fMRI实验设计及数据处理.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,2019/12/5,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,fMRI,实验设计及数据处理,组块设计（,block design),时间相关设计（,event-related design),混合设计（,hybrid design,）,一 实验设计,Concepts:,Trial,2 Block,实验设计,组块设计,+,+,+,+,+,+,画线,画线,画线,画线,Block design,的特点及注意事项,具有较好的,detection power,比较简单，容易统计,从某任务当前,block,开始到下一次该任务,block,开始的时间间隔最好不要超过,128,秒（,high-passed filter,）,刺激间间隔小的话,block,效应越高,在一定范围内,Block,内的,trial,数越多越好，但研究表明,block,时间不宜超过,60,秒,实验设计,组块设计,慢速事件相关实验设计：,快速时间相关实验设计：,实验设计,事件相关实验设计,spaced ER,16 s,事件相关设计特点及注意事项：,1,能分离事件，处理更灵活,2,刺激间间隔越随机化（加,jitter,或,null trial),越,好,3,快速事件相关实验设计中，单个条件最好有,40,个,trial,左右,实验设计,事件相关实验设计,特点及注意事项：,1,能分离持续性神经活动（,block,）和短暂性神经活动（,event),2,处理和设计起来比较复杂，需要权衡的东西较多,3,要保证,block,和,event,的相关性不高,实验设计,混合实验设计,打开,spm,点击右下角,dicom import,，转换成,spm,格式的图。,Overview,1,预处理（,preprocess,）,Slice timing,Motion correction,Normalization,Smooth,数据分析,Individual analysis,Group analysis,二 数据处理,Slice timing,：,block,设计可以不做这步,event,设计中如采用间隔扫描，先做,slice timing,再做头动矫正；如采用序列扫描，则先做头动矫正再做,slice timing,输入参数：,【DATA】,：输入数据（所有,fr,开头的数据）,【num berof slice】:,每个,scan,的层数,【TA】,：,TR-(TR/,层数,),【SLICE ORDER】:,扫描顺序,例如：,13245768,间隔扫，输入：“,1:2,:,层数,2:2,:,层数,”,【reference】,：参考层（可以是第一层，也可以是中间层）,二 数据处理,预处理,Realignment,（头动矫正）,这步一定要做,做完以后会生成,6,个头动参数，这些参数可以放到后面的,model,中,输入参数：,选,realigment:estimate&reslice,【DATA】,：选择数据（以,a,开头的数据）,【RESLICE IMAGES】,：,SPM MANUAL,中设定默认，北师大建议选“,MEAN IMAGE ONLY,”那项,得到一个,rp,打头的参数文件。,二 数据处理,预处理,Normalization,：空间标准化,三种配准方法：,1,直接把,bold,图像与,EPI,模板配,2,个体,bold,像与结构像模板配（,coregister,）、结构像与模板配、再把两个结果配准,3,先把个体结构像与,bold,像配（,coregister,）、对结构像做,segmentation,、再把,bold,像与,segmentation,结果配（,SMP8 MANUAL,）,二 数据处理,预处理,方法,1,直接,把,bold,图像与,EPI,模板,配,1,选择“,Normalise:Estimate&Write,”,2,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,。,生成,w,开头文件,方法,2,：,1 coregister:estimate,【reference】:,结构像,【source】:mean,文件,【other images】,：选其他,r,开头头动后的结果,normalize:estimate&write,【DATA】:new subject,【source image】:,结构像,【IMAGE TO WRITE】,：结构像,【TEMPLATE IMGE】,：,选,SMP8,文件夹内,TEMPLATE,文件夹中的,T1,normalize:write,【DATA,】:new subject,【,Parameter,File】,:*_sn.mat,【Images,to,Write】,:,所有,rf,文件,二 数据处理,预处理,方法,3,：,1 coregister:estimate,【reference,】:,mean,文件,【,source,】:,结构,像,Segmentation,：,【DATA】,：选一步的结果,（,sn.mat,文件,）,normalize:write,【DATA】:new subject,【source image,】:,选上一步的结果（,sn.mat,文件）,【image to wirte,】,：所有头动矫正和,slice timing,后的文件,二 数据处理,预处理,Smooth,：对数据进行平滑处理,spm,中默认平滑盒为,8 8 8,，如出不了结果，可以适当改小点，改为,6 6 6,生成,s,打头的文件。（,check,各个不同头的文件）,二 数据处理,预处理,个体统计：,individual analysis(1-st level),输入参数：,【directory】,：要保存结果的文件夹,【,Units for,design,】,：下面输入的,onset time,是以秒为单位还是以,scan,为单位,【,Interscan interval,】,：,TR,是多少秒,【DATA&DESIGN】,：分,run,输入,【SCAN】,：该,run,预处理后的文件,sw,开头的文件,【CONDITION】:,有几个条件就定义几个，然后输入条件的名字和相应的,Onset time,block,设计输入,duration,，,ER,设计,duration,为,0,；,【multiple regressors】:,输入头动参数，预处理获得的,rp,开头的文件,【HIGH PASS FILTER】:,基本默认,【MODEL DERIVATIVES】:ER,设计选第二项,输入参数以后运行：得到,spm.mat,的,文件,然后进行估计（,ESTIMATE,）：选择,spm.mat,然后运行。,然后按,RESULT,查看结果,注意：,microtime resolution,，如果参考层不是第一层，要输入层数。,二 数据处理,数据分析,群体统计：,2-nd level,【,Directory,】,：结果要保存的地方,【DESIGN】,：实验设计,【SCAN】,：,1-st level,生成的,con,文件,输入参数后,ESTIMATE,按,RESULT,查看结果,二 数据处理,数据分析,选择“,results,”,选中“,t,contrasts,”，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,任务定义,为“,0 0 1,”，第一个任务减第三个任务定义为“,1 0-1,”，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,”,1,，删除前面不稳定的,5,个左右,TR,。包括预处理和数据分析。,2,，同一个被试不同的,run,，预处理要分开处理，统计分析时要放在不同的,section,处理。,注意事项,1,，运行,brainvoyager,，创建项目。,File,-Create Project,Wizard,-,选择,FMR project-,选择扫描仪获得的图像文件的格式（,DICOM,）,-,输入项目的名称,-,选择图像文件（数量多的功能像）,-,选择层数（后面的基本自动读取）,-,省略若干,TR,（,25,）,-,finish,2,，检查项目的特性，对话框,“FMR Properties”,自动出现。也可以通过,“File”-“FMR Properties,.”,随时查看。,3,，点击,verified,，确认,“,Voxel resolution definition”,和“,T,emporal resolution and slice timing definition”,。,注：有些扫描仪给的图像使用,File-,new,Project,来建立。选择首张图像、省略数目和设置存储目录就可以。,Brainvoyager,处理步骤,第一步，建立一个,项目,1,，左边的,3D,工具栏，图标的含义分别为：显示和隐藏工具栏、显示和隐藏边框、显示减少列、显示增加列、显示减少排、显示增加排、减少过滤、增加过滤、调整窗户大小、缩小、放大。,2,，通过按,pgup,和,pgdn,键来翻页看图。,3,，通过,“,FMR Properties,.”,的“,layout,”图标，或者,Options,-Layout And Display,Options,，设置显示图像的排列，包括首张显示图、几排和几列。,4,，通过同时按下“,ctrl,”键和鼠标右键来看选定图的放大图。,第二步 看,3D,图，排列和放大,1,，打开前面创建的,frm,项目文件。,2,，点击菜单栏,“Analysis”,-,“,Stimulation Protocol,.”,启动刺激序列对话框。,3,，输入文件名（生成的文件存储为*,.prt,的刺激序列文件，可以用文本编辑器进行编辑，模板见后页）。,4,，输入条件名和编辑颜色,5,，分别定义每个条件的时间序列。,1,）逐个定义法：点击条件和,“Intervals”,定义每个条件每个刺激的发生和结束时间。,2,）图形定义法，,block,设计可以通过图形设置法简单完成创建。,3,）生成器生成法。如果不同条件交替次数多，逐个输入工作量,很大，可以采用自行编辑,prt,文件的方法，也可以通过生成器，自动把,presentation,和,eprime,的文件自动生成,prt,文件。,4,）,prt,文件编辑法，按照后面提供的刺激序列模板，把时间序列改为自己的实验序列，存为*,.prt,文件。,第三步，创建刺激序列,FileVersion:2,ResolutionOfTime:msec,（时间序列单位,）,Experiment:Annemiek1,（实验名称）,BackgroundColor:0 0 0,TextColor:255 255 255,TimeCourseColor:255 255 255,TimeCourseThick:3,ReferenceFuncColor:0 0 80,ReferenceFuncThick:3,NrOfConditions:3,（条件数目）,AAA(,条件,1,名称）,7,（刺激次数）,0 16000,（左,=,onset,time,右,=,offset,time,，,miliseconds,）,.,57765,73765,114177,130177,170615 186615,227299 243299,283732 299732,340180 356180,color 100 100 100 FMR,Properties,-,referenced protocol file,进行连接。,2,，,点击菜单,Analysis,-,Compute,Linear Correlation,Maps,。,3,，比较两个条件的激活，鼠标右键点击一条件，左键点击另外一条件，然后点击,“HRF,”,和“,go,”。,4,，排列和放大的方法看图（第二步），注意使用过滤（,theshold,）按钮。,5,，兴趣区脑活动时间进程。鼠标点击或者选定一片区域，就出现,兴趣区脑活动时间,进程图。按下,ctrl,键，可以同时看两个兴趣区。,6,，可以把比较的结果存下来以后打开直接看。,第四步，统计和分析,类似,spm,的预处理，处理后可以再进行第四步的统计分析，增加推论力度。,1,，,点击菜单,“Analysis,”,-,“,FMR Data Preprocessing,.”,。,2,，对原始数据处理越多，增加的,error,越多。一般后四项比较常用。,3,，生成一个新的,frm,文件。,AAA_SCCAI_3DMCT_SD3DSS4.00mm_THPGLMF2c.fmr,项目,名,_Slice,校正,_,头懂校正,_,空间平滑（高斯过滤,4,毫米）,_,Temporal High Pass(GLM Fourier),with,2 cycles/,points,_,.,Fmr,4,头动参数图，,红,-,X,方向平移,绿,-,Y,蓝,-Z,黄,-X,方向转头,紫红,-,Y,转,青,-Z,转。鼠标右键点击头动图，显示具体参数，储存头动参数。,第五步 标准化处理,1,，打开预处理后的新项目文件，（,AAA_SCCAI_3DMCT_SD3DSS4.00mm_THPGLMF2c.fmr,）。,2,，点击菜单,“Analysis,”,-,“,General Linear Model:Single Study.”,，打开,“Single Study General Linear Model”,对话框。,3,，定义各种预测。鼠标右键点击右侧条件（不需要点击左键比较了，此时各条件已经归零）后，按“,“HRF”,，形成第一种预测。点击“,add pred,”定义第二种预测，同理第三、四,。,4,按,“Save”,保存为*,.sdm,文件，按“,go,”（没存会自动生成,AAA,_SCCAI_3DMCT_SD3DSS4.00mm_THPGLMF2c_FMR,_autosave.sdm,文件。,第六步 一般线性模型统计分析,（,单个被试,GLM),5,，最底下的状态栏显示鼠标指示的坐标和统计值。,6,，点击,“Analysis”,-,“Overlay Volume Maps.”,（或者,CTRL+M),打开,“Statistical Maps”,对话框。调整,theshold,让图更清晰简洁。也可以用左侧面板。,7,，观察不同条件间的比较。点击,“Analysis”-,“Overlay General Linear Model”,通过控制,+,和,-,号，实现各种比较。复选框,two set relative contribution,的作用：一般一种条件减去另一种条件是显示减后的激活，一种颜色来表示，如果选了后，会显示三种颜色，中间色代表两者有相同的激活量。,8,，按,“Overlay GLM”,对话框里面的,“Save.GLM”,键,保存比较结果为,*.,glm,文件。,1,，打开预处理过的,fmr,项目,AAA_,SCCAI_3DMCT_SD3DSS4.00mm_THPGLMF2c.fm,r,。,2,，点击菜单,“Analysis”,-,“,Overlay General Linear Model”,，打开,“,Overlay GLM Contrasts and Contribution Maps”,对话框。,3,，点击“,load GLM,”连接先前做过的一般线性模型（如果刚做完,GLM,，可以从这步做起）。,4,，设置需要比较的条件（,+,、,-,），按“,ok,”。,5,，在图片上用鼠标选择兴趣区，出现,“,ROI Signal Time Course”,窗口。,6,，鼠标右键点击,ROI,图（或点击左下角的小绿框），扩展隐藏的窗口。,7,，点击“,ROI GLM”,进入,“ROI GLM Specifications”,对话框。在,general,菜单“,design matrix file,”导入先前做过的,sdm,文件（如果没有存，机器会有*,autosave.sdm),；在,contrast,菜单，再重复设置一下,+,、,-,设置需要 的比较。最后按“,fit GLM,”，立刻就得到,ROI,的统计检验表和模型拟合图。,8,，通过鼠标右键点击获得的图和表进行存储。,第七步，深度分析,GLM,的兴趣区,观察每个事件或者条件的,ROI,时间进程。,1,，打开预处理过的,fmr,文件，通过点击菜单,-analysis-,overlaying,a GLM,contrast,装载模型。,2,，点击,“Analysis”,-,“,Event-Related Averaging”,打开,“Event-Related Averaging Specification”,对话框。,3,，,“Functional data files”,框显示当前项目，但如果要对多个,run,或者多个被试的数据一起分析，在这里加入多个,run,或者多个被试的项目。,4,，在,“,Available conditions in referenced protocol files”,对话框里面选择要观察的事件或者条件。调整图形下面的单位和坐标宽度使图形重要的部分呈现在中间。,5,，按“,create AVG,”存储文件（*,.avg),。,6,，在第四、七步进行,ROI,分析时，在,ROI,时间进程图的扩展图左下角，点击复选框“,even relating averaging,”，,连接,存储的*,.avg,文件。就可以观察和编辑事件相关的,ROI,分析图。,第八步，事件相关的,ROI,分析,1,，类似第一步，建立,vmr,项目。,点击,“Create Project Wizard,”,“,Project Creation Wizard icon”,。,2,，在,“,Project Type”,选择,VMR project,。,3,，在,“,Raw data,format”,选择,“DICOM,”,。,4,，输入项目名称。选择,scaner,收集的图像目录，选择,vmr,类型图像（结构像）。,5,，,缺省方式运行得到,3D,项目。,6,，通过,CTRL+,T,来分别单独看,“,SAG”,“COR”and“TRA”,图像。,第九步，创建,3D,图像项目,1,，打开,vmr,项目。,2,，在自动打开的,“,3D Volume Tools,”,点击,“Full Dialog”,，展开,3D,工具对话框。点击对话框菜单“,Coregistration,”,-,“Select FMR.”,选择先前保存的预处理过,fmr,文件。这是，出现,2,*,3,的图像，上面是,3D,像，下面是功能像。但还没有完全配准。,3,，,点击傍边的,“Align”,按钮，出现,“FMR-VMR Coregistration”,对话框，检查内容，点击“,go,”，完成配准。生成“*,_IA.trf,”和“,_FA.trf,”文件用于第,13,步。,4,，有,5,种,target display option,，可点击选择看图。,第十步，匹配功能和生理数据,把,3D,结构像和,Talairach,标准脑形进行配准，同时把功能像进行校准。,1,，打开建立了的,vmr,项目文件。,2,，展开,3D,工具,对话框，点击,对话框菜单,“,Talairach,”，点击“,find AC point,”，,定位在右上图的,AC,点，然后点击“,OK,”。,3,，点击“,find AC-PC plane,”，定位右下,图的,AC-PC,点位，然后,点击“,OK,”,4,，点击,“Transform,”,按钮。,5,，出现,“Spatial Transformation”,对话框，确认校准后,的文件（*,.trf,）存储位置，按“,go,”。,6,这时又回到了,3D,工具对话框，,再继续定义,8,个参照点。,第十一步，,Talairach,配准,AC,PC,AP,(the most anterior point of the cerebrum),PP,(the most posterior point),SP,(the superior point),IP,(the inferior point),RP,(the most right point)and,LP,(the most left,point,）,PC AP,8,个参照点,PP SP IP,RP,L,P,7,，找到各个参照点位置，然后点击,set point,，逐个定位和检查。,8,，然后点击“,save TAL,”存储,Talairach,校准文件（*,.tal),。点击“,ACPC,TAL,”出现,“,Talairach Transformation”,对话框，检查,“_3DT1FL_TAL.vmr,”,出现在,“,Resulting.VMR file,”,里面，点击,“,GO,”,。新的,3D,图就自动出现在屏幕上。,9,，一般使用,“,Trilinear interpolation”,选项，选用,“Sinc,interpolation”,选项图形好些，但速度慢。,10,，通过“,Display,partial grid”,、,“Display full grid”,、“,stander TAL point,”、“,subject TAL point,”来比较观看标准脑和被试的脑。,目的：把单个被试多个,session,的,3D,图像合并配准。,1,，打开其中一个,vmr,。,2,，在全展开的,“3D,Volume,Tools”,对话框，点击,“,Coregistration”,“VMR-VMR coregistration”,的,“Select,VMR”,按钮。或者在菜单上,“File,”-“Load Secondary VMR”,。,先打开的,vmr,是源图像，在上层，而后打开的是目标图像，在,下层，前者是动的，后者是固定的。,3,，点击旁边的,“Align”,按钮，存*,.trf,的新文件，按“,go,”。,十二,步，,3D,和,3D,自动,配准,目的：把前面第五、十、十一和十二步形成的结果整合成一个标准,3D,图像。其中包括第五步,生成的,标准化后的功能像“*,.fmr,”文件；第十步生成的功能和结构结合像“,*,_IA.trf,”和“,_FA.trf,”,文件；十一步,生成的,配准的结构像“*,.tal,”文件；十二步生成的多个,session,合成的“,.trf,”文件。,1,，打开任何一个,vmr,文件（可以无关）。,2,，菜单上点击,“Analysis”-“Create 3D-Aligned Time Course(VTC)Data.”,打开,“VTC File Creation”,对话框。,3,，录入五个先前建立的文件。,包括,第五步,生成的“*,.fmr,”文件；第十步生成的“*,_IA.trf,”和“,_FA.trf,”文件；十一步生成的“*,.tal,”文件；十二步生成的“,.trf,”文件,。,4,，输入最后存储的,“VTC”,文件。,(,VTC=,v,olume,t,ime,c,ourse),。点击“,go,”。,十三步，功能像的,Talairach,转换,5,，把,Talairach,的功能像和结构像结合。打开,Talairach,了的结构像（*,3DT1FL_TAL.vmr,），点击菜单，,“Analysis,”,-,“Link 3D time course(VTC)file.”,，打开,“Link 3D Volume Time Course(VTC)”,对话框，选择之前建立和存储的,vtc,文件。,6,，虽然看不到激活，但对图点击鼠标右键的,“Show,ROI time course,”,，可以看到东西，说明连接成功。,7,，也可以在,“3D Volume Tools”,对话框的,“Spatial Transf”,栏目上点击,“Show,VTC Vol”,来查看连接情况。点击后结构像消失，点击,“Show primary VMR”,结构像又再现。也可以通过,F8,键切换功能像和结构像。,8,，存带功能数据的,3D,项目（*,_,VTC_TAL.vmr,）。点击,“File”,菜单,-,“,Save secondary VMR.”,。,对,3D,的,vmr,项目进行统计分析，大致和,2D,的,fmr,分析相同。,（一）、,GLM,分析。,1,，打开标准化后的,vmr,项目,“,aaa,_3DT1FL_TAL.vmr”,。,2,，连接,vtc,文件，把结构像和功能数据连接,起来。点击菜单，,“Analysis”,-,“Link 3D time course(VTC)file.”,，打开,“Link 3D Volume Time Course(VTC)”,对话框，选择之前建立和存储的,vtc,文件。,3,，点击菜单,“,Analysis,”,“,General Linear Model:Single Study.”,。出现,“,Single Study General Linear Model”,对话框。可以点击,“Load,.”,装载之前第,6,、,9,步做好的模型（*,.sdm),，也可以重新建立模型。按“,go,”。,4,，鼠标右键点击彩色区域，显示兴趣区对话框。,第十四步，,3D,功能像的统计分析,1,，点击,“Analysis”,-,“Overlay Volume Maps,.”,。（如果重新打开，要重复,vmr,-,link 3D vtc-glm,。,2,，点击“,save,”存储适用与,vtc,的,glm,文件（,aaa_vtc.glm),。,3,，通过（,+,、,-,）,选择比较的条件，按“,ok,”。,重叠比较（,overlay GLM),Thank You!,