基于典型相关方法提取阿尔茨海默病患者灰质形态学特征研究

目的:基于典型相关方法(canonical correlation analysis,CCA)提取阿尔茨海默病患者灰质形态学中与脑脊液Aβ和Tau蛋白相关的高维信息,并在独立验证集中使用该形态学特征检验的有效性.方法:从国际阿尔茨海默病(Alzheimer's Diseases,AD)影像学数据库ADNI纳入高分辨率3D-T1W图像446例,其中具有脑脊液(CSF)Aβ和Tau检测结果的194例被试作为训练集,剩余252例作为测试集.基于常规皮层分割和基于体素的形态学方法,定量所有被试大脑90个脑区体积(基于anatomical automatic labeling,AAL脑分区).在训练集中,通过CCA方法,提取与CSF的Aβ、Tau等指标构成典型相关的脑灰质形态学高维指标.然后,利用从训练集获取的CCA系数对测试集样本定量相同的CSF相关脑灰质形态学分数.通过AD、MCI和对照组组间差异及与被试认知量表分数相关分析,检验该分数是否能有效用于测试集中描述疾病发展阶段,并预测认知功能.结果:在训练集中,通过CCA可分离出两组相关成分,其中一组脑体积分数高贡献脑区集中于海马、海马旁回等内侧颞叶区域,对应脑脊液分数主要由Tau指标贡献.另一组脑体积分数主要贡献脑区为内侧额叶、皮下核团等区域,对应脑脊液分数主要由Aβ贡献.两组脑脊液分数和脑体积分数的相关系数分别达到0.835与0.771.在测试集中,同样计算出的两组脑体积分数差异均有统计学意义(两组分数分别为F=5.60,p=0.004;F=3.52,p=0.03).两组分数均与MMSE得分存在显著相关性(R=0.2,p=0.002;R=0.13,p=0.03).结论:本研究证明了基于CCA方法辅助临床诊断数据应用于阿尔茨海默患者的可靠性.