Arterial spin labeling é uma técnica completamente não invasiva que permite o monitoramento quantitativo da perfusão cerebral e, juntamente com outras técnicas de ressonância magnética, tem se estabelecido como uma excelente ferramenta para estudos relacionados à hemodinâmica e problemas vasculares cerebrais. Dentre as possíveis implementações da técnica, a abordagem contínua, combinada a uma bobina de marcação dedicada, apresenta algumas vantagens com relação à relação sinal-ruído e à deposição de potência de RF. No presente trabalho, estas vantagens foram exploradas na implementação de uma metodologia que permite a obtenção de mapas quantitativos de fluxo sanguíneo cerebral, bem como dos territórios vasculares das principais artérias suprindo o cérebro. Os resultados obtidos em humanos e animais revelam a robustez e aplicabilidade da técnica em estudos da hemodinâmica cerebral. Aplicações em hipertensão comprovam que a técnica é capaz de fornecer informações que podem auxiliar na compreensão de diferentes patologias. A implementação da variante dinâmica da técnica ASL demonstra a versatilidade da metodologia fornecendo ferramentas para uma maior compreensão das características espaciais e temporais da hemodinâmica cerebral. Os resultados demonstram isto tanto em condições de fluxo sanguíneo basal como em hiperemia causada por estímulos funcionais. / Arterial spin labeling techniques allow to obtain quantitative maps of perfusion non-invasively. Along with other MRI techniques, it has proven useful for diagnosis of a variety of cerebrovascular diseases. Amongst the available basic implementations, the continuous approach employing a dedicated labeling RF coil has the advantages of presenting high signal-to-noise ratio and lower RF power deposition. In the present work, these advantages were explored in order to implement a methodology to obtain quantitative maps of cerebral blood flow and the vascular territories of the major cerebral feeding arteries. Human and animal results reveal the robustness and applicability of the technique in cerebral hemodynamic studies. Applications in hypertension show that the technique can provide complimentary information to improve the understanding of neurovascular diseases. The dynamic ASL technique shows the method versatility for studying the spatial and temporal characteristics of cerebral hemodynamics. The results unravel that both under basal and functional hyperemia conditions.

A hipertensão arterial é uma doença que aflinge mais de um quarto da população adulta mundial e mais da metade da população idosa. Ela é o principal fator de risco para doenças cerebrovasculares e o segundo fator de risco, após idade, para os acidentes vasculares cerebrais (AVC) hemorrágico e isquêmico. É também a principal causa de declínio cognitivo e demência, incluindo a doença de Alzheimer. A hipertensão causa remodelamento vascular e modifica os mecanismos de regulação do fluxo sangüíneo cerebral, incluindo a hiperemia funcional, a autoregulação cerebrovascular e a regulação endotelial. Portanto, pesquisas contínuas sobre os efeitos da hipertensão na função cerebrovascular são cruciais para o desenvolvimento de terapias preventivas que objetivam minimizar os riscos de desenvolvimento de doenças cerebrovasculares. No presente estudo, a perfusão cerebral de um importante modelo experimental de hipertensão, o rato SHR (do inglês spontaneously hypertensive rat), foi avaliada utilizando as técnicas de arterial spin labeling (ASL), que permitem a quantificação não-invasiva da perfusão. Utilizando o método de ASL contínua, o fluxo sangüíneo cerebral foi quantificado para todo o cérebro do rato sob condições de normocapnia e hipercapnia. Resistência cerebrovascular aumentada e reatividade vascular ao CO2 reduzida foram observadas em SHR adultos, confirmando que a hipertensão leva à redução progressiva da capacidade de dilatação da vasculatura cerebral. A técnica de ASL dinâmica permitiu medir o fluxo sangüíneo cerebral funcional evocado por estimulação somatosensorial. Além de apresentarem resposta hemodinâmica positiva à estimulação, os ratos hipertensos também apresentaram resposta hemodinâmica negativa em áreas circundantes àquelas ativadas positivamente. Foi mostrado que esse resultado está relacionado com um efeito puramente hemodinâmico causado pela pressão arterial elevada e pela reserva vascular alterada do SHR. Experimentos farmacológicos mostraram diferenças na modulação do acoplamento neurovascular de SHR quando comparado com rato normotenso. Além disso, SHR submetidos à oclusão temporária da artéria cerebral média apresentaram maior volume da lesão isquêmica e do edema cerebral, redução severa da massa corporal e déficits neurológicos piores do que ratos normotensos. Esses resultados estão relacionados à autoregulação cerebral alterada e ao desenvolvimento prejudicado da circulação colateral em SHR. Em suma, os achados do presente estudo mostraram que a hipertensão resulta em reserva vascular prejudicada, acoplamento neurovascular alterado e piores conseqüências a um AVC isquêmico. / Hypertension is a disease that afflicts more than a quarter of the general population and more than half of the elderly population. It is the most important modifiable risk factor for cerebrovascular diseases and the second most important risk factor, after age, for hemorrhagic and ischemic stroke. It is a leading cause of cognitive decline and dementia, including the Alzheimer\'s disease. Hypertension causes vascular remodeling and modifies the intricate mechanisms of cerebral blood flow (CBF) regulation, including functional hyperemia, cerebrovascular autoregulation, and endothelial regulation. For all of the above, continued research on the effects of hypertension on cerebrovascular function is a crucial step in the design of preventive therapies aimed at minimizing the risk of development of cerebrovascular disease. In the present work, cerebral perfusion of an important experimental model of hypertension, the spontaneously hypertensive rat (SHR), was evaluated using the arterial spin labeling (ASL) techniques, which allow non-invasive quantification of perfusion. Using continuous ASL, CBF was quantified for the whole rat brain under normocapnic and hypercapnic conditions. Increased cerebrovascular resistance and decreased vascular reactivity to CO2 were observed in adult SHR, confirming that hypertension leads to reduced compliance of the cerebral vasculature. The dynamic ASL technique allowed the measurement of functional CBF evoked by somatosensorial stimulation. Hypertensive rats not only showed positive hemodynamic response to stimulation, but also negative hemodynamic response in areas surrounding the positively activated areas. It was shown to be related to a purely hemodynamic effect caused by high blood pressure and impaired vascular reserve of the SHR. Pharmacological experiments showed differences on modulation of the neurovascular coupling in SHR when compared to normotensive rats. Moreover, hypertensive rats subjected to temporary middle cerebral artery occlusion had larger ischemic lesion volume and brain edema, severe decrease in body weight and worse neurological deficits, when compared to normotensive rats. These results are related to the altered cerebral autoregulation and impaired collateral circulation development in SHR. Taken together, the findings of the present work show that hypertension results in impaired vascular reserve, which is related to altered neurovascular coupling and worse stroke outcome.

Arterial spin labeling é uma técnica completamente não invasiva que permite o monitoramento quantitativo da perfusão cerebral e, juntamente com outras técnicas de ressonância magnética, tem se estabelecido como uma excelente ferramenta para estudos relacionados à hemodinâmica e problemas vasculares cerebrais. Dentre as possíveis implementações da técnica, a abordagem contínua, combinada a uma bobina de marcação dedicada, apresenta algumas vantagens com relação à relação sinal-ruído e à deposição de potência de RF. No presente trabalho, estas vantagens foram exploradas na implementação de uma metodologia que permite a obtenção de mapas quantitativos de fluxo sanguíneo cerebral, bem como dos territórios vasculares das principais artérias suprindo o cérebro. Os resultados obtidos em humanos e animais revelam a robustez e aplicabilidade da técnica em estudos da hemodinâmica cerebral. Aplicações em hipertensão comprovam que a técnica é capaz de fornecer informações que podem auxiliar na compreensão de diferentes patologias. A implementação da variante dinâmica da técnica ASL demonstra a versatilidade da metodologia fornecendo ferramentas para uma maior compreensão das características espaciais e temporais da hemodinâmica cerebral. Os resultados demonstram isto tanto em condições de fluxo sanguíneo basal como em hiperemia causada por estímulos funcionais. / Arterial spin labeling techniques allow to obtain quantitative maps of perfusion non-invasively. Along with other MRI techniques, it has proven useful for diagnosis of a variety of cerebrovascular diseases. Amongst the available basic implementations, the continuous approach employing a dedicated labeling RF coil has the advantages of presenting high signal-to-noise ratio and lower RF power deposition. In the present work, these advantages were explored in order to implement a methodology to obtain quantitative maps of cerebral blood flow and the vascular territories of the major cerebral feeding arteries. Human and animal results reveal the robustness and applicability of the technique in cerebral hemodynamic studies. Applications in hypertension show that the technique can provide complimentary information to improve the understanding of neurovascular diseases. The dynamic ASL technique shows the method versatility for studying the spatial and temporal characteristics of cerebral hemodynamics. The results unravel that both under basal and functional hyperemia conditions.

A hipertensão arterial é uma doença que aflinge mais de um quarto da população adulta mundial e mais da metade da população idosa. Ela é o principal fator de risco para doenças cerebrovasculares e o segundo fator de risco, após idade, para os acidentes vasculares cerebrais (AVC) hemorrágico e isquêmico. É também a principal causa de declínio cognitivo e demência, incluindo a doença de Alzheimer. A hipertensão causa remodelamento vascular e modifica os mecanismos de regulação do fluxo sangüíneo cerebral, incluindo a hiperemia funcional, a autoregulação cerebrovascular e a regulação endotelial. Portanto, pesquisas contínuas sobre os efeitos da hipertensão na função cerebrovascular são cruciais para o desenvolvimento de terapias preventivas que objetivam minimizar os riscos de desenvolvimento de doenças cerebrovasculares. No presente estudo, a perfusão cerebral de um importante modelo experimental de hipertensão, o rato SHR (do inglês spontaneously hypertensive rat), foi avaliada utilizando as técnicas de arterial spin labeling (ASL), que permitem a quantificação não-invasiva da perfusão. Utilizando o método de ASL contínua, o fluxo sangüíneo cerebral foi quantificado para todo o cérebro do rato sob condições de normocapnia e hipercapnia. Resistência cerebrovascular aumentada e reatividade vascular ao CO2 reduzida foram observadas em SHR adultos, confirmando que a hipertensão leva à redução progressiva da capacidade de dilatação da vasculatura cerebral. A técnica de ASL dinâmica permitiu medir o fluxo sangüíneo cerebral funcional evocado por estimulação somatosensorial. Além de apresentarem resposta hemodinâmica positiva à estimulação, os ratos hipertensos também apresentaram resposta hemodinâmica negativa em áreas circundantes àquelas ativadas positivamente. Foi mostrado que esse resultado está relacionado com um efeito puramente hemodinâmico causado pela pressão arterial elevada e pela reserva vascular alterada do SHR. Experimentos farmacológicos mostraram diferenças na modulação do acoplamento neurovascular de SHR quando comparado com rato normotenso. Além disso, SHR submetidos à oclusão temporária da artéria cerebral média apresentaram maior volume da lesão isquêmica e do edema cerebral, redução severa da massa corporal e déficits neurológicos piores do que ratos normotensos. Esses resultados estão relacionados à autoregulação cerebral alterada e ao desenvolvimento prejudicado da circulação colateral em SHR. Em suma, os achados do presente estudo mostraram que a hipertensão resulta em reserva vascular prejudicada, acoplamento neurovascular alterado e piores conseqüências a um AVC isquêmico. / Hypertension is a disease that afflicts more than a quarter of the general population and more than half of the elderly population. It is the most important modifiable risk factor for cerebrovascular diseases and the second most important risk factor, after age, for hemorrhagic and ischemic stroke. It is a leading cause of cognitive decline and dementia, including the Alzheimer\'s disease. Hypertension causes vascular remodeling and modifies the intricate mechanisms of cerebral blood flow (CBF) regulation, including functional hyperemia, cerebrovascular autoregulation, and endothelial regulation. For all of the above, continued research on the effects of hypertension on cerebrovascular function is a crucial step in the design of preventive therapies aimed at minimizing the risk of development of cerebrovascular disease. In the present work, cerebral perfusion of an important experimental model of hypertension, the spontaneously hypertensive rat (SHR), was evaluated using the arterial spin labeling (ASL) techniques, which allow non-invasive quantification of perfusion. Using continuous ASL, CBF was quantified for the whole rat brain under normocapnic and hypercapnic conditions. Increased cerebrovascular resistance and decreased vascular reactivity to CO2 were observed in adult SHR, confirming that hypertension leads to reduced compliance of the cerebral vasculature. The dynamic ASL technique allowed the measurement of functional CBF evoked by somatosensorial stimulation. Hypertensive rats not only showed positive hemodynamic response to stimulation, but also negative hemodynamic response in areas surrounding the positively activated areas. It was shown to be related to a purely hemodynamic effect caused by high blood pressure and impaired vascular reserve of the SHR. Pharmacological experiments showed differences on modulation of the neurovascular coupling in SHR when compared to normotensive rats. Moreover, hypertensive rats subjected to temporary middle cerebral artery occlusion had larger ischemic lesion volume and brain edema, severe decrease in body weight and worse neurological deficits, when compared to normotensive rats. These results are related to the altered cerebral autoregulation and impaired collateral circulation development in SHR. Taken together, the findings of the present work show that hypertension results in impaired vascular reserve, which is related to altered neurovascular coupling and worse stroke outcome.

Imagem por ressonância magnética tem sido um dos principais métodos para a aquisição de imagens para diagnósticos na medicina, em especial para a obtenção de medidas do cérebro. Apesar de se mostrar muito eficiente, o método atualmente utilizado para a realização da ressonância em hospitais e centros de diagnósticos, em alguns casos, necessita da aplicação de um contraste de gadolínio intravenoso. Essa injeção do contraste pode mostrar-se um tanto quanto invasivo, podendo em alguns casos resultar em algumas reações indesejadas nos pacientes. Em vista disso, um método que tem sido bastante estudado recentemente e muito promissor é o de Arterial Spin Labeling (ASL). Este método tem como sua principal vantagem o fato de não ser invasivo e de possibilitar a quantificação da perfusão sanguínea cerebral (CBF). No presente trabalho, foi feita uma otimização do contraste na aquisição das fases mais tardias da metodologia de ASL em múltiplas fases. Isso foi feito através de uma modulação do angulo de flip e é particularmente importante para a análise das imagens de pacientes com problemas neurovasculares, principalmente aqueles associados ao retardo nos tempos de trânsito do sangue arterial. Também, foi realizada toda a obtenção e processamento de dados para a avaliação da perfusão sanguínea cerebral utilizando o método proposto. / Magnetic resonance imaging has been one of the major methods to acquire images for medical diagnoses, specially, for obtaining brain images. Although the major method using magnetic resonance used today has high efficiency, in some cases it needs an injection of intravascular contrast agent, like gadolinium. This contrast agent application can be a lot invasive for the patient, in extremes cases resulting to allergic reactions the patient. Therefore, a method that has been studied recently and is very promising is the Arterial Spin Labeling (ASL). This method has the major advantage the feature that it is completely non invasive for the patient and it allows to quantify the perfusion value. In this work, it was implemented an optimization of the contrast in the late phases of ASL multiphase acquisition. It was made using a modulation of the flip angle and it is critical to analyze images from patients with some neurovascular disease, especially those associated with arterial blood transit time delay. Besides that, it was made all data acquisition and data processing for the brain perfusion evaluation using the proposed method.

Imagem por ressonância magnética tem sido um dos principais métodos para a aquisição de imagens para diagnósticos na medicina, em especial para a obtenção de medidas do cérebro. Apesar de se mostrar muito eficiente, o método atualmente utilizado para a realização da ressonância em hospitais e centros de diagnósticos, em alguns casos, necessita da aplicação de um contraste de gadolínio intravenoso. Essa injeção do contraste pode mostrar-se um tanto quanto invasivo, podendo em alguns casos resultar em algumas reações indesejadas nos pacientes. Em vista disso, um método que tem sido bastante estudado recentemente e muito promissor é o de Arterial Spin Labeling (ASL). Este método tem como sua principal vantagem o fato de não ser invasivo e de possibilitar a quantificação da perfusão sanguínea cerebral (CBF). No presente trabalho, foi feita uma otimização do contraste na aquisição das fases mais tardias da metodologia de ASL em múltiplas fases. Isso foi feito através de uma modulação do angulo de flip e é particularmente importante para a análise das imagens de pacientes com problemas neurovasculares, principalmente aqueles associados ao retardo nos tempos de trânsito do sangue arterial. Também, foi realizada toda a obtenção e processamento de dados para a avaliação da perfusão sanguínea cerebral utilizando o método proposto. / Magnetic resonance imaging has been one of the major methods to acquire images for medical diagnoses, specially, for obtaining brain images. Although the major method using magnetic resonance used today has high efficiency, in some cases it needs an injection of intravascular contrast agent, like gadolinium. This contrast agent application can be a lot invasive for the patient, in extremes cases resulting to allergic reactions the patient. Therefore, a method that has been studied recently and is very promising is the Arterial Spin Labeling (ASL). This method has the major advantage the feature that it is completely non invasive for the patient and it allows to quantify the perfusion value. In this work, it was implemented an optimization of the contrast in the late phases of ASL multiphase acquisition. It was made using a modulation of the flip angle and it is critical to analyze images from patients with some neurovascular disease, especially those associated with arterial blood transit time delay. Besides that, it was made all data acquisition and data processing for the brain perfusion evaluation using the proposed method.

A novel non-invasive imaging method of unique k-space trajectory named “3D center-out EPI with cylindrical encoding” was developed and implemented for fast imaging of the human brain. The method based on a variant of 3D hybrid EPI combines advantages of the Cartesian and the radial encoding to achieve ultra-short echo time independent of spatial resolution and reasonably short echo train length yielding a quality image of high signal-to-noise ratio. Unlike rectilinear sampling, the method offers not only less motion and flow artifacts but enables also the undersampling capability. As a result, the method improves temporal resolution by shortening the measurement time. Nonetheless, artifacts induced from long-term drifts of the magnetic field as well as geometrical distortions caused by B0 inhomogeneity were removed with the average phase of the k-space center lines and an additional field map scan. Compared to other cylindrical k-space trajectories based on echo-planar imaging, which lead to progressively increasing echo time upon increasing the spatial resolution, the proposed method offers more benefits. As a significant application, imaging readout of the novel technique was applied to true 3D cine imaging which was later used in the combination of pseudo-continuous arterial spin labeling module in order to track a short arterial spin labeling (ASL) bolus of well-defined length along the fast passage through the large vessel compartment of the brain. Parametric maps of ASL signal change, estimated time-to-peak and ASL bolus width were extracted in order to characterize the macrovascular compartments of the brain-feeding arteries. Consequently, bolus dispersion within a single arterial branch was also assessed.

A esquizofrenia continua sendo um dos transtornos mais desafiadores para a clínica psiquiátrica, apesar dos estudos atuais que tentam elucidar sua fisiopatologia e buscar novas opções de tratamento. A n-acetilcisteína (NAC) é uma droga utilizada há mais de 30 anos na clínica médica no tratamento da intoxicação por acetaminofeno e como mucolítico na DPOC, entre outros. Evidências recentes apoiam o seu uso no tratamento de diversos transtornos neuropsiquiátricos, como depressão, transtorno afetivo bipolar, dependência química e esquizofrenia. A droga tem como provável mecanismo de ação um aumento na atividade antioxidante através do aumento nos níveis de glutationa (GSH) e modulação da neurotransmissão glutamatérgica. Nas duas últimas décadas, o estudo dos mecanismos neurobiológicos subjacentes aos transtornos psiquiátricos, bem como a investigação dos possíveis mecanismos e regiões cerebrais influenciados por substâncias psicofarmacológicas, recebeu importante contribuição das técnicas de neuroimagem funcional. Apesar disto, até o momento existem poucos estudos que avaliaram os mecanismos centrais relacionados às propriedades antipsicóticas da NAC em humanos. Este estudo tem o objetivo de investigar os efeitos da NAC em indivíduos portadores de esquizofrenia refratária em uso exclusivo de clozapina através de medidas de sintomas positivos e negativos e da avaliação da perfusão cerebral através de ressonância magnética nuclear utilizando a técnica de arterial spin labeling (ASL). Foram avaliados 20 sujeitos com esquizofrenia refratária em uso de clozapina em um estudo com distribuição aleatória, duplo-cego e controlado por placebo, utilizando a dose de 2000mg por dia de NAC. Do total da amostra, 14 tiveram as imagens perfusão sanguínea cerebral analisadas. O estudo teve a duração de oito semanas, com avaliações a cada quatro semanas e realização das RMN no início e ao final do período. Não foram observadas diferenças estatisticamente significativas entre os grupos placebo e NAC nas escalas BPRS e PANSS-N. O grupo que recebeuNAC apresentou mais efeitos colaterais, porém no geral a medicação foi bem tolerada. Também não se observou diferenças no FSC das diversas ROI analisadas. A NAC não produziu mudanças estatisticamente significativas nas escalas de sintomas e no FSC nesta amostra, apesar de outros estudos mostrarem diferenças significativas favorecendo a NAC. O presente estudo não mostrou melhora do FSC, mesmo após oito semanas, o que pode significar que a ASL pode não ser um método adequado para avaliar os efeitos cerebrais desta droga / Schizophrenia continues to be one of the most challenging psychiatric disorders in the clinical practice, despite recent studies that attempt to elucidate its pathophysiology and search for new treatment options. N-acetylcysteine (NAC) is a drug that has been used for more than 30 years in clinical medicine, in situations like acetaminophen intoxication and as mucolytic in COPD, among others. Recent studies support its therapeutic use in neuropsychiatric disorders such as depression, bipolar disorder, substance abuse and schizophrenia. The mechanism of action of NAC seems to occur in antioxidant activity, through the increase of glutathione levels (GSH) and in the modulation of glutamatergic neurotransmission. In the last two decades, the study of the neurobiological mechanisms underlying psychiatric disorders, as well as the investigation of the possible mechanisms and brain areas influenced by psychopharmacological substances received a significant contribution of functional neuroimaging techniques. Despite this, there are few studies that have evaluated the central mechanisms related to the antipsychotic properties of NAC in humans. This study aims to investigate the effects of NAC in subjects with refractory schizophrenia, exclusively on clozapine use, through measure of positive and negative symptoms and the evaluation of cerebral perfusion by magnetic resonance imaging, using the arterial spin labeling technique (ASL) . Twenty subjects with refractory schizophrenia were evaluated in a randomized, double-blind, placebo-controlled study using a dose of 2000mg per day of NAC. From the total sample, 14 had cerebral perfusion images analyzed. The study had a duration of eight weeks, with evaluations at each four weeks and MRI sessions before the beginning of NAC and at the end of the period. The results did not show statistically significant differences between placebo and NAC groups onthe BPRS and PANSS-N scales. The NAC group presented more side effects, although the medication was well tolerated in general. There were also no differences in the cerebral blood flow (CBF) among the regions of interest analyzed. Although there was no difference regarding symptoms scales the CBF in this sample, other studies found differences favoring NAC. The present study did not show changes of the CBF, which might mean that ASL is not an adequate technic to evaluate neurochemical effects of this drug

A novel non-invasive imaging method of unique k-space trajectory named “3D center-out EPI with cylindrical encoding” was developed and implemented for fast imaging of the human brain. The method based on a variant of 3D hybrid EPI combines advantages of the Cartesian and the radial encoding to achieve ultra-short echo time independent of spatial resolution and reasonably short echo train length yielding a quality image of high signal-to-noise ratio. Unlike rectilinear sampling, the method offers not only less motion and flow artifacts but enables also the undersampling capability. As a result, the method improves temporal resolution by shortening the measurement time. Nonetheless, artifacts induced from long-term drifts of the magnetic field as well as geometrical distortions caused by B0 inhomogeneity were removed with the average phase of the k-space center lines and an additional field map scan. Compared to other cylindrical k-space trajectories based on echo-planar imaging, which lead to progressively increasing echo time upon increasing the spatial resolution, the proposed method offers more benefits. As a significant application, imaging readout of the novel technique was applied to true 3D cine imaging which was later used in the combination of pseudo-continuous arterial spin labeling module in order to track a short arterial spin labeling (ASL) bolus of well-defined length along the fast passage through the large vessel compartment of the brain. Parametric maps of ASL signal change, estimated time-to-peak and ASL bolus width were extracted in order to characterize the macrovascular compartments of the brain-feeding arteries. Consequently, bolus dispersion within a single arterial branch was also assessed.

Arterial Spin Labeling (ASL) is a Magnetic Resonance Imaging (MRI) technique that is able to non-invasively quantify the rate of delivery of arterial blood to tissue, known as perfusion. In this thesis a method that uses Velocity Selective (VS) preparations to generate contrast between blood and tissue spins is investigated. The systematic errors associated with performing a VSASL experiment on imperfect hardware is first investigated. It is shown through simulations and experiments that some VS preparations will underestimate perfusion due to static and transmit magnetic field errors, and that eddy currents caused by switching of magnetic gradients lead to an overestimation of perfusion with VSASL by up to a factor 2. A novel VS preparation, BIR-8, is presented which is shown to be the most robust to these imperfections. The BIR-8 VSASL technique is then applied in brain tumours where it is found that significant VSASL signal can be detected in less than 5 minutes. However, in a comparison with a spatially selective ASL technique it is found that VSASL overestimates perfusion in these tumours, despite agreeing in Grey Matter. The systematic errors due to physiology are then modelled, and it is shown that both diffusion and bulk motion will systematically bias the VSASL measurement. A diffusion insensitive VSASL technique, VS-TILT, is then developed and it is found that a significant proportion of the VSASL signal originates from diffusion effects. Theoretical models for the shape of the bolus in vascular networks are also derived, and it is shown that an isotropic network of laminar vessels produces the most efficient saturation, but saturation is also achieved with plug flow. The diffusion insensitive VS preparation is then applied in an attempt to isolate the venous compartment in order to measure Oxygen Extraction Fraction. A kinetic model is derived in order to optimise the acquisition. However, it is found that accurate measurements of OEF would not be produced by this sequence in a clinically realistic time.