1倍靡、算法背景
2猴伶、算法原理
3、算法實現
4塌西、臨床應用
1. 算法背景
在既往的動物實驗中他挎，可以通過鞘內注射示蹤劑來研究類淋巴系統(tǒng)的活動。然而捡需，由于注射釓造影劑(gadolinium-based contrast medium, GBCM) 對人是侵入性的办桨。因此，在2017年站辉，Toshiakia首次提出無創(chuàng)評估個體類淋巴系統(tǒng)活性的方法：DTI-ALPS(Diffusion tensor image analysis along the perivascular space)呢撞，并發(fā)表在Japanese Journal of Radiology中。
圖1 DTI-ALPS原理文獻
2. 算法原理
DTI-ALPS方法主要使用彌散張量法測量的水分子擴散率饰剥，來評估水分子在血管周圍間隙（perivascular space, PVS）方向上的運動殊霞。
圖像采集 ?
建議b值選擇:；方向數按照常規(guī)DTI數據采集設置即可汰蓉。
原理示意 ?
圖2 DTI-ALPS原理示意圖
如圖2所示绷蹲，在側腦室體部所在層面，髓靜脈走向垂直于腦室壁（圖2b中箭頭）顾孽。在該位置附近祝钢，PVS的方向與髓靜脈走向相同，沿左右（x軸）方向延伸（圖2d）若厚。在該方向上拦英，依次分布以下三種纖維束：
●?投射（Projection）纖維主要在頭足（z軸）方向上延伸，主要鄰近于側腦室盹沈。
●?聯絡（Association）纖維的上縱束（SLFs）主要沿前后（y軸）方向延伸龄章，在投射纖維外部吃谣。
●?皮層下（Subcortical）纖維主要在皮層下區(qū)域沿左右方向延伸（x軸），在SLF之外做裙。
當沿左右（x軸）方向發(fā)生組織學變化時岗憋，它將同樣影響投射纖維和聯絡纖維∶考慮到PVS內水分子擴散主要沿著x軸方向仔戈，因此當在這兩個纖維束上同時觀察到沿x軸方向的水分子擴散和變化時，便可認為這種變化至少部分來自PVS的變化拧廊。此外监徘，我們用垂直于纖維束主要擴散方向和PVS方向的擴散系數（投射纖維在y方向擴散系數和聯絡纖維在z方向擴散系數來衡量其它組織變化對水分子擴散的影響。綜上所述吧碾，我們可以使用投射纖維和聯絡纖維沿x軸的水分子擴散率?和與垂直于它們主方向的水分子擴散率和之間的差異來評估PVS內的水分子的擴散行為凰盔。
ALPS指數??
其中為投射纖維區(qū)域沿x方向的水分子擴散系數；為聯絡纖維區(qū)域沿x方向的水分子擴散系數倦春；為投射纖維區(qū)域沿y方向的水分子擴散系數户敬；為投射纖維區(qū)域沿z方向的水分子擴散系數。
ALPS指數表示沿PVS方向水擴散能力睁本，反映個體患者的類淋巴系統(tǒng)活性：較小的ALPS指數在某種程度上可以反映類淋巴系統(tǒng)的損害尿庐。
3. 算法實現
1.?數據預處理與DTI模型擬合
2. ROI勾畫
打開DTI擬合后的FA_RGB圖，在側腦室體部附近進行ROI勾畫
● 可以選擇直徑為5mm的圓形區(qū)域繪制ROI
● 保證同一層面的投射區(qū)域呢堰、聯絡區(qū)域抄瑟、皮層下區(qū)域（可不勾畫）的ROI在同一條水平線上
● 連續(xù)勾畫三層ROI（參考文獻:根據SWI圖像，找到三層圖像枉疼，圖像中包含垂直于腦室的皮假，并在這三層進行勾畫）
圖3 DTI擬合結果-FA_RGB圖
3. 統(tǒng)計并計算ALPS index
統(tǒng)計${filename}_DTI_tensor.nii.gz圖像上ROI區(qū)域內的平均值并代入ALPS index計算即可（${filename}_DTI_tensor.nii.gz 包含6個 volume，其中第1往衷、4钞翔、6分別代表x, y, z方向的擴散系數D）。
4. 臨床應用
4.1 DTI-ALPS在阿爾茲海默病(AD)中的應用
主要研究結論:（對于的數據集）
圖4 在投射席舍、聯絡和皮層下區(qū)域不同方向擴散率與MMSE評分相關性
圖5 ALPS 指數與MMSE評分相關性
● 在投射區(qū)域布轿，沿PVS方向（x軸）的擴散率與MMSE得分之間存在顯著正相關，而沿投射纖維方向（z軸）顯示與MMSE得分顯著負相關来颤，前后方向（y軸）的擴散率與MMSE評分沒有相關性汰扭。
● 在聯絡區(qū)域，沿PVS（x軸）的擴散率與MMSE得分之間存在顯著正相關福铅，而沿聯絡纖維（y軸）擴散率顯示與MMSE得分顯著負相關萝毛。頭足方向（z軸）上的擴散率與MMSE得分沒有相關性。
● 在皮層下區(qū)域滑黔，三個方向的擴散率與MMSE評分之間未發(fā)現統(tǒng)計學上的顯著相關性笆包。
● ALPS-index 與MMSE得分之間存在顯著正相關环揽。
4.2 DTI-ALPS在帕金森疾病(PD)中的應用?
主要研究結論：
圖6 PDN、PD-MCI庵佣、PDD患者組(a)歉胶、早期PD和晚期PD患者組(b)與健康對照組ALPS指數的定量分析
圖7 NC和PD組(a)和PD亞組(b)中ALPS指數、血漿DNA和認知功能之間的相關性
● 沿PVS的彌散率較低巴粪，表現為較低的ALPS指數通今，提示PD患者的類淋巴系統(tǒng)受損。與NC相比肛根，PD-MCI和PDD患者組的ALPS指數明顯較低辫塌，PD亞組間無顯著差異（圖6a）。與早期PD和晚期PD亞組相比派哲，NC組也顯示出明顯更高的ALPS指數評分臼氨，早期和晚期PD亞組之間無顯著差異（圖6b）。ALPS指數可能是PD不同階段狮辽，特征性腦類淋巴系統(tǒng)改變的主要標志一也。
● 較低的ALPS指數與較高的疾病嚴重程度和較低的MMSE和CASI評分相關。沿PVS的彌散度喉脖、MMSE、CASI評分與疾病嚴重程度之間存在顯著相關性抑月，表明水彌散度受損確實與PD嚴重程度相關树叽。各組中ALPS指數與核DNA水平、線粒體DNA水平呈顯著負相關谦絮，與MMSE题诵、CASI呈顯著正相關（圖7a）。在PD亞組中层皱，ALPS指數與UPDRS II性锭、UPDRS III、UPDRS總分呈負相關（圖7b）叫胖。
● 與NC草冈、PDN和PD-MCI組相比，PDD組血漿核DNA水平較高瓮增；NC怎棱、PDN和PD-MCI組之間沒有發(fā)現顯著差異。血漿核DNA水平升高與ALPS指數降低之間的聯系揭示绷跑，PD患者可能表現出氧化應激增加拳恋，可能與神經元損傷或死亡相關，從而導致廣泛的類淋巴系統(tǒng)微觀結構變化砸捏，這些變化通過DTI可見谬运。在PD認知能力下降和嚴重疾病階段隙赁，ALPS指數的改變與系統(tǒng)性氧化應激有關，系統(tǒng)性氧化應激在PVS的擴散中起著重要的致病作用梆暖。
備注：
Minimum Mental State Examination （MMSE）-簡易精神狀態(tài)檢查表
Cognitive Ability Screening Instrument (CASI)
Unified Parkinson’s Disease Rating Scale (UPDRS)
Parkinson’s disease (PD)-?帕金森病
PD with normal cognition (PDN) -PD鸳谜，認知正常
PD with mild cognitive impairment (PD-MCI)-?伴有輕度認知障礙的PD
PD with dementia (PDD)-伴有癡呆的PD
▎參考文獻：
[1] Taoka, T., Masutani, Y., Kawai, H. et al. Evaluation of glymphatic system activity with the diffusion MR technique: diffusion tensor image analysis along the perivascular space (DTI-ALPS) in Alzheimer’s disease cases. Jpn J Radiol 35, 172–178 (2017).?https://doi.org/10.1007/s11604-017-0617-z
[2] Chen HL, Chen PC, Lu CH, et al. Associations among Cognitive Functions, Plasma DNA, and Diffusion Tensor Image along the Perivascular Space (DTI-ALPS) in Patients with Parkinson's Disease. Oxid Med Cell Longev. 2021 Feb 16;2021:4034509. DOI: 10.1155/2021/4034509.
[3] M. F. Folstein, S. E. Folstein, and P. R. McHugh, ““Mini-mental state”. A practical method for grading the cognitive state of patients for the clinician,” Journal of Psychiatric Research, vol. 12, no. 3, pp. 189–198, 1975.
[4] E. L. Teng, K. Hasegawa, A. Homma et al., “The Cognitive Abilities Screening Instrument (CASI): a practical test for cross-cultural epidemiological studies of dementia,” International Psychogeriatrics, vol. 6, no. 1, pp. 45–58, 1994.
