磁共振实验数据SPM8处理流程

磁共振实验数据SPM8处理说明一、数据准备为方便后续的数据处理，如果数据分散处理后整合，建议所有处理数据路径保 持一致，要统一路径。处理前首先要采用数据转换软件将dicom数据转换成SPM 解析格式，转换时格式请选择NIfTI，可用SPM输入面板中的DiCOM Import模 块转换，也可以采用专门的转换软件，如MRIcovert。然后进行数据预处理，预 处理结束后到matlab安装目录中备份spm*.ps文件，其中包含了空间校正和标 准化的信息，然后进行建模分析。二、数据处理流程1： Slice TimingSpm8和以往版本一样，先安装matlab7.1以上版本，然后将spm8文件夹放 在matlab安装目录中，我们一般放在toolbox文件夹中，然后启动matlab用菜 单中设置路径命令增加spm8的路径并保存。之后我们运行命令：spm fmri，这 样将打开spm8的操作界面，我们称左上侧的窗口为按钮窗口 (button window)，左下侧的窗口为输入窗 口 (input window)，右侧大窗口为树形结构窗口或图形窗口 (Tree Building Window or the graphics window)。Slice Timimg用来校正1个volume中层与层之间获取（采集）时间的差异， 对事件相关设计的实验尤为重要。我们在按钮窗口中的预处理面板中点击“SliceTimimg”，将出现如下对话框:在spm8和spm5中，每一步处理都采用了直观的“树形结构”的面板，如果 一个分支项左面有“+”号，你可以双击显示子分支项，如果一个分支项右面有 “一X”号，你必须为之指定选项（否则不能运行该tree），分支项的选项在其 右侧面板指定，而帮助信息则在下面的面板中显示。如果我们处理数据没有特殊 需求，我们只关心带有“一X”项目并完成输入即可，其余均可采用默认设置。 另外注意在Tree Building Window的顶部菜单，新增了一个菜单项“ TASKS”， 在使用批处理分析时非常重要。对上图右侧选项我们做如下设置：Data，点击data并在下面的面板中点击“new session”，这样在data下会 出现“session”的分支项，选中该项并点击面板下方的“ select files”，然 后用spm文件选择器选择你要处理的数据，最后点击“down”。选择数据时可以 把静息态、数值任务和物理大小任务分为三个 session来选（data new sessionsession），也可以作为一个session来选，结果是一样的。Number of Slices，我们输入每祯图像的层数，如“32”TR，我们输入重复时间，一般为2秒，我们输入“2”TA，是每祯图像获取第一层开始到获取最后一层图像的时间间隔，我们输入 TR-TR/nslice，可直接输入公式，如我们输入“ 2-2/32”Slice order，我们输入“ 1:2:31, 2:2:32”。指定层获取顺序的层次序参 数是一个含N个数的向量，这里N是每个volume所含的层数。每一个数表示该 层在图像(volume)中的位置。向量内的数字排列顺序是这些层的获取时间顺序。 如行向量1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24(在Matlab中可表示为1:2:25,2:2,25)各种扫描类型和输入的层顺序如 下: ascending 升序扫描(first slice=bottom): 1:1:nslices ； descending 降 序 扫 描 (first slice二top): nslices:-1:1 ； interleaved 间 隔 扫 描 (middle-top):for k = 1:nslices,round(nslices-k)/2 + (rem(nslices-k),2) * (nslices - 1)/2) + 1,end interleaved (bottom - up): 1:2:nslices 2:2:nslices， 如 1:2:25,2:2,25 ； interleaved (top - down): nslices:-2:1, nslices-1:-2:1Reference Slice,我们输入“31”。选择参考层，通常选择n slice/2，如 25层时选择13层作为参考层。Filename Prefix，是指新生成的图像前加何标记，一般采用默认设置。最后点击面板上方的向右的绿色三角即开始运行。运行完后将会生成一系列 a*.img文件，这就是时间校准后的数据。注意很多研究者容易将时间校准和空间校准顺序颠倒，一般的观点是如果图 像获取是隔层(interleaved)进行的，如 1、3、5、7、9、2、4、6、8、10， 则要先进性slice timing再进行realign，如果图像各层是连续(sequential) 获取的，如 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，则要先进行 realign 再做 slice timing。2： Realignment即使我们对被试的头部做了很好的固定，在实验过程中，被试也会不由自主 的有一些轻微的头动，这在fMRI实验中尤为明显。这一步就是把一个实验序列 中的每一帧图像都和这个序列的第一桢图像按照一定的算法做对齐，以矫正头 动。做完这一步，能给出该序列中被试的头动情况，以作为是否放弃该数据的依 据，如果头动超过1个voxel (功能图像扫描矩阵一般是64*64,则体素的大小 为(FOV/64)*(FOV/64)* (层厚+层间距)，则要考虑放弃该时间点数据。 该程序利用最小二乘法(least squares approach)原理和含6个参数(刚体模型) 的空间变换，对从一个被试获取的时间序列进行校正。用户可指定某个volume 作为随后volumes的参考。可以是第1个volume，也可选择比较有代表性的 volume(更明智的选择)，例如选择磁场相对稳定的第4个volume。校正信息(头 动信息)将在结果窗口(Graphics Window)显示。每个Session的校正信息将存储 为rp*.txt，其中*为Session数据集名称。另外，头动校正信息将以plot图形 显示。如下图：Translation表示被试头部在X，Y，Z三个方向的平移，分别用 蓝，绿，红三种颜色表示。Rotation表示被试头部在实验过程当中绕X(L-R)， Y(A-P)，Z(S-I)三条轴的转动角度。横坐标代表这个序列所采集的所有图像，纵坐标表示的是偏移量和偏转角度，分别以毫米和度为单位。米用SPM8，头动信 息、和空间标准化的图形文件将以spm_ data” .ps的形式保存于matlab 的工作目录下，如我们是2009年4月30日处理的数据，则将以spm_2009Apr30.ps 文件存于mat lab的work目录下。0100200300400500600700800900image我们在预处理面板校准选项中选择“Realign (Est & Res)”，出现如下对 话框，我们按下面设置进行：选中“ data”，选择“New Session”，然后选中data下出现的“Session” 选项。点击“Specify Files”，用spm文件选择器选择刚做完时间校准的图像 (a*.img)。其余选项采用默认设置，点击上方绿色的三角开始运行。3： Normalise在预处理面板标准化选项中选择“Normalise: Estimate & Write”，出现 如下对话框：我们做如下设置：选中“data” “new sbject”，在 data 下新出现的 “subject” 选项 中作如下设置，“source image”选择空间校准步骤中生成的 mean 文件，“image to write”选择所有刚进行完校准的文件“ra*.img”，“template image”我 们选择“EPI.nii”，其余采用默认设置，点绿三角运行。4： Smoothing在预处理面板标准化选项中选择“smooth”，出现如下对话框:我们在“ image to smooth ”选项中选择所有刚进行完标准化的文件 “wra*.img”然后点绿三角运行即可。这里FWHM我们采用默认设置“8 8 8”。5： Specify 1st level即以前版本的“fMRI model”，spm5和spm8种的分析选项有所变化，使用 Specify 1st level 做单个被试(single subject)分析；使用 Specify 2nd level 做组分析(group analysis) o我们选择“Specify 1st level ”，出现如下对话 框：我们选择Directory指定一个文件夹存放结果数据，其余做如下设置：“Units for design”选择“Scans”，“Interscan interval”输入 “2”， 选择“ Data and Design ”后选择“ New Subject/Session”，再选择新出现的 “Subject/Session”，选择“Scans”并用文件选择器选择相应任务的所有平滑 后的功能图像(swra*.img)然后点击“down”，选择Condition”后选择“New condition”，然后选中新出现的“Condition”，“name”选项输入任务条件的 名称，“onset”输入任务条件的启动向量，代表任务刺激启动的扫描数，选中 “Durations”输入任务组块的持续时长，如是事件相关设计请输入“0”。如还 有其他任务，要再次选中 “Condition” “New condition” “Condition” 定义其他任务条件。设置完毕后点击绿三角运行。这样将会在开始选择的目录中 生成文件spm.mat.下面要估计我们刚建立的模型，在模型设置面板中点击“estimate”，将打 开如下对话框：很简单，我们只须选择刚生成的“ spm.mat ”文件点击“down ”然后点击绿 三角运行即可。估计完成后，我们选择“results”，将打开如下对话框：上图设计矩阵表明一个扫描序列中我们有三个任务条件，均为事件相关设 计，选中“tcontrasts”，点击“define new contrast”，第一个任务contrast” 定义为“1”，第二个任务定义为“0 1”，第三个任务nn定义为“0 0 1”， 第一个任务减第三个任务定义为“10-1”，第二个任务减第三个任务定义为0 1-1”，第二个任务减第一个任务定义为“-1 1”，其余操作以及激活图显示和 以前版本都是一致的。值得我们注意的是，我们指定或输入一系列的参数来进行每一步的处理，完 成后我们可以通过Save按钮将每一步存为一个*.mat文件。以后我们可以通过 Load按钮重新加载并使用这些*.mat文件，我们适当修改后(例如改变所运行的 数据集)再选择Run按钮运行。另外我们可以使用TASKS菜单项指定一系列的操作(预处理和/或分析)，在 TASKS-Batch菜单项下，你可以在一个大文件中指定数据处理所有步骤。批处理 交互界面非常灵巧。它知道根据指定的步骤将产生什么文件。例如，在 Tasks-Batch,菜单项下，选择 New Spatial。在你的SPM任务树(Jobs tree) 中选择(highlight) -Spatial，并从选项面板中选择New Realign选项指定 我们前述的realignment的详细步骤。现在，当我们向任务树中添加标准化步骤 时，我们将看见为标准化操作选择r*文件的选项，尽管事实上，我们还没有真的 生成r*文件。所以，批处理非常智能，可以预测我们的需要。如果我们已经生成 了几个批处理任务文件，我们可以使用TASKS-Util-Execute Batch Job s选项 来运行它们。该工具允许我们选择一系列的mat文件(不一定是batch jobs文件) 来运行。如果你怀念旧版本SPM操作界面，在TASKS菜单下，选择Sequential,这 样就不会出现树(tree)，选项将会出现在SPM输入窗口。