功能磁共振数据处理

边学边教FMRI数据分析Outline知识准备：FMRI原理自旋进动磁化矢量共振豫弛T1像T2像自旋回波TR&TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-relatedSPM：SPM介绍数据准备预处理SlicetimingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify1st-levelSpecify2nd-levelReview“DCM”结果呈现自旋与核磁•原子核总是不停地按一定频率绕着自身的轴发生自旋(Spin)•原子核(氢)的质子带正电荷，其自旋产生的磁场称为核磁，因而以前把磁共振成像称为核磁共振成像(NMRI)核磁就是原子核自旋产生的磁场进动(Precessing)进入主磁场前后人体组织质子的核磁状态；在主磁场中质子的磁化矢量方向并不是绝对同向平行或逆向平行的！进动(Precessing)进动是核磁（小磁场）与主磁场相互作用的结果。进动的频率明显低于质子的自旋频率，但比后者更为重要。进动导致的磁场对线圈的切割，是核磁共振的信号来源。磁化矢量•通常情况下，尽管每个质子自旋均产生一个小的磁场，但呈随机无序排列，磁化矢量相互抵消，人体并不表现出宏观磁化矢量。•进入主磁场后，处于低能状态的氢核略多一点。•纵向磁化矢量相互抵消而等于零，质子的微观横向磁化矢量相加，产生宏观横向磁化矢量。•给低能状态的氢质子能量，一半低能态氢质子获得能量进入高能状态，即核磁共振。共振(Resonance)条件频率一致实质能量传递弛豫(Relaxation)——纵向弛豫•也称为T1弛豫，是指90度脉冲关闭后，在主磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，直至恢复到平衡状态，是一个释放能量的过程(相对较慢)。弛豫(Relaxation)——横向弛豫也称为T2弛豫，是由各质子小磁体间相互作用，导致同相位进动的质子失相位进而横向磁化矢量减少的过程(相对较快)。T1像T1值越小纵向磁化矢量恢复越快已经恢复的纵向磁化矢量大MR信号强度越高（白）T1值越大纵向磁化矢量恢复越慢已经恢复的纵向磁化矢量小MR信号强度越低（黑）脂肪的T1值约为250毫秒MR信号高（白）水的T1值约为3000毫秒MR信号低（黑）•反映组织纵向弛豫的快慢！空间分辨率较高。T2像T2值小横向磁化矢量减少快残留的横向磁化矢量小MR信号低（黑）T2值大横向磁化矢量减少慢残留的横向磁化矢量大MR信号高（白）水T2值约为1600毫秒MR信号高脑T2值约为100毫秒MR信号低•反映组织横向弛豫的快慢！时间分辨率较高。SE序列结构90180回波90180TRTETE：回波时间TR：重复时间小结把被试放进磁场人体被磁化产生纵向磁化矢量发射射频脉冲人体内氢质子发生共振从而产生横向磁化矢量关掉射频脉冲质子发生T1、T2弛豫（同时进行空间定位编码）线圈采集人体发出的MR信号计算机处理（付立叶转换）显示图像Outline知识准备：FMRI原理自旋进动磁化矢量共振豫弛T1像T2像自旋回波TR&TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-relatedSPM：SPM介绍数据准备预处理SlicetimingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify1st-levelSpecify2nd-levelReview“DCM”结果呈现BOLDBloodOxygenationLevelDependent脱氧血红蛋白比氧合血红蛋白更具有顺磁性血流量越大氧合血红蛋白的比例越高与基线相比顺磁的脱氧血红蛋白浓度越小横向弛豫速度减慢，信号衰减更慢活动脑区信号相对较强也称为T2弛豫，是由各质子小磁体间相互作用，导致同相位进动的质子失相位进而横向磁化矢量减少的过程(相对较快)。Outline知识准备：FMRI原理自旋进动磁化矢量共振豫弛T1像T2像自旋回波TR&TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-relatedSPM：SPM介绍数据准备预处理SlicetimingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify1st-levelSpecify2nd-levelReview“DCM”结果呈现实验设计Outline知识准备：FMRI原理自旋进动磁化矢量共振豫弛T1像T2像自旋回波TR&TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-relatedSPM：SPM介绍数据准备预处理SlicetimingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify1st-levelSpecify2nd-levelReview“DCM”结果呈现Outline知识准备：FMRI原理自旋进动磁化矢量共振豫弛T1像T2像自旋回波TR&TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-relatedSPM：SPM介绍数据准备预处理SlicetimingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify1st-levelSpecify2nd-levelReview“DCM”结果呈现数据准备数据转化：DICOM(.dcm)→IMG(.img&.hdr)\NIFTI(.nii)数据分拣：将不同的run的数据挑选、归置。（剔除数据点）DICOMimportMRIConvertOutline知识准备：FMRI原理自旋进动磁化矢量共振豫弛T1像T2像自旋回波TR&TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-relatedSPM：SPM介绍数据准备预处理SlicetimingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify1st-levelSpecify2nd-levelReview“DCM”结果呈现SlicetimingWhy?时间序列校正How?备注：Bottom=1Sliceorder：[1:2:n-1slice2:2:nslice]←单个run的数据←32←2←TR-TR/nSlice←13…31|24…32←16|31Slicetiming批处理RealignWhy?评估并校正头动将校正结果写入原文件并生成：头动曲线*.ps、mean*.hdr、rp_af*.txt文件。How?批处理Realign检查头动剔除头动过大的被试：3mm\3degree用*.ps文件查看器或将其转化为pdf格式打开。CoregisterWhy?T1像和T2像配准How?←mean*.img←T1.img←raf.imgCoregister批处理“Segment”Why?将白质、灰质和脑脊液等分离How?备注：进行功能连接分析和VBM(Voxel-BasedMorphology)分析时需要NormalizeWhy?T2像和模板配准How?备注：模板T1.nii在spm8\templates目录下Voxelsizes:333←mean*.img←T1.nii←r*.imgNormalize批处理SmoothWhy?平滑配准后的图像How?备注：平滑核(FWHM)的大小依据领域相关文献确定。SPM8’sBatchOutline知识准备：FMRI原理自旋进动磁化矢量共振豫弛T1像T2像自旋回波TR&TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-relatedSPM：SPM介绍预处理SlicetimingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify1st-levelSpecify2nd-levelReview“DCM”结果呈现统计分析定义个体实验设计组分析查看实验设计模型计算为进一步分析做准备结果呈现Specify1st-level←Scans←2s“Mark”0\XEstimateResultResultCon000*.imgSpecify2nd-levelEstimateCon000*.imgResult2sampleT-testF-test:Factor:111…Factors:1010…A1B1A1B2A2B1A2B2ReviewOutline知识准备：FMRI原理自旋进动磁化矢量共振豫弛T1像T2像自旋回波TR&TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-relatedSPM：SPM介绍预处理SlicetimingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify1st-levelSpecify2nd-levelReview“DCM”结果呈现结果呈现结果呈现spm8\canonicalspm8\rendOutline知识准备：FMRI原理自旋进动磁化矢量共振豫弛T1像T2像自旋回波TR&TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-relatedSPM：SPM介绍预处理SlicetimingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify1st-levelSpecify2nd-levelReview“DCM”结果呈现DCM(dynamiccausalmodeling)KnowwhatisDCMStriveforwhat?StepsBayesianmodelselectionKnowwhatisDCMdynamiccausalmodelingDCM(dynamiccausalmodeling)KnowwhatisDCMStriveforwhat?StepsBayesianmodelselectionAIMTheaimofDCMistoestimateparameters(z)attheneuronallevelsuchthatthemodelledBOLD(y)signalsaremaximallysimilartotheexperimentallymeasuredBOLDsignals.(Fristonetal.2003,NeuroImage)λzymodelingDCM(dynamiccausalmodeling)KnowwhatisDCMStriveforwhat?StepsBayesianmodelselectionStepsDefineVOIDCM(manual:p288)DCM(dynamiccausalmodeling)KnowwhatisDCMStriveforwhat?StepsBayesianmodelselectionBayesianmodelselectionBayesianmodelselectionSummary知识准备：FMRI原理自旋进动磁化矢量共振豫弛T1像T2像自旋回波TR&TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-relatedSPM：SPM介绍数据准备预处理SlicetimingRealignCoregister“Segment”Normal