学信息；(2）无需对比剂，适用于肾功能不全或对对比剂过敏的患者、儿科患者和需重复性随访的患者。4D-ASL正在成为下一代血管造影新的检查方法，特别对神经血管疾病，如动静脉畸形、动静脉瘘、烟雾病等疾病的诊断。4D-ASL在动静脉畸形疾病中可准确显示动态血流信息并可完整评价畸形血管团，为临床制定治疗方案提供精准依据；在动静脉瘘中可准确显示瘘点的位置、范围及相应动脉或静脉的血流信息；在烟雾病中4D-ASL有助于疾病准确分型、侧支代偿血流信息及术后血流重建评价，因动脉狭窄或闭塞引起时还可准确评价狭窄或闭塞血管的形态、血流变化信息，为临床提供是否进行旁路手术及治疗策略。

       超高场强磁共振(>3.0 T)已获批准将逐步进入临床应用，超高场有益于进一步提高ASL信号，具有更高的固有信噪比和更长的血液T1，提供更加真实的脉管系统轮廓和准确的血流信息。特别是7.0 T磁共振的应用，4D-ASL将更好地描绘动静脉畸形病变特征，尤其是静脉的引流信息的精准显示，为临床提供更加准确的血管及病变的位置、形态及血流动力学信息，为血管疾病方面的临床和影像学科学研究提供了更大的空间^[28]。随着高场强磁共振的临床应用和颅内血管性疾病4D-ASL检查技术的日趋成熟，此项技术对于其他血管性病变及组织器官血流灌注信息的检测有了可能。随着磁共振设备硬件和软件的进一步提高，4D-ASL技术将会成为未来血管影像学检查的常规手段。