0 引言

       动脉自旋标记技术（arterial spin labeling, ASL）是一种非侵入性评估脑血流灌注的MRI方法。该技术通过标记动脉血液中的氢质子，获取“标记像”和“控制像”，然后通过减影生成脑血流灌注图像^[1]。ASL灌注的一个显著优势是无须外源性示踪剂、无辐射，适用于儿童、钆对比剂不良反应的患者、肾功能不全患者，以及需要重复随访成像的患者^{[2, 3, 4]}。3D-PCASL技术可以定量测量脑血流量（cerebral blood flow, CBF）^{[5, 6]}，而其他MRI灌注成像技术通常是半定量的，只能产生相对灌注参数。

       2015年，国际医学磁共振学会灌注研究组和欧洲ASL联盟发布了ASL临床实施的共识^[7]，进一步推动了该技术的概念化和更广泛的临床应用。根据脉冲标记方式的不同，ASL可分为连续性ASL（continuous ASL, CASL）、脉冲式ASL（pulsed ASL, PASL）、准连续式ASL（pseudocontinuous ASL, PCASL）、速度选择性ASL（velocity selective ASL, VSASL）^{[8, 9]}。其中最具优势及临床最常用的就是PCASL技术，它具有较高的信噪比及较低的特定吸收比，是国际医学磁共振学会和欧洲ASL联盟推荐临床应用首选方案。尽管PCASL技术已成功从科研领域转化到临床中，但在常规临床实践中仍未得到充分应用，这与其现有技术的脉冲序列设计变化、后处理复杂多样以及对潜在临床应用的经验不足等均有关系。与其他常规MRI技术相同，PCASL同样会产生伪影，准确掌握成像各个阶段所产生的伪影特点及机制，对更好评估脑血流灌注及疾病的准确诊断具有重要意义。目前关于PCASL技术伪影的相关综述较少，陈意妮等^[10]对于ASL技术伪影的综述侧重于技术进展及伪影的产生机制，把伪影分类为生理性、病理性及其他伪影；其他部分综述主要是对MRI过程中产生的伪影进行论述^{[11, 12]}，并未主要着眼于PCASL技术。本文根据PCASL技术在成像各阶段可能出现的伪影进行分类，对伪影的表现特点、产生原因、补救措施及部分伪影潜在的临床价值进行综述，以期能更深入了解各种伪影，更准确评估CBF，提高部分伪影对于临床的诊断价值，提升PCASL在神经影像领域的实用性和可靠性。

1 PCASL技术概述

       由DAI等^[13]于2008年提出的PCASL是一项重大技术突破，该技术作为CASL和PASL的混合体，本质上仍然是一种CASL技术。与PASL相比，它具有更高的信噪比，而与CASL相比，虽然在信噪比方面表现略差，但不易受到磁化转移效应的影响和射频能量沉积的限制，从而允许更长的标记周期。再加上在大多数临床MRI系统中，连续脉冲的可用性受到限制，短脉冲方案被广泛采用，采用短脉冲的PCASL技术因此具有了广泛的适用性^{[14, 15]}。在PCASL中，血液中的氢质子在流经一个薄的标记平面时被翻转，使其具有更高的标记效率^[16]，是目前临床上使用最多的ASL技术。

       在配置PCASL序列时，引入了标记后延迟时间（post label delay, PLD）这一参数^[3]，即标记脉冲施加后到采集数据之间的延迟时间，设置此时间考虑了动脉传输时间（arterial transit time, ATT）^[17]，即标记的血液从标记区域到成像层面所需的时间。PLD是一个关键参数：较短的PLD可能会低估实际CBF，而较长的PLD则会导致信号强度的降低。因此，国际医学磁共振学会灌注研究组和欧洲ASL痴呆症联盟发布共识声明对ASL序列的实施和参数选择做出了推荐^[7]。针对PCASL相关参数，推荐不同人群使用不同的PLD：常规PLD为1800~2000 ms，新生婴儿为2000 ms，儿童为1500 ms，小于70岁的健康成人为1800 ms，大于70岁的健康成人和成人患者为2000 ms^[2]。在临床工作中，应根据具体情况合理调整PCASL参数，以更准确地反映CBF。

2 PCASL相关伪影

2.1 在标记过程中产生的伪影

2.1.1 无效标记伪影

       无效标记伪影主要是标记平面位置不当或是磁敏感效应所致。在成像过程中，标记平面相对于成像平面的位置可以显著影响PCASL灌注。理想情况下，标记平面最好垂直于颈内动脉和椎动脉^[18]，且在双侧颈内动脉更加对称的情况下，实现前循环和后循环对称的高标记效率，此时PCASL灌注图像将更加接近真实的灌注水平。在标记过程中，标记平面位于血管的弯曲处时，由于弯曲的血管往往不能垂直于标记平面，血液会多次通过该平面，遇到多个反转脉冲，降低标记效率。除此之外，在扫描过程中，由于患者头部倾斜、颈部过度弯曲或过度伸展，会产生无效标记的伪影，导致特定血管的无效标记或双侧血管的不对称标记，灌注图像表现为无信号或者产生非病理性的双侧不对称信号。除上述原因外，如果标记平面附近有破坏磁场均匀性的物质，比如金属物品（假牙）、麻醉设备、血液制品等，会引发磁敏感效应，灌注图会受到干扰，受到干扰的区域表现为无信号或异常低信号^[19]，被误认为病理改变。但相对于采用平面回波成像读出技术，采用快速自旋回波读出技术的3D PCASL更不容易受到磁敏感效应的影响。此外，相较于动态磁敏感对比灌注成像，3D PCASL技术对于血液制品等产生的磁敏感伪影更不敏感，对于胶质母细胞瘤术后患者的疾病进展与假性进展有更准确的检出作用^{[20, 21]}。

       针对PCASL技术出现的无效标记伪影，最常见的方法就是通过评估血管情况调整合适的标记平面，去除金属物品，减少信号的损失。目前有研究使用超选择性PCASL^[22]或对特定血管进行编码^[23]，获取局部图像，未来这可能成为避免血管弯曲而产生无效标记的方法，但其不足在于需要复杂的梯度设计及精确的相位调整，且需要时间更长，不仅需要优化算法，更要多中心进行试验。针对磁敏感伪影，在7 T MRI设备中，有研究通过获取主磁场B0和射频场B1场图，利用相位校正^[24]或并行发射校正^[25]以补偿磁场的均匀性。在ASL结合MRA中，通过平衡稳态自由进动读出技术，也可抑制磁敏感伪影^[13]。但其共同缺陷为目前较少应用于临床研究。

2.1.2 脑脊液标记伪影

       脑脊液标记伪影主要是由脑脊液的流动性所致，特别是对于高流速脑脊液患者，更容易产生伪影。比如在髓质周围的脑脊液中出现的PCASL高信号——“火环”征，即为脑脊液伪影；有时可能是“开环”，仅发生在枕骨大孔的前部或后部。在脑室附近更容易产生，在流动速度缓慢的皮质区域影响较小。有效的解决方法包括调整标记平面位置、应用脑脊液抑制技术。将标记平面放置在更低的位置，使被标记的脑脊液在PLD时间内不能到达成像平面，可以避免伪影产生^{[26, 27]}。当脑脊液流动较快时，使用脑脊液抑制技术，它可以很好地抑制伪影。但是，不足之处在于应用脑脊液抑制技术后将大大延长序列的重复时间，使扫描时间增加，时间分辨率下降^[28]。对于VSASL，脑脊液抑制技术有可能帮助实现更高速度的编码，从而提高成像效率，而这可能成为未来的技术突破。

2.2 在传输过程中产生的伪影

2.2.1 标记丢失

       PCASL通过标记动脉血液中的氢质子来评估组织的灌注情况。标记的动脉血中的氢质子在从标记平面到成像平面的传输过程中，会随血液信号的衰减而回到平衡磁化状态，T1弛豫时间通常约为1~2 s。如果血液的T1弛豫时间减少，在未达到实质之前，标记的氢质子在到达成像平面之前会迅速衰减回到平衡磁化状态，导致自旋标记丢失，得到的灌注图像上表现为无信号。研究表明^[29]，钆对比剂可以显著降低血液的T1弛豫时间（从1~2 s降低到100 ms），导致自旋标记丢失，从而在成像中产生伪影。因此，在进行PCASL检查之前，需要确保患者没有注射过钆对比剂。

2.2.2 动脉内PCASL高信号

2.2.2.1 动脉穿行伪影

       动脉穿行伪影的出现由PLD和ATT不匹配而导致。PLD和ATT是PCASL中两个重要的参数。当ATT大于PLD时，成像时标记的氢质子仍然在动脉内，未到达脑实质，在成像时，成像层面采集的信号不足导致出现低灌注区域，同时也会出现线性或蜿蜒的PCASL高信号，这被称为动脉穿行伪影（arterial transit artifact, ATA）^[30]。

       使用常规PLD时，ATA的出现表明动脉传输时间延迟，可出现在动脉狭窄闭塞性疾病、心输出量减少导致的心力衰竭等患者中。如果ATA出现在特定的区域，表明该区域的供应血管狭窄或闭塞，需要进一步检查病变血管。如果ATA分布在整个区域，则提示整体动脉传输时间延迟，这种情况最常见于心输出量减少的患者。在使用短的PLD（<1500 ms）时，即使在心输出量正常和颅内动脉正常的患者中也可观察到ATA。

       ATA可以提供众多临床信息。首先对于急性缺血性脑卒中患者，ATA的出现可以提示梗死区域存在软脑膜侧支循环，并且可以结合其他序列来量化侧支循环状态，与预测梗死后的神经功能恢复密切相关，是脑卒中患者短期预后的指标^{[31, 32]}。ZHANG等^[33]在一项回顾性研究中发现，ATA评分与接受血栓切除术治疗的AIS患者的治疗结果相关。高ATA分数预示着治疗的益处，每增加1分ATA分数，获得良好治疗结果的可能性就会增加1.14倍。ZHANG等^[34]通过研究发现，将T2液体衰减反转恢复序列与PCASL结合，利用液体衰减反转恢复序列中的高信号血管征和PCASL中的ATA能更准确地评估缺血半暗带区域的血流变化和侧支循环开放状态，可以有效提高影像学评估侧支循环的价值。其次，PCASL在检测远端小动脉狭窄闭等方面更具有优势。尤其是对于烟雾病患者，PCASL有更好的检出作用。烟雾病是一种罕见的慢性进行性的脑血管狭窄闭塞性疾病，其特征是在颈内动脉末端、大脑前动脉、大脑中动脉起始部出现进行性狭窄闭塞，于脑基底部Willis环附近形成细小且密集的异常血管网^{[35, 36, 37]}，导致CBF减少且血流速度减慢，随着疾病的进展，形成侧支循环维持脑灌注，容易在软脑膜和脑沟处形成ATA。

       但是在出现ATA的同时，不可忽视的问题之一是对于真实CBF的低估。这通常出现在使用单个PLD进行PCASL灌注成像时。根据ASL白皮书，这种情况下不推荐常规使用血管抑制技术^[38]。针对这个问题，可以采用多PLD PCASL^{[39, 40, 41]}或者长标记、长延迟的单PLD PCASL可以更准确地估计大血管闭塞区域的真实CBF，同时可以证实单PLD PCASL出现低灌注区域的原因是血流延迟，而不是CBF的减少，延长PLD后，侧支循环良好的患者闭塞区域会更接近真实的CBF，尤其适用于慢性颅内血管狭窄或闭塞性疾病。在一项使用多PLD的PCASL（PLD=1500、2500 ms）对174名烟雾病患者进行的研究中显示，与动态磁敏感对比灌注成像（dynamic susceptibility weighted contrast enhanced, DSC）相比，PCASL（2500 ms）和DSC-MRI之间的相关性略好于PCASL（1500 ms）和DSC-MRI 之间的相关性；在血运重建后的主要血管区域，PCASL（2500 ms）和DSC-MRI之间以及PCASL（1500 ms）和DSC-MRI之间均观察到显著相关性^[42]。因此，多PLD PCASL可以更加准确地估计CBF。然而，采用长标记、长延迟的单PLD的PCASL会使信噪比降低，并且由于标记时间和PLD较长，TR增加，也会增加扫描时间。此外，在ATT极长的情况下，这种方法效果也欠佳。在这方面，VSASL由于对ATT不敏感，可以更准确评估真实CBF^[43]，在慢性脑血管疾病中或许会有更好的应用前景^[44]。研究^{[45, 46]}发现，在ATT极长的情况下，VSASL仍然准确测量了脑灌注，而使用标准的单PLD PCASL则无法评估。但其缺陷在于VSASL无法表征ATT，而ATT有时又可以提供重要的临床信息；此外，VSASL使用饱和标记及2D读出技术，其图像质量大大降低。使用其他标记技术或采用3D读出技术，进一步探究VSASL在不同血流速度下的成像策略及提高图像质量，是未来有待进一步研究的问题。最近研究开发的一种新序列VESPA ASL^[47]，它将VSASL和PCASL标记结合到单次扫描中，可以在ATT很长的情况下更准确地估计CBF，同时测量ATT，实现了ATT与CBF同步定量。但是目前这项技术仅仅在健康人群中进行了试验，且由于其技术的复杂性还未在临床使用，缺乏临床对照研究数据，未来可以简化技术，适当进行临床研究从而获取更可靠的数据，以期在未来可以对于血流动力学评估提供更多的选择。

2.2.2.2 分水岭区伪影

       分水岭区是脑内两条主要动脉分布区的交界处。当全身灌注压下降或由颈内动脉闭塞引起灌注压下降时，容易发生分水岭区缺血和梗死，特别是顶叶和枕叶，在PCASL成像时因灌注减少而显示为低信号，称为分水岭区伪影。HENDRIKSE等^[48]等通过研究发现，分水岭区的ATT比非分水岭区的长，并且分水岭区的CBF和CBV会显著降低。增加PLD可能会改善整体脑实质信号，但分水岭区域可能仍然显示灌注不足。在出现ATA时，例如由于心输出量减少而出现大范围的ATA，脑实质信号会降低，分水岭区域的信号会更低。此外，分水岭区伪影也可能是由原有的侧支循环和术后新的血供共同形成。这些研究结果对于理解脑血流动力学和脑缺血情况的诊断与治疗具有重要意义^[10]。

2.2.2.3 存留的PCASL高信号

       存留的PCASL高信号通常见于动脉瘤，由于动脉瘤内存在湍流，导致成像时标记的氢质子仍在动脉瘤囊内，从而产生高PCASL信号^[26]。分段快速自旋回波3D PCASL中的螺旋堆叠也可能导致沿Z轴方向出现高PCASL信号的“模糊”伪影。此外，如果血管闭塞导致血液流动缓慢，在闭塞血管的远端也可能捕获到高PCASL信号。

2.2.3 静脉内PCASL高信号

       在正常生理情况下，脑静脉系统中通常无法观察到明显的静脉PCASL信号。这是因为在毛细血管床血液交换正常、动静脉未出现血液分流的情况下，大部分标记的动脉内的水分子在毛细血管水平与组织发生交换，被标记的水T1弛豫时间约为1~2 s，在脑实质内或毛细血管床内回到平衡状态，导致在实质内出现PCASL信号。然而，当血液可以直接从动脉流向静脉，绕过毛细血管时，静脉内就会出现PCASL高信号，形成所谓的静脉系统“灯泡征”。这通常提示存在潜在的动静脉分流，最常见于没有中间毛细血管床的高流量动静脉连接，例如硬脑膜动静脉瘘、颈动脉海绵窦瘘以及动静脉畸形等情况。

       静脉内PCASL信号在多个方面应用广泛。首先，PCASL非常适合识别动静脉畸形和动静脉瘘。多项研究表明^{[49, 50]}，PCASL对于检测动静脉分流性病变具有高度敏感度和特异度，其敏感度高达95%，特异度为90%。特别是对于一些较小的动静脉畸形，传统MRI检查可能会漏掉这些小的分流，而PCASL不会。其次，静脉内PCASL信号伪影也可用于评估分流疾病的治疗效果以及术后的随访。如果出现高信号，可以提示治疗后分流的复发或分流的持续存在。研究表明，即使在治疗后，PCASL仍能保持对动静脉分流的高敏感性和特异性，可以用于检测立体定向放射外科治疗和伽马刀治疗后的残余分流量，以及栓塞术后分流量的减少情况^{[51, 52]}。第三，PCASL还可用于区分分流型病变与发育性静脉异常。因为大多数的发育性静脉异常具有正常的PCASL信号，而且往往是偶然发现，没有相关的临床症状，多数情况下不具有临床意义^[18]。

       虽然静脉内PCASL高信号常与分流疾病相关，但有几种情况也不可忽略。首先，静脉窦中的PCASL高信号可能是由标记的血液穿过毛细血管床没有完全与组织交换引起的，例如在有高CBF的正常儿童伴随癫痫发作时，可能出现局部短暂且显著升高的血流量，这可能是癫痫发作期间标记血液的组织交换不完全所致^[53]。其次，静脉内高信号也可能与毛细血管的分流有关。JUTTUKONDA等^[54]通过研究发现，与正常成人相比，患有镰状细胞性贫血的成人在PCASL图像中静脉高信号发生率增加，且静脉高信号的发生与动脉血流速度升高有关。这可能是因为毛细血管的分流使得氧气利用率降低^[55]，进而动脉血流速度升高，导致静脉高信号的发生。第三，高信号也可见于多形性胶质母细胞瘤（glioblastoma, GBM）等血管丰富的肿瘤中。GBM的主要组织学特征之一是微血管增生，而PCASL成像可用于确定和量化GBM患者的大血管动静脉分流。一项研究，通过PCASL技术检出12名GBM患者中有33%有大血管的分流，分流程度可达37%~60%^[56]。另一项研究通过脑血管造影术观察早期静脉充盈，发现有早期静脉充盈的GBM患者通常生存期较短，这可能表明存在早期静脉充盈的肿瘤会更具侵袭性且难以治疗^[57]。最后，需要注意颈静脉回流，颈部标记的静脉血可能会向上流入静脉窦，产生静脉内PCASL高信号，有可能会被误认为是分流病变。

       综上，静脉内出现PCASL高信号，临床上要注意动静脉分流、毛细血管分流、高CBF状态以及肿瘤相关血管生成等多种因素。在目前的研究中，除了临床常用PCASL外，血管选择性ASL特别适合于评估动静脉畸形、动静脉瘘，而超选择性ASL和层面选择性单动脉标记可用来评估其供血动脉，通过区域灌注成像可显示动静脉畸形及肿瘤的血液供应^[58]。PCASL与3D或4D MRA结合，在评估动静脉畸形、动静脉瘘也具有一定的可行性，并可以通过超采样技术和先进的图像重建方法来提高信噪比^{[59, 60]}。在动态血管成像时，PCASL与剪影技术相结合，可以可视化血液流入^[60]。相较于PCASL，这些新研究对于疾病显示更加有优势，但目前并没有获取足够的临床数据验证，未来可以通过更加庞大的病例、更完善的技术配置，推动在临床上的实用性，更加准确检测静脉内高信号，进一步挖掘静脉内PCASL高信号在复杂病理状态下的临床意义。

2.3 在读出期间产生的伪影

2.3.1 运动伪影

       ASL技术对运动十分敏感，尤其是患者头部的剧烈运动，例如左右摇头、点头运动等。这种运动会导致读出时信号强度的配准错误，在灌注图上表现为高信号螺旋伪影，这种由于运动表现为高信号强度的螺旋伪影是螺旋K空间轨迹所独有的。相较于平面回波成像信号读取技术，快速自旋回波信号读取技术对于运动伪影的敏感性要相对低很多，原因是它采用了背景抑制技术，通过K空间填充方式快速有效地覆盖，最大限度地减少标签图像和控制图像之间运动的可能性，减少部分源自运动的时间噪声，从而极大改善PCASL信号和图像的信噪比^{[61, 62]}。然而，即使在最佳的背景抑制下，剧烈运动仍可能导致灌注信息的错配，产生高信号强度螺旋伪影，这种伪影不能通过简单的影像间配准进行校正。

       PROMO（prospective motion correction）技术是一种基于图像的前瞻性运动校正方法，它使用三个正交的2D导航器图像以及基于扩展卡尔曼滤波器的刚体跟踪算法，研究表明^[63]，这种技术应用于ASL中，可以减轻扫描过程中较剧烈运动的影响。ZUN等^[27]将PROMO运动校正技术应用于具有节段3D螺旋读出的PCASL中，证明了PROMO是一种成功的PCASL脑血流成像运动校正方法。该方法消除大量运动伪影的同时，导航器的激励不会显著影响固有CBF测量，而且由于导航器是在ASL准备时间内插入的，因此不会增加TR，使其有望在不增加扫描时间的情况下为患者群体提供足够的运动校正性能。但是其不足之处在于仅仅在健康人群中进行了试验，在未来，PCASL-PROMO方法应该在不同人群中进行验证，以确保更多的患者从中受益，尤其是在老年人、儿童等特殊患者群体中；优化序列，将导航器放置在成像前后，更好检测高频运动。目前的新研究中，有使用径向轨迹也可减少运动伪影，配合新型方法如压缩传感方法进行重建^{[64, 65]}。由生理性波动或是受试者运动引起的异常，研究发现在计算CBF前，可引入一些新算法比如自适应异常清理算法^[66]，可以较好改善图像质量，未来可以考虑针对相对运动来改进算法。

2.3.2 枕叶高灌注

       当患者在扫描过程中睁开眼睛时，枕叶视觉皮层激活，这种生理性的原因会导致局部的过度灌注，双侧枕叶中PCASL信号增加^[53]。为了避免这种生理现象被误认为病理现象，在扫描过程中应当嘱咐患者在图像采集期间闭上眼睛。研究人员还观察到，在使用2D PASL技术成像时，枕叶的血流量增加和视觉皮层激活相比于使用3D PCASL会更为频繁和明显，但尚不清楚造成这种现象的原因^[67]。此外，研究还发现额叶皮质的相对过度灌注也是一种常见的情况。生理情况下的过度灌注证明了CBF随神经元激活而生理性增加，这可用于功能性ASL成像。但在常规检查中，它也可能会掩盖某些病理变化，需要谨慎考虑这种生理现象可能带来的影响。

3 小结与展望

       PCASL是一种完全无创、无需外源性对比剂的灌注成像方法，主要应用于神经系统，可以评估脑血流灌注。由于其可重复、无辐射等优势广泛应用于肾脏功能不全、儿童、对比剂过敏等患者中，正确识别与解释伪影，可以更合理解释图像的信号变化，其中一些更具有临床实用性。比如ATA可以提示侧支循环，动脉内高信号可提示动脉瘤，静脉内高信号可以提示动静脉分流等。还有一些伪影会掩盖临床信息，造成误判。随着技术发展，研究已经开发很多除了PCASL之外的ASL技术，或是PCASL联合其他序列，比如PCASL血管造影，PCASL联合减影技术进行全脑血管成像，PCASL功能MRI，利用CBF变化进行功能成像，在容易受到磁敏感伪影区域显示效果更好，且允许更快地采集。而随着大数据的发展，机器学习、深度学习在PCASL中也逐渐应用，可以获取多个参数，并且可以通过降噪和提升分辨率来改善图像质量，比如深度卷积神经网络，在不牺牲CBF量化质量的情况下显著减少采集时间，但是其需要更大规模的数据进行训练和验证。7 T ASL能够提供更高的分辨率，增强图像对比度，在应对上述各种伪影会有更优的效果。但其技术复杂以及成本昂贵，未进行深入研究。未来开发硬件优化，降低成本，提高可用性是我们应该研究的目标。在大数据时代背景下，未来需要攻克的是优化成像技术，减少扫描时间，提高信噪比，同时保持成像质量。探索新的成像序列和后处理方法，以更准确地评估CBF和ATT。在扫描过程中，根据患者的年龄、健康状况和病理状态，制订个性化的成像方案，优化PLD和其他成像参数。开发自动化算法，根据实时成像数据动态调整PLD；开发智能算法，自动识别和校正成像过程中的各种伪影，提高图像质量以优化成像效果。通过多模态成像融合，结合其他成像技术（如DSC-MRI、CT灌注成像等），提高对复杂病理状态的诊断能力。挖掘更多有价值的指标，如ATA评分，用于评估治疗效果和预后。并且探索在其他更多疾病中的诊断价值，让PCASL技术发挥更大的价值。