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Arterial Spin Labeling MRI with Multiple Post-Labeling Delays Reveals Interictal Hypo- and Hyper-perfusion Patterns in Epilepsy: A Proof of Concept - 15/03/26

Doi : 10.1016/j.neurad.2026.101548 
Myriam Abdennadher 1, 4, , Lena Václavů 11, 12, Joseph Sisto 4, Shreeya Patel 5, Leonie Petitclerc 11, Meher R Juttukonda 7, 8, 9, Muhammad M Qureshi 2, 4, Abrar Al-Faraj 1, 4, Maria Stefanidou 1, 4, Janine Barrett 4, Indrani Alagar 1, Sara Jacobellis 1, 4, Chad Farris 2, 4, Osamu Sakai 8, 9, Lee E. Goldstein 1, 2, 3, Ali Guermazi 2, 6, Sara K. Inati 10, William H. Theodore 10, Bruce Rosen 7, 8, 9, Matthias J.P. van Osch 11, 12, Ning Hua 2
1 Departments of Neurology, Boston University Chobanian and Avedisian School of Medicine, Boston, Massachusetts, USA 
2 Department of Radiology, Boston University Chobanian and Avedisian School of Medicine, Boston, Massachusetts, USA 
3 Pathology & Laboratory Medicine, Boston University Chobanian and Avedisian School of Medicine, Boston, Massachusetts, USA 
4 Boston Medical Center, Boston, Massachusetts, USA 
5 Del Norte High School, San Diego, California, USA 
6 Department of Radiology, VA Boston Healthcare System, Boston, Massachusetts, USA 
7 Athinoula A. Martinos Center of Biomedical Imaging Boston, Massachusetts, USA 
8 Department of Radiology, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts, USA 
9 Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Boston, Massachusetts, USA 
10 National Institute of Neurological Disorders and Stroke National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA 
11 Department of Radiology, Leiden University Medical Center, Leiden, The Netherlands 
12 C.J. Gorter MRI center, Leiden, The Netherlands 

Correspondence: Myriam Abdennadher, Tel: +1 (617)-638-8456. 85 East Concord St, Ground floor Rm115. Boston MA 02118, USA 85 East Concord St, Ground floor Rm115 Boston MA 02118 USA
Sous presse. Manuscrit accepté. Disponible en ligne depuis le Sunday 15 March 2026

Key Results

Epilepsy subjects showed larger fluctuation of CBF, yet the fluctuation may happen in either direction: hypo- or hyper-perfusion.
The extent of fluctuation can be focal, regional, hemispheric, or global.
CBF derived from single-PLD MRI largely correlates with the ones derived from more reliable multi-PLD method. However, the level of correlation varies spatially (i.e., brain regions) and temporally (i.e., different labeling and post-labeling schemes), and may be explained by regional variability of arterial transit times.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Background and Purpose

Interictal cerebral blood flow (CBF) may be useful for seizure focus localization. However, its accuracy is debatable. Studies suggested interictal hypoperfusion at the seizure focus, yet others suggested hyperperfusion. This study aims to investigate the patterns of interictal perfusion in epilepsy subjects compared to healthy controls using multiple labeling-delays arterial spin labeling MRI, and to explore the accuracy of perfusion estimation using single post-labeling delay arterial-spin labeling MRI by comparing it to multiple post-labeling delays arterial-spin labeling MRI.

Materials and Methods

We analyzed CBF in 40 participants, 15 healthy (35.9 ± 9.5 years, 47% women) and 25 epilepsy (41.1 ± 10.5 years; 52% women). We acquired a multiple post-labeling delays arterial spin labeling MRI using Hadamard encoding, and structural MRI. Perfusion quantification was performed using in-house software and analyzed using surface-based method. Z-scores of CBF and its absolute value (|Z-score|) were calculated to evaluate abnormal perfusion.

Results

Brain perfusion showed interictal hypo- and/or hyper-perfusion in epilepsy compared to healthy participants involving focal to whole brain alterations. Epilepsy subjects had higher |Z-score| in most cortical regions compared to the healthy group. CBF generated from single post-labeling delay arterial-spin labeling MRI correlated with ones from multiple post-labeling delays in most cortical regions, yet the level of correlation was affected by regional arterial transit time and the labeling scheme. In regions with shorter arterial transit time, correlation peaked at shorter post-labeling delay (1300ms); whereas in regions with longer arterial transit time, correlation peaked at longer post-labeling delay (2250ms).

Conclusions

Our findings suggest that the interictal CBF may fluctuate between hypo- and hyper- perfusion, and the involvement of brain regions may extend well beyond the seizure focus. Additionally, while single-post-labeling delay is efficient and clinically feasible, the accuracy of its assessment of perfusion depends on brain regions and the labeling scheme.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




Image, graphical abstract

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Epilepsy, Cerebral blood flow, Arterial spin labeling, MRI, Seizure

Abbreviations : CBF, ATT, pCASL, LD, PLD, FIC, FPC


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