動脈スピンラベリング

動脈スピンラベリング（ASL）は、動脈スピンタギングとも呼ばれ、脳内を流れる血液水分にラベルを付けることによって脳血液灌流を定量化するために使用される磁気共鳴画像化技術である。ASLは、特に、ガドリニウム造影剤を必要とせずに、画像スラブの下または内部の動脈血に磁気ラベルを付けることを意味する。^[1] ASLスキームはいくつか考えられ、最も単純なのは、スライス外飽和を除いて同一のパラメータを2回取得する必要があるフロー交互反転回復（FAIR）である。2つの画像の違いは理論的には流入スピンのみによるものであり、「灌流マップ」と見なすことができる。^[2] ASL技術は、1992年にJohn S. Leigh Jr、John A. Detre、Donald S. Williams、およびAlan P. Koretskyによって開発された。^{[3] [4] [5] [6]}

動脈スピンラベリングは、脳とともに循環する水分子を利用し、高周波パルスを使用して、脳全体を循環する血液水を追跡します。マイクロ秒単位の一定時間（血液が脳を循環するのに十分な時間）が経過すると、「ラベル」画像がキャプチャされます。血液水のラベリング前に、「コントロール」画像も取得されます。減算技術により灌流を測定します。SNR を高めるために、コントロール画像とラベル画像のコレクションを平均化することができます。MRI には、MRIのヘッドコイルの数や、より強い磁場強度（3 T が標準ですが、1.5 T でも十分です）など、SNR を高めることができる他の仕様もあります。灌流値を脳血流単位（CBF、ml/100g/1 分）に適切にスケーリングするには、同じパラメータ（ただし、血液スピンを完全に緩和するために TR を長くする）を持つ別のプロトン密度マップも取得することをお勧めします。あるいは、平均コントロール画像を使用して CBF を生成することもできます。これはPhillips pCASL 読み出しの場合です。通常、SNR を高めるためにバックグラウンド抑制も適用されます。各実装のさまざまなバリエーションのため、大規模なマルチスキャナ研究では、各スキャナで使用される読み出し方法の多様性を最小限に抑えるプロトコルを設計することをお勧めします。

ある研究では、異なる読み出し方法を使用するとボクセルに違いがあるものの、平均灰白質CBFは依然として同等であることが示されています。各ボクセルを比較するとSNRの違いは明らかですが、全体としては無視できるほど小さいです。^{[7] [例の重要性は? ]}

連続動脈スピンラベリング（CASL）では、血液中の水分が脳内を一平面で流れる際に反転します。CASLは、1つの長いパルス（約1～3秒）が特徴です。これは、その長さの無線周波数パルスを維持するように設計されていない特定のスキャナーにとっては不利になる可能性があり、そのためRFアンプの調整が必要になります。これは、疑似連続動脈スピンラベリング（pCASL）で修正されます。pCASLでは、1つの長いパルスが複数（最大1000）ミリ秒のパルスに置き換えられます。これにより、ラベリング効率が向上します。pCASLはASLの推奨される実装です。^[8] pCASLには、使用するスキャナーに応じてさまざまな読み出しモジュールがあり、通常、2D pCASLはすべてのスキャナーに実装され、3D pCASLスパイラルスタックはGEスキャナーに実装されています。

脈拍動脈スピンラベリング (PASL) では、血液は平面ではなくラベリング スラブ (15 ～ 20 cm) を通過するときに反転します。この実装には、EPISTAR、PICORE、PULSAR などさまざまなバリエーションがあります。ほとんどのスキャナーは、研究用途ですぐに PASL が機能するように設計されています。

速度選択的動脈スピン標識法は、まだ検証が必要な戦略です。速度選択的動脈スピン標識法は、標識が毛細血管の近くで行われるため、血流が妨げられる可能性がある集団（脳卒中など）では有利です。これにより、標識後の減衰が短くなります。^[9]

拡散調製擬似連続ASL（DP-pCASL）は、磁気的に水分子を標識し、血液脳関門複合体を通過する水分子の動きを測定し、水交換速度（kw）を計算することができる、より最近のASL変異体配列である。^{[10] [11]} kwはBBB機能と透過性の代替として使用される。BBBを介した水交換は、受動拡散、内皮膜を介した能動共輸送、そして主に専用水チャネルアクアポリン-4（AQP4）を介した促進拡散など、いくつかのプロセスによって媒介される。いくつかの研究では、急性虚血性脳卒中、^[12] CADASIL、^[13]遺伝性脳小血管疾患^[14]などの脳血管疾患 、および動物モデルにおけるDP-pCASLの使用が調査されている。^[15]

ASLマップは主に、 fMRIやVBMを解析するのと同じツールを使用して解析できます。ASL解析を支援するために、FSL神経画像パッケージの一部であるBASIL（動脈スピンラベリングMRIのベイズ推論）や、タグ付き/コントロールペアの減算と平均化を支援するZe WangのASLツールボックス（MATLABを使用）など、多くのASL固有のツールボックスが開発されています。^{[16]灌流マップが有効であることを確認するために、視覚的な品質チェックが必要になることがよくあります（正しい登録、または}硬膜などの脳以外の材料の正しいセグメンテーションなど）。グループ比較のためにASLマップをMNIスペースに登録することにより、全脳/ボクセル単位のアプローチを解析できます。関心領域アプローチは、ASLマップを選択したクラスター、または標準（Harvard-Oxford Cortical atlasなど）やFreeSurferなどのソフトウェアによって開発された個別のアトラスなどのアトラスに登録することで解析できます。ボクセル単位の解析のための ASL 登録の推奨手順は、非剛性手順で各個人の灰白質セグメンテーションに灌流マップを登録することです。^{[引用が必要]}

灰白質は、白質に比べて酸素化を多く必要とし、脳活動の源となることが多いです。そのため、灰白質 CBF は白質 CBF よりも高いことがよくあります。灰白質 CBF の単一の値は、CBF の違いを大まかに把握するために、しばしば分離されます。灰白質と白質 CBF は、アトラスまたはFreesurfer を使用して特定できます。

ASLの機能的結合は、長いスキャン時間に適したパラメータで設計することができる。研究によると、ASLは安静時のfMRI所見をうまく補完するが、安静時の脳ネットワーク（デフォルトモードネットワークなど）を区別することはあまりできないことが示唆されている。^[17]

機能的MRI（fMRI）は脳活動を視覚化するための最適な手法であり、脳活動を解釈するために使用できるさまざまな技術を活用しています。しかし、fMRIが取得する信号はBOLD信号であり、血流と直接相関しません。一方、脳血流は血流と相関するため、心血管疾患（CVD）や炎症性危険因子の分析、CVDと併存する疾患（統合失調症や双極性障害など）の分析が可能になります。^[18] ASLイメージングは​​fMRIを補完する有用なツールとなり得、その逆も同様です。

脳梗塞では、周辺領域の灌流が低下しています。^[19]急性および慢性の神経血管疾患以外にも、ASLの価値は脳腫瘍、てんかん、アルツハイマー病、前頭側頭型認知症、パーキンソン病などの神経変性疾患で実証されています。^[20]さらに、DP-pCASLは虚血性脳卒中患者の血液脳関門の完全性を評価する上で有望な可能性を秘めています。^[21]

fMRIの主な形式は血中酸素濃度依存（BOLD）コントラストを使用するが、 ^[22] ASLはコントラストを得るための別の方法である。^[23]

^{ASLを腎臓画像[24]} 、膵臓画像^[25] 、胎盤画像に適用する研究が行われています。これらの非脳灌流の課題は、呼吸による動きです。さらに、これらの特定の臓器のセグメンテーションの開発ははるかに少ないため、研究は比較的小規模です。

ASLは一般的に安全な技術ですが、他のMRI技術と同様に、安全手順の不備や人為的ミスにより傷害が発生する可能性もあります。^[26]

ASL は、他の MRI 装置と同様に、スキャン中にかなりの音響ノイズを生成するため、耳栓の使用が推奨されます。

• mriquestions.com [1]