SPM5数据分析简明教程

SPM5数据分析简明手册编写人：张寒Email:[e-mail]导师：朱朝喆（研究员，博士生导师）Email:[e-mail]北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室Lab1SPM5的安装和介绍实验内容1.Matlab7.1简要介绍2.SPM5简要介绍Matlab7.1简要介绍1.主界面在所有实验中，我们都将使用Matlab7.1软件包。在Matlab安装完毕后，双击快捷方式图标打开Matlab。点击Matlab窗口上方的View菜单，勾选CommandWindow,CommandHistory,CurrentDirectory和Workspace。这时，Matlab将呈现四个子窗口（图1）：1)CommandWindow：位于右下方。即指令窗口，是键入指令的地方，也是Matlab显示计算结果的地方；2)CommandHistory：位于左下方。即历史命令窗口，存放历史输入命令；3)CurrentDirectory：位于左上方。即当前工作目录，显示当前目录下的文件信息；4)Workspace：位于右上方。即工作空间，存放变量在内存中。图1Matlab7.1的主界面此时，Matlab处于准备接受命令的状态，可以在命令窗口（右下方的子窗口）中直接输入命令语句。2.基本命令1.设置当前工作路径(currentdirectory)设置当前工作路径可以让Matlab知道你要在那个地方进行数据处理。1)在Windows下建立一个新文件夹，如：D:\work\dicom_convert\2)例如把该目录设为工作路径：在Matlab的指令窗口中键入：cd‘D:\work\dicom_convert\’（注意，单引号必不可少）。这样，就将Matlab的当前工作路径设置在上述路径下了。2.添加搜索路径(setpath)添加搜索路径是一些基于matlab的工具包常用的安装方式。1)点击Matlab最上方的“File”菜单，在下拉菜单中选择“SetPath”。2)在弹出的路径设置窗口中选择“AddwithSubfolders”，浏览并点选目标文件夹（如图2所示），然后点“确定”。3)点击“Save”按钮。4)点击“Close”按钮。图2添加搜索路径3.其他常用命令及功能1)load载入数据到内存2)clear清除内存中的数据3)doc呼出matlab的帮助窗口4)dir显示当前路径下所有文件和文件夹5)cd进入某个文件夹6)help查看帮助文件希望大家在实际使用中学习，这里不一一列举。SPM5介绍和安装SPM5是一款功能强大的fMRI数据激活区检测分析软件包。一般的数据处理由预处理，个体统计，群体分析（组分析）这几大步骤组成。SPM5这个软件包包含一个“spm5”的文件夹，文件夹里含有若干子文件夹和许多文件。假设这个文件夹在“D:\spm5”目录下，下面介绍如何安装及打开SPM5：1.打开Matlab7.1，将SPM5所在目录“D:\spm5”加入到Matlab的搜索路径中（利用“添加搜索路径”所示的方法，将spm5及其所有子文件夹添加到Matlab的搜索路径中）；2.在Matlab指令窗口中输入“spmfmri”，即出现SPM的三个主要窗口（图3为工具窗口，图4为交互窗口）；图3工具窗口图4交互窗口3.图4是交互窗口，用户可以在这个窗口中进行处理参数指定。该窗口左侧一栏用树型结构显示参数设定，双击可以扩展和缩起分支（用+/-表示），需要用户指定参数的处理项目用“X”表示，整个处理流程可以用该窗口内的“Save”,“Load”,“Run”按钮进行保存，调入和执行。该窗口右上方一栏表示当前处理项目的可选子项，用户可以在这里改变处理选项，也可以输入指定数值。该栏下方是当前项目的数值的显示栏。最下方一栏是帮助栏，显示当前处理项目的帮助信息。4.当SPM5需要你选择输入的文件时，会弹出文件选择窗口(图5)。图5文件选择窗口注意！如果用Matlab和SPM处理数据，文件名和文件夹名应该设置为英文，最好中间没有空格。不推荐使用中文。Lab2用SPM5进行任务fMRI数据预处理实验内容1.实验和数据介绍2.数据预处理Slicetiming（层间时间校正）Realignment（头动校正）Normalization（空间标准化）Smoothing（平滑）实验和数据介绍本手册采用数据为被试被动接受单侧视野视觉刺激实验中采集到的数据，视觉刺激为以12Hz为闪烁频率的三角形棋盘格，基线任务为被动注视屏幕中心的小圆点：1)基线（B）：注视屏幕中心的圆点（图6左）2)条件一（L）：在注视圆点的同时，屏幕左侧出现棋盘格闪烁刺激（图6中）3)条件二（R）：在注视圆点的同时，屏幕右侧出现棋盘格闪烁刺激（图6右）图6三种实验任务（左：基线；中：左侧视觉刺激；右：右侧视觉刺激）实验采用事件相关设计(event-relateddesign)，每个被试扫描一个run，每个run含有99个trials,每个trial持续时间为2秒。总扫描时间为2×99=198秒。在99个trials中，最前面和最后面的8个trials均为注视点。其余的83个trials中包含大致相等数目的注视点、左边闪烁、右边闪烁三种条件的刺激，每种有27或28个trials（注：图7为示意图，真实扫描顺序可能不同）。图7刺激呈现示例实验数据由本实验室Siemens3TTrio磁共振机器扫描，EPI序列扫描BOLD功能像，具体参数：TR=2sec,Slices=25,slicethickness=3*3*4mm,in-planeresolution=64*64,voxelsize=3.13*3.13*4.80,自下而上间隔扫描。数据预处理由于原始数据为DICOM格式，需要先进行格式转换。然后，进行时间和空间上的校正，为后续分析做准备，因此叫做“数据预处理”。下面介绍BOLD信号预处理的详细流程：数据准备1.将功能像DICOM原始数据放入一个空文件夹内，例如：D:\data\dicom_bold2.新建一个文件夹，例如命名为：D:\data\preproc3.打开Matlab7.1，将SPM5设置为搜索路径，在指令窗口中输入：cd‘D:\data\preproc’（设置当前路径为数据文件夹）4.在指令窗口中输入：“spmfmri”，打开SPM5格式转换（DICOM格式数据转换为NIFTI格式）5.在SPM的按钮窗口中点击DICOMImport按钮（如图8）图8DICOMImport按钮6.在弹出的输入文件选择窗口中选择dicom_bold文件夹内的所有DICOM原始数据，点击Done进行确认（图9）图97.在弹出的输出路径选择窗口中选择preproc文件夹（图10），点Done图108.在左下角的窗口中选择转换参数（图11）图11Outputimageformat[Twofile(img+hdr)NIfTI]UseICEDimsinfilename[No]等待SPM数据转换完毕，用MRIcron查看一个功能像（以f*打头的文件），注意观察图像分辨率，voxelsize等信息。层间时间校正(SliceTiming)9.点击SPM按钮窗口中的Slicetiming按钮；10.在SPM的交互窗口中进行数据和参数指定：1)选中Data，点击NewSession，选中Session，点击SpecifyFiles；2)在弹出的文件选择窗口中选择所有f*.img，点击Done；3)选中NumberofSlices，点击SpecifyText，输入25，回车；4)选中TR，点击SpecifyText，输入2，回车（TR是一个volume内第一层到下一个volume内第一层的间隔时间）；5)选中TA，点击SpecifyText，输入“2-2/25”，回车（TA是一个volume内从第一层到最后一层的间隔时间）；6)选中Sliceorder，点击SpecifyText，输入“1:2:252:2:24”，回车（指定扫描顺序，这里为自下而上的间隔扫描，这里1代表解剖位置的下，即“脖子的位置”。）特别注意：这里的正确设置非常重要！．．．．．．．．．．．．．．．．．7)选中ReferenceSlice，点击SpecifyText，输入25，回车（参考层推荐选择对应时间中点的一层，即第25层）；11.点击Save按钮，将slicetiming的参数设置保存到当前目录下，例如：preproc_slice.mat（注：此步骤可做可不做，保存文件是为了日后检查方便）。12.点击Run按钮，等待SPMslicetiming完毕，SPM生成99对以a*打头的img/hdr文件（slicetiming的结果）。头动校正(Realignment)13.在SPM按钮窗口中选择Realign（图12）：图1214.在SPM的交互窗口中进行数据和参数指定：1)在SPM的交互窗口中选择New“Realign:Estimate&Reslice”；2)双击Realign:Estimate&Reslice展开树型目录，选中Data；3)点击New“Session”，选中Session，点击SpecifyFiles；4)在弹出的文件选择窗口中的Filt一栏输入af.*，选择所有以af*打头的文件，点Done，如图13：图135)在ResliceOptions选择肢下选择Reslicedimages，点SpecifyMenuItem，选择“MeanImageOnly”；6)点击Save按钮，将realignment的参数设置保存到当前目录下，例如：preproc_realign.mat（可选步骤）；7)点击Run按钮，等待SPMrealignment完毕，SPM会生成一对mean*文件（平均脑），一个rp*.txt文件（头动参数文件）；8)同时，SPM会将头动曲线显示在交互窗口中，如图14图14注意：图14中上面一幅曲线图中的三条曲线表示在X，Y，Z方向上头的平动（单位是mm），下面一幅曲线图中的三条曲线表示以X，Y，Z为轴的转动（单位是度）；分别对应rp*.txt文件中的前三列（平动，单位mm）和后三列（转动，单位是弧度．．）。空间标准化(Normalization)15.在SPM的按钮窗口中点击Normalize按钮；16.在SPM的交互窗口中进行数据和参数指定：1)在SPM的交互窗口中选择NewNormalise:Estimate&Write；2)双击Normalise:Estimate&Write，展开树型目录，选中Data；3)点击New“Subject”，双击Subject展开树型目录；4)选中SourceImage，点击SpecifyFiles；5)在弹出的文件选择窗口中选择realignment生成的mean*.img文件，点击Done；6)选中ImagestoWrite，点击SpecifyFiles；7)在弹出的文件选择窗口中选择所有的af*.img文件，点击Done；8)双击EstimationOptions展开树型目录；9)选中TemplateImage，点击SpecifyFiles；10)在弹出的文件选择窗口中选择SPM5目录中，templates文件夹下的EPI.nii模板文件，点Done；11)双击WritingOptions展开树型目录；12)选中Boundingbox，点击SpecifyText，将原有的参数改为“-90-126-72;9090108”，回车（推荐不使用SPM默认的Boundingbox）；13)选中Voxelsizes，点击SpecifyText，将原有的参数改为“333”，回车；14)点击Save按钮，将normalize的参数设置保存到当前目录下，例如：preproc_normalize.mat（可选步骤）。17.点击Run按钮，等待SPMnormalize完毕，SPM生