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1.引言

类淋巴系统最早在啮齿动物中被描述为一种通过血管周围间隙清除大脑皮层有毒溶质的废物清除系统。根据该概念，类淋巴功能由脑脊液(CSF)沿皮层动脉流入大脑和沿静脉流出的过程介导。该系统主要在睡眠期间运作，据报道随年龄增长而衰退。已有研究提出，包括脑出血和创伤在内的多种神经系统疾病可通过随后的脑内毒性蛋白积聚损害类淋巴功能，从而导致神经退行性疾病的发展。

目前，鞘内对比增强MRI可能是最接近反映人类皮层血管周围清除（即类淋巴功能）的诊断方法。在类淋巴MRI(gMRI)中，鞘内注射钆布醇的分布和清除过程可在48小时或更长时间内成像。注射入脑脊液的钆布醇从脑表面富集到皮层血管周围间隙，作为类淋巴清除的标志物。在特发性正常压力脑积水(iNPH)痴呆患者中观察到示踪剂从脑内清除延迟的初步发现表明，gMRI可用于诊断类淋巴功能受损。随后，其他伴有认知障碍的疾病（如特发性颅内高压 [IIH]）以及睡眠剥夺后的脑清除功能下降也已通过gMRI证实。

2017年，血管周围间隙弥散张量图像分析(DTI-ALPS)被提出作为类淋巴功能的无创标志物。ALPS指数在侧脑室水平的左侧半球深部白质(WM)中计算，基于以下观察：同一水平的髓静脉及其血管周围间隙大致垂直于白质纤维走行。其原理是通过校正与血管周围间隙和白质纤维正交方向的水扩散率贡献，分离出左-右方向的血管周围水运动性。阳性研究结果通常报告ALPS指数与疾病或影像特征的关联，但据作者所知，ALPS指数与其他类淋巴功能测量指标之间的因果关系和关联性尚未明确。阴性研究结果较少，且在头痛和偏头痛等类淋巴异常可能不太显著的疾病中更为常见。在一项研究中，研究者旨在验证DTI-ALPS方法与gMRI的关联，发现DTI-ALPS与gMRI从基线到15小时的测量指标无关联，但在39例患者中观察到从基线到39小时的负相关。然而，该研究未评估示踪剂从皮层（类淋巴清除的关键区域）或ALPS区域本身的清除情况。

因此，本研究旨在检验以下假说：不同参与者群体的ALPS指数与通过gMRI获得的脑脊液示踪剂富集和清除指标存在关联。

2.方法

2.1研究设计

本研究是对一项前瞻性、观察性、单中心研究的二次分析，已获得挪威健康东南地区医学与健康研究伦理区域委员会、奥斯陆大学医院机构审查委员会和挪威国家药品管理局的批准。本研究按照赫尔辛基宣言进行。所有参与者均获得口头和书面知情同意。

2015年9月至2015年12月期间，奥斯陆大学医院神经外科连续招募了149名因疑似脑脊液循环障碍进行影像学和临床检查的症状性患者，纳入gMRI研究项目。本研究分析了该gMRI研究项目中的弥散张量成像(DTI)和gMRI数据。

本研究的纳入标准包括：诊断为iNPH、蛛网膜囊肿(AC)和IIH的参与者，以及参考参与者（即经检查无法确诊的参与者）；同时具有注射前DTI和gMRI，以及24小时和/或48小时注射后gMRI的参与者。排除标准包括：鞘内注射钆布醇剂量为0.25 mmol而非0.5 mmol的参与者，或由于解剖畸变或图像质量差无法进行分割的参与者。

2.2 MRI方案

所有患者使用3T MRI扫描仪(Ingenia；Philips Medical Systems)进行扫描。注射前DTI和3D T1加权图像在同一时段（约上午8点）采集，注射后3D T1加权图像在对比剂注射后约24小时和48小时采集。

2.3鞘内注射流程

患者完成注射前MRI后，鞘内注射0.5 mmol钆布醇（1.0 mmol/mL Gadovist，Bayer Pharma的0.5 mL）作为脑脊液示踪剂。

2.4影像分析

2.4.1 DTI-ALPS

在侧脑室水平，根据DTI-ALPS方法，在方向编码的各向异性分数图上，于左侧半球的投射纤维（蓝色）、联络纤维（绿色）和皮层下纤维（红色）区域放置5×5×5 mm³的立方体感兴趣区。感兴趣区放置由一名经过MRI培训的医学物理师执行，方法由一名委员会认证的神经放射科医生审核。

结合三个正交方向的扩散率图与感兴趣区，计算投射纤维区x方向扩散率(D_x,proj)、联络纤维区x方向扩散率(D_x,asso)、投射纤维区y方向扩散率(D_y,proj)和联络纤维区z方向扩散率(D_z,asso)。ALPS指数计算公式为：ALPS指数 = (D_x,proj, D_x,asso) 均值/ (D_y,proj, D_z,asso)均值。同时计算皮层下区域x方向扩散率(D_x,subc)。值得注意的是，D_x,subc不是ALPS指数的组成部分。ALPS感兴趣区定义为投射纤维和联络纤维区域的分段区域。

2.4.2 gMRI处理

使用gMRI扫描中T1加权信号强度的相对变化作为脑脊液示踪剂富集和清除的半定量测量。

基于鞘内注射后对比剂分布模式的先验知识选择gMRI感兴趣区。大脑皮层被分割为下皮层、上皮层和边缘皮层。边缘皮层包括扣带回、脑岛、海马旁回和内嗅皮层。下皮层覆盖枕叶和其余颞叶皮层，而上皮层覆盖额叶和顶叶皮层。计算每个区域的归一化T1加权信号强度，并计算连续时间点之间脑区归一化T1加权信号强度的变化作为脑脊液示踪剂动力学的测量指标。

类淋巴功能受损定义为：皮层区域从基线到24小时或48小时的归一化T1加权信号强度正向变化大于参考参与者（示踪剂富集延迟），或皮层区域从24小时到48小时的归一化T1加权信号强度负向变化小于参考参与者（示踪剂清除减少）。

2.5统计分析

所有统计分析和绘图使用R软件（版本4.2.2）进行。采用单因素方差分析(ANOVA)比较组间均值差异，仅在方差分析显示统计学显著性时，再采用非配对双尾Welch t检验。分类数据使用皮尔逊χ²检验。

采用线性回归分析（跨组和组内分析，以及调整和不调整年龄和性别）比较ALPS指数与gMRI中皮层和白质区域的脑脊液示踪剂动力学指标。假设gMRI参数和ALPS指数均为类淋巴功能的测量指标，则预期它们受诊断、年龄和性别的影响方向一致。由于iNPH组中仅有2名参与者在鞘内注射后48小时有gMRI数据，因此无法对iNPH组进行48小时回归分析。为确保一致性，所有48小时回归分析（包括跨组和组内分析）均排除iNPH组。所有样本量均反映在DTI和gMRI数据组合可用情况下的最大可能样本量。回归分析的P值采用Benjamini-Hochberg程序进行多重比较校正，校正方法为FDR。P < 0.05表示差异有统计学意义。

在脑海科技云平台中，内置了DTI-ALPS分析模块，支持用户批量处理弥散数据，并确保每一步参数设置都有据可查。此外，平台的项目管理模块可清晰记录数据筛选标准、排除被试原因、分析版本、质量控制等信息，极大提升了研究的透明度和可复现性。感兴趣可联系预约产品演示。

3. 结果

3.1参与者特征

参与者纳入和排除流程图见图1。本研究共纳入56名连续参与者（平均年龄48岁±20 [标准差，SD]，女性36名，男性20名）。分析了19名参考参与者、16名iNPH患者、10名AC患者和11名IIH患者的数据。研究组特征见表1。

图1受试者纳入与排除流程图。虚线箭头表示基于不同原因的排除标准。

表1受试者特征与影像学数据。

3.2 ALPS指数

根据提出的DTI-ALPS方法，较高的ALPS指数被解释为反映血管周围方向更大的水扩散率，因此类淋巴活性更高，而较低的ALPS指数反映方向扩散率降低，可能意味着类淋巴转运受损。根据近期文献，此研究仅报告ALPS指数的高低，并在讨论中探讨其与类淋巴系统的相关性。

比较各诊断组（AC、IIH和iNPH）和参考组(1.68±0.20)的ALPS指数，发现iNPH组平均ALPS指数降低(1.26±0.15，P < 0.001)（图2）。AC组(1.63±0.24，P = 0.57)或IIH组(1.66±0.16，P = 0.84)与参考组之间未发现ALPS指数差异。

图2参照受试者(REF)、特发性正常压力脑积水(iNPH)、蛛网膜囊肿(AC)及特发性颅内高压(IIH)组中，沿血管周围间隙(ALPS)指数的分析结果。

iNPH组ALPS指数降低是由于投射纤维区x方向扩散率低于参考组（分别为0.48×10⁻³ mm²/s和0.62×10⁻³ mm²/s，P = 0.008），且联络纤维区z方向扩散率高于参考组（分别为0.43×10⁻³ mm²/s和0.30×10⁻³ mm²/s，P < 0.001）（表2）。

表2左脑半球扩散系数与ALPS指数。

3.3 gMRI

以参考组为参照，比较所有感兴趣区归一化T1加权信号强度的平均百分比变化。在24小时，iNPH组和AC组在边缘皮层（变化率分别为124% [P < 0.001]和116%[P = 0.02]，对比参考组69%、深部白质（40% [P < 0.001]和15% [P = 0.02]，对比参考组5%）和ALPS感兴趣区（20% [P = 0.004]和10% [P = 0.03]，对比参考组4%）均表现出更高的变化（表3，图3）。从基线到48小时，AC组在边缘皮层(52% vs 30%,P = 0.03)、下皮层(48% vs 27%, P = 0.04)和深部白质(13% vs 5%, P = 0.04)的增强程度增加（表3，图3）。从24小时到48小时的gMRI未观察到组间差异（方差分析P ≥ 0.15，表S4），IIH组与参考组之间总体上也无差异。

24小时时，皮层区域（边缘皮层, 98%±47；下皮层，68%±35；上皮层，81%±47）的示踪剂富集参与者平均值高于白质区域（皮层下白质，24%±13；深部白质，17%±21）和ALPS感兴趣区（10%±13）。ALPS感兴趣区的对比增强总体较稀疏，55次测量中有24次（44%）在24小时的gMRI变化在-7%至7%之间。

图3标准化T1加权(T1w)信号强度变化的组间均值，通过脑部感兴趣区的脑脊液MRI（gMRI；鞘内对比增强MRI）从基线至24小时及基线至48小时期间测量获得。

表3从基线至24小时及基线至48小时期间，感兴趣脑区在gMRI中测量的标准化T1加权信号强度百分比变化。

3.4 ALPS指数与脑内脑脊液示踪剂动力学的比较

图4展示了各组全脑示踪剂富集和清除以及带有分割ALPS感兴趣区的DTI示例。通过比较ALPS指数与皮层区域的脑脊液示踪剂动力学，评估ALPS指数是否与gMRI获得的类淋巴功能测量指标相关。纳入白质区域以探究ALPS指数与更局部的脑脊液示踪剂动力学之间是否存在线性关系。

图4各组的代表性鞘内对比增强MRI数据及扩散张量成像（DTI）扫描结果。

3.4.1跨组分析

跨组线性回归分析结果见表4和图5。ALPS指数与24小时深部白质示踪剂富集相关(β = -48，P < 0.001)，且在调整年龄和性别后仍为统计学显著预测因子(β = -30, P = 0.02)。边缘皮层也观察到类似关联(β = -48, P = 0.26)，但无统计学显著性，且在调整年龄和性别后减弱(β = -9，P = 0.92)。

ALPS指数与24小时深部白质gMRI测量指标的负相关表明，ALPS指数较低的参与者比ALPS指数较高的参与者有更多的对比剂富集进入深部白质。深部白质正是ALPS指数测量区域所在位置。在代表ALPS指数低值范围的iNPH组中，视觉检查可观察到钆布醇从脑室（心室反流后）直接渗漏进入深部白质。iNPH组（40% [P < 0.001]和20% [P = 0.004]）和AC组（15% [P = 0.02]和10% [P = 0.03]）在深部白质和ALPS感兴趣区的平均示踪剂富集均高于参考组（5%和4%）（表3）。

从基线到48小时或从24小时到48小时，未发现ALPS指数与皮层或白质区域的脑脊液示踪剂动力学存在关联（表4）。无论是否校正年龄和性别，结果保持一致。

图5跨研究组的简单线性模型显示，沿血管周围间隙(ALPS)指数与脑皮层(ctx)及白质(wm)区域内从基线至24小时和48小时的标准化T1加权信号强度变化之间的分析关系。

表4所有组别脑区gMRI测量指标的线性回归分析结果。

3.4.2组内分析

对于所有组，未发现ALPS指数与任何感兴趣区的富集或清除存在关联（图6）。然而，可注意到一些非显著性观察结果。在iNPH组内，ALPS指数与24小时深部白质示踪剂富集的关联系数(β = -49±20, P = 0.85)与跨组分析的系数处于同一数量级。此外，IIH组皮层区域发现较大的正回归系数（例如，24小时边缘皮层：β = 56±33, P = 0.92）。

图6图表显示沿血管周围间隙(ALPS)指数与脑皮层(ctx)及白质(wm)区域内从基线至24小时和48小时的标准化T1加权(T1w)信号强度变化之间的分析关系。

4.讨论

自2017年提出血管周围间隙扩散张量成像分析以来，利用脑白质ALPS指数研究类淋巴功能（主要特征是大脑皮层）的研究激增。此研究评估了不同参与者群体的ALPS指数，并将其与48小时期间通过类淋巴MRI获得的脑内脑脊液示踪剂动力学指标进行比较。

此前仅有一项研究尝试验证DTI-ALPS方法与gMRI的关联。该研究使用白质和脑室中的小范围感兴趣区会增加对噪声和误差的敏感性的评估类淋巴功能。小范围感兴趣区增加了对噪声和误差的敏感性。此外，由于可能存在示踪剂增强或血流伪影，将信号强度归一化至上矢状窦的方法不可靠。相比之下，此研究还纳入了皮层测量和ALPS感兴趣区内的示踪剂富集。此研究使用更大的gMRI感兴趣区以提高稳健性，并基于眶脂肪进行归一化以提供更稳定的信号参考。

研究发现iNPH组的ALPS指数低于参考组，这与既往研究结果一致。然而，此研究观察到iNPH组内ALPS指数与gMRI确定的皮层类淋巴功能之间的一致性较差。此外，跨组分析显示24小时深部白质示踪剂富集与ALPS指数呈负相关，表明较低的ALPS指数与较高的局部示踪剂富集相关。这一发现在调整后仍然成立，表明该关联并非仅由年龄和性别差异解释。视觉检查提示观察到的关系可能由脑室反流伴经室管膜对比剂渗漏进入深部白质的差异驱动。由于这些变量未直接量化，这一可能性需要进一步研究。

此外，在IIH组内观察到ALPS指数与皮层示踪剂富集之间非显著的正回归系数。考虑到ALPS指数和gMRI结果的原始解释，这种正相关是反直觉的。

未发现ALPS指数与48小时皮层类淋巴功能测量指标之间存在统计学显著关联。ALPS指数与脑内脑脊液示踪剂清除无关联可能有几个原因。首先，gMRI有助于评估随时间变化的脑内脑脊液示踪剂运动，而ALPS指数来自单次弥散扫描的一个时间点。其次，皮层血管及其血管周围空间通常局限于皮层，很少延伸到深部白质。因此，深部白质血管周围空间与皮层类淋巴功能的相关性尚不明确。因此，使用深部白质中两个小区域计算的值来描述脑内清除功能是值得质疑的。第三，类淋巴系统主要通过对大脑皮层（毒性蛋白沉积和神经退行性疾病的主要部位）的活体观察来描述。ALPS感兴趣区内的方向性水运动是否可与皮层中较大溶质（如β淀粉样蛋白和tau蛋白）的清除相关也值得怀疑。最后，血管周围空间估计仅占白质体积的约1%。考虑到DTI的体素尺寸远大于感兴趣结构，信号可能更多地受血管周围空间水运动以外的来源影响。

在gMRI中，观察到ALPS感兴趣区的增强稀疏，多个相对T1加权变化接近于零。这一发现可能是由于钆布醇浓度低于MRI可检测水平。脑脊液示踪剂与脑间质液之间的交换似乎在ALPS感兴趣区有限。脑脊液-间质液交换是类淋巴清除的关键因素，提示类淋巴清除在该区域可能起次要作用。

研究存在若干局限性。首先，使用归一化T1加权扫描的变化作为钆布醇浓度的半定量测量，而非定量T1 mapping。尽管如此，此研究假设归一化T1加权信号强度变化与钆布醇浓度成比例。其次，gMRI数据的时间分辨率较低是其局限性。不同的时间间隔包含富集和清除两种元素，取决于脑区和深度。2019年，Watts等人显示皮层示踪剂峰值富集在鞘内注射后10至26小时，而白质富集峰值在26至50小时。第三，仅有两名iNPH患者在48小时有gMRI数据，这限制了研究将该时间点的比较分析限制在其他三个参与者组。第四，DTI-ALPS与gMRI测量指标在组水平上缺乏显著关联可能与组样本量较小有关。未来研究应探讨跨组观察到的关联是否也在组水平上成立。

5.结论