NODDI-DTI估计值与血浆生物标志物及认知功能的关联及其与多层NODDI的验证

《Scientific Reports》：Characterizing single-shell NODDI-DTI estimates through associations with plasma biomarkers and cognitive performance

　　

摘要

白质（WM）退化是衰老和阿尔茨海默病（AD）的重要特征。基于扩散张量成像的神经突方向色散与密度成像（NODDI-DTI）是一种可以从单层扩散张量成像中估计白质内神经突密度指数（NDI）和方向色散指数（ODI）的技术。然而，这些估计值是基于张量的近似值，而非直接的区室特异性测量。我们的研究旨在通过检验NODDI-DTI估计值与血浆生物标志物及随访认知功能之间的关系，从生物学角度阐释其意义，并在独立队列中评估其与多层NODDI的对应性。我们从阿尔茨海默病神经影像计划3（ADNI3）数据库获取了42名老年人的单层扩散MRI、临床和血浆生物标志物数据。我们进行了探索性的体素级分析，以表征白质骨架内扩散指标与血浆生物标志物之间关联的分布模式及具有统计学显著性关联的百分比，并针对先验已知的AD易感白质通路进行了基于通路的分析。我们还在25名参与者中检验了基线NODDI-DTI指标和血浆生物标志物与平均4.8年随访时蒙特利尔认知评估（MoCA）表现之间的关联。在一个独立的ADNI3队列（n=103）中，还通过偏相关和一致性分析，比较了使用NODDI-DTI和多层NODDI获得的基于通路的NDI和ODI估计值。pTau181是唯一显示与扩散指标存在广泛体素级关联的生物标志物。较高的pTau181与较低的NDI相关。在基于通路的分析中，较高的血浆pTau181与穹窿和后上束内较低的NDI相关。较高的血浆NfL与穹窿内较低的NDI和较高的ODI相关。基线时海马扣带束内较高的ODI和较高的基线pTau181均与随访时较差的认知表现相关。在独立队列中，各通路对应的NDI和ODI估计值之间存在相关性，但一致性分析显示NODDI-DTI存在负向的、取决于通路的平均偏倚。NODDI-DTI可能为在单层扩散变异与AD相关生物标志物及认知功能之间提供可解释的总结框架，尤其是在无法获得多层采集数据时。然而，其估计值仍紧密受限于底层张量信号，不应被视为独立的、区室特异性的或与多层NODDI测量值在定量上可互换的。