SPM中文教程 匯總(已整理).doc

一、SPM的安裝與啟動先安裝matlab，然后將SPM復制到matlab下的一個文件夾（SPM2需要matlab6.0或以上版本）。啟動matlab，首先set path，然后在matlab命令窗口中輸入SPM即可啟動，然后選擇fMRI，也可以直接輸入SPM fMRI 二、SPM數(shù)據(jù)處理概要先將所得數(shù)據(jù)進行空間預處理（對齊，平滑，標準化等），然后進行模型估計（將刺激的時間、間隔與血流動力函數(shù)進行卷積，所得結(jié)果與全腦象素信號進行相關(guān)分析），最后察看結(jié)果。三、SPM8數(shù)據(jù)處理的一般步驟為方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，如果數(shù)據(jù)分散處理后整合，建議所有處理數(shù)據(jù)路徑保持一致，要統(tǒng)一路徑。處理前首先要采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件將dicom數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成SPM解析格式，然后進行數(shù)據(jù)預處理，預處理結(jié)束后到matlab安裝目錄中備份spm*.ps文件，其中包含了空間校正和標準化的信息，然后進行建模分析。運行命令：spm fmri，打開spm8的操作界面我們稱左上側(cè)的窗口為按鈕窗口(button window)，左下側(cè)的窗口為輸入窗口(input window)，右側(cè)大窗口為樹形結(jié)構(gòu)窗口或圖形窗口(Tree Building Window or the graphics window)。在spm8和spm5中，每一步處理都采用了直觀的“樹形結(jié)構(gòu)”的面板，如果一個分支項左面有“+”號，你可以雙擊顯示子分支項，如果一個分支項右面有“-X”號，你必須為之指定選項(否則不能運行該tree)，分支項的選項在其右側(cè)面板指定，而幫助信息則在下面的面板中顯示。如果我們處理數(shù)據(jù)沒有特殊需求，我們只關(guān)心帶有“ 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,我們輸入“31”。選擇參考掃描層（一般可使用默認值），其它掃描層的起始時間都將以此層的起始時間為標準來移動進行校正。通常選擇n slice/2，如25層時選擇13層作為參考層。Filename Prefix，是指新生成的圖像前加何標記，一般采用默認設(shè)置。最后點擊面板上方的向右的綠色三角即開始運行。運行完后將會生成一系列a*.img文件，這就是時間校準后的數(shù)據(jù)。注意很多研究者容易將時間校準和空間校準順序顛倒，一般的觀點是如果圖像獲取是隔層（interleaved）進行的，如1、3、5、7、9、2、4、6、8、10，則要先進行slice timing 再進行realign，如果圖像各層是連續(xù)(sequential)獲取的，如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，則要先進行realign再做slice timing。（為什么？）3、Realign（相當于AFNI中的registration）分兩步：1）coregister，將每個session的第一個scan與第一個session的第一個scan進行比較，然后將每個session中的其他scan與本session中的第一個scan進行比較，得到每個filename.img文件的轉(zhuǎn)換參數(shù)，生成filename.mat文件，同時為每個session生成一個對齊參數(shù)（realignment parameters），文件名為realignment_params_*.txt 2）reslice，用filename.mat文件對filename.img重新切片，生成rfilename.img文件。并可依選擇生成一個平均象，名為meanfilename.img。以上兩步具體解釋如下即使我們對被試的頭部做了很好的固定，在實驗過程中，被試也會不由自主的有一些輕微的頭動，這在fMRI實驗中尤為明顯。這一步就是把一個實驗序列中的每一幀圖像都和這個序列的第一楨圖像按照一定的算法做對齊，以矯正頭動。做完這一步，能給出該序列中被試的頭動情況，以作為是否放棄該數(shù)據(jù)的依據(jù)，如果頭動超過1個voxel（功能圖像掃描矩陣一般是64*64，則體素的大小為（FOV/64）*（FOV/64）*（層厚+層間距），則要考慮放棄該時間點數(shù)據(jù)。該程序利用最小二乘法(least squares approach)原理和含6個參數(shù)(剛體模型)的空間變換，對從一個被試獲取的時間序列進行校正。用戶可指定某個volume作為隨后volumes的參考?？梢允堑?個volume，也可選擇比較有代表性的volume(更明智的選擇)，例如選擇磁場相對穩(wěn)定的第4個volume。校正信息(頭動信息)將在結(jié)果窗口(Graphics Window)顯示。每個Session的校正信息將存儲為rp*.txt，其中*為Session數(shù)據(jù)集名稱。另外，頭動校正信息將以plot 圖形顯示。如下圖：Translation表示被試頭部在X，Y，Z三個方向的平移，分別用藍，綠，紅三種顏色表示。Rotation表示被試頭部在實驗過程當中繞X(L-R)，Y(A-P)，Z(S-I)三條軸的轉(zhuǎn)動角度。橫坐標代表這個序列所采集的所有圖像，縱坐標表示的是偏移量和偏轉(zhuǎn)角度，分別以毫米和度為單位。采用SPM8，頭動信息和空間標準化的圖形文件將以spm_“data”.ps的形式保存于matlab的工作目錄下，如我們是2009年4月30日處理的數(shù)據(jù)，則將以spm_2009Apr30.ps文件存于matlab的work目錄下。我們在預處理面板校準選項中選擇“Realign (Est & Res)”，出現(xiàn)如下對話框，我們按下面設(shè)置進行： 選中“data”, 選擇“New Session”, 然后選中data下出現(xiàn)的 “Session”選項。點擊“Specify Files”，用spm文件選擇器選擇剛做完時間校準的圖像（a*.img）。其余選項采用默認設(shè)置，點擊上方綠色的三角開始運行。Realign這一步也有分開進行的，具體描述如下3.1 Realign: Estimate（重排參數(shù)的估計）此步驟采用最小方差原理和六參數(shù)剛體空間變換來重排從同一個被試上采集到的圖像數(shù)據(jù)。使用者所選取的第一幅圖像文件將被作為其它圖像重排的參考標準。也就是說，你想要用哪一幅圖像作為參考標準，就先選哪一幅圖像的文件。參考圖像文件不一定非用采集到的第一幅圖像，使用最有“代表性”的一幅圖像也許更好。本步驟的目的主要是去除fMRI和PET數(shù)據(jù)中的運動偽影。圖像數(shù)據(jù)的頭文件會被改寫以反映數(shù)據(jù)相對空間位置的變化。此過程的具體參數(shù)會在結(jié)果窗口中以平移（translation）和旋轉(zhuǎn)（rotation）曲線圖顯示。每個session的重排參數(shù)會被存儲到名為 rp*.txt 的文件中。這些參數(shù)可以在最后的一般線性模型統(tǒng)計估計中作為混淆因素考慮進去。3.1.1Data 選擇一個被試需要進行此步驟處理的所有sessions。注：在 coregistration 這一步，首先是對所有的session進行重排，其具體做法是把所選每個session的第一個scan與所選第一個session的第一個scan對齊。然后再把每個session里的其它scan與該session的第一個scan進行對齊。使用此方式進行重排是因為各個session的數(shù)據(jù)之間可能會有較大差異。 Session選擇session里所有的scan。 3.1.2 Estimation Options 這里包括各種注冊參數(shù)選擇項，若對某一個選項不確定，使用軟件默認值即可。 Quality質(zhì)量與速度的權(quán)衡。選擇高質(zhì)量以最慢的速度給出最精確的結(jié)果，低質(zhì)量以較快的速度給出較不精確的結(jié)果。此參數(shù)的設(shè)定實際影響到的是參與參數(shù)估計的象元（voxel）的數(shù)目。其依據(jù)是有些象元（voxel）其實對重排參數(shù)的估計貢獻不大，可以舍棄。 Separation 此參數(shù)以毫米為單位，表示對參考圖像文件進行重采樣時采樣點之間的間隔。采樣點之間間隔越小，結(jié)果越精確，運算速度越慢。 Smoothing (FWHM)高斯平滑的半高寬值。在估計重排參數(shù)之前一般先進行高斯平滑。PET數(shù)據(jù)一般使用7mm。MRI數(shù)據(jù)一般使用5mm。 Num Passes Register to first: 所有圖像文件對齊注冊到第一幅圖像。 Register to mean: 使用twopass處理將所有圖像文件對齊注冊到所有圖像文件的平均圖像。PET 數(shù)據(jù)一般注冊到平均圖像。因為PET數(shù)據(jù)相比fMRI數(shù)據(jù)噪音更大，文件更少，所以時間的影響更小。MRI數(shù)據(jù)一般注冊到第一幅圖像。雖然使用twopass處理可能更精確，但是其對效果的提高與其所損失的運行時間相比得不償失。 Interpolation在估計最佳變換時對數(shù)據(jù)進行重采樣的方法。高的degree提供更好的結(jié)果，但是也更慢，因為會采樣更多的相鄰象元（voxel）52, 53, 54。 Wrapping此參數(shù)指示一個volume中數(shù)據(jù)wrap around in的方向（此處具體理解有待大家補充）。No wrapping：適用于PET數(shù)據(jù)或者已進行過空間變換的數(shù)據(jù)。同時當你不確定自己數(shù)據(jù)類型時，推薦使用此選項。Wrap in Y：適用于沒有重排（resilce）過的在Y方向上進行相位編碼的MRI數(shù)據(jù)。 Weighting提供一個加權(quán)圖像，在估計重排參數(shù)時對參考圖像的每一個象元進行加權(quán)。加權(quán)系數(shù)與標準差成反比。例如當有大量額外的頭動（如說話或者特定區(qū)域內(nèi)的嚴重偽影）時。（此處具體理解有待大家補充）。3.2 Realign: Reslice（據(jù)已估計出的參數(shù)重排） 此功能重排以上步驟中已進行參數(shù)估計和注冊的圖像文件，使之與參考圖像文件達到象元級的匹配精確。重排后的數(shù)據(jù)被命名為：r原文件名。3.2.1 Images選擇要重排的數(shù)據(jù)文件3.2.2 Reslice Options 各種重排參數(shù)設(shè)定，若對某一個選項不確定，使用軟件默認值即可。Resliced images All Images (1.n) : 重排所有數(shù)據(jù)，包括標準參考圖像（重排后還是保持原位置不變）。Images 2.n :重排除了標準參考圖像之外的所有數(shù)據(jù)。此選項用于當你以MRI結(jié)構(gòu)像為標準重排PET圖像數(shù)據(jù)，而又不想在結(jié)果中再生成一個等同的MRI標準結(jié)構(gòu)像時。All Images + Mean Image : 重排圖像文件之外，另生成一個重排后的平均圖像文件。Mean Image Only : 只生成重排后的平均圖像文件。 Interpolation圖像文件重采樣和重寫入的方式。Nearest Neighbour ：最快，但不推薦使用。Bilinear Interpolation：可用于PET數(shù)據(jù)，但不是太適用于fMRI數(shù)據(jù)。Fourier Interpolation：此選項僅適用于純剛體變換，也就是說象元大小必須是相同，并且等方性（正方體）的17, 14。 Wrapping 此參數(shù)指示一個volume中數(shù)據(jù)wrap around in的方向（此處具體理解有待大家補充）。No wrapping：適用于PET數(shù)據(jù)或者已進行過空間變換的數(shù)據(jù)。同時當你不確定自己數(shù)據(jù)類型時，推薦使用此選項。Wrap in Y：適用于沒有重排（resilce）過的在Y方向上進行相位編碼的MRI數(shù)據(jù)。 Masking因為掃描過程中被試總會或多或少有頭動，造成同一個時間系列數(shù)據(jù)里所采集到的圖像的邊界不會完全重合。在有些圖像還有數(shù)據(jù)的地方（信號值大于0），其它一些圖像已經(jīng)超出了圖像邊界（信號值為0）了。在這些信號為0的區(qū)域是無法采樣數(shù)據(jù)的，因此SPM只要檢測到某一幅圖像在某個區(qū)域已經(jīng)超出了邊界（即信號為0），就會將其它所有圖像的此區(qū)域信號值均設(shè)為0。此做法相當于取了時間系列數(shù)據(jù)中所有圖像的交集。3.3 Realign: Estimate & Reslice將上述參數(shù)估計與數(shù)據(jù)重排合到一起做。全部選項與參數(shù)原理均與3.1和3.2中對應項相同。4、Normailze選用realign步驟中得到的平均象與模板進行比較，獲得進行標準化的參數(shù)，參數(shù)文件命名為filename_sn3d.mat，然后依據(jù)此參數(shù)文件對每個img文件進行標準化，生成文件nfilename.img。具體操作如下：在預處理面板標準化選項中選擇“Normalise: Estimate & Write”，出現(xiàn)如下對話框：我們做如下設(shè)置：選中“data”“new sbject”，在data下新出現(xiàn)的 “subject” 選項中作如下設(shè)置， “source image”選擇空間校準步驟中生成的mean文件， “image to write”選擇所有剛進行完校準的文件“ra*.img”，“template image”我們選擇“EPI.nii”，其余采用默認設(shè)置，點綠三角運行。5、SmoothFWHM推薦為象素大小的兩至三倍。在預處理面板標準化選項中選擇“smooth”，出現(xiàn)如下對話框：我們在“image to smooth”選項中選擇所有剛進行完標準化的文件“wra*.img”，然后點綠三角運行即可。這里FWHM我們采用默認設(shè)置“8 8 8”。6、fMRI models依據(jù)提示填入刺激出現(xiàn)的間隔與時間，并選擇實驗涉及類型，然后進行估計。估計結(jié)果生成spm.mat等文件，保留在當前工作目錄。即以前版本的“fMRI model”，spm5和spm8的分析選項有所變化,使用Specify 1st level做單個被試(single subject)分析；使用 Specify 2nd level 做組分析(group analysis)。比如我們選擇“Specify 1st level”，出現(xiàn)如下對話框（見下一頁）：我們選擇Directory指定一個文件夾存放結(jié)果數(shù)據(jù)，其余做如下設(shè)置：“Units for design”選擇“Scans”，“Interscan interval”輸入“2”，選擇“Data and Design”后選擇“New Subject/Session”，再選擇新出現(xiàn)的“Subject/Session”，選擇“Scans”并用文件選擇器選擇相應任務的所有平滑后的功能圖像（swra*.img）然后點擊“down”，選擇“Condition”后選擇“New condition”，然后選中新出現(xiàn)的“Condition”，“name”選項輸入任務條件的名稱，“onset”輸入任務條件的啟動向量，代表任務刺激啟動的掃描數(shù)，選中“Durations”輸入任務組塊的持續(xù)時長，如是事件相關(guān)設(shè)計請輸入“0”。如還有其他任務，要再次選中“Condition”“New condition”“Condition”定義其他任務條件。設(shè)置完畢后點擊綠三角運行。這樣將會在開始選擇的目錄中生成文件spm.mat。下面要估計我們剛建立的模型，在模型設(shè)置面板中點擊“estimate”，將打開如下對話框：很簡單，我們只須選擇剛生成的“spm.mat”文件點擊“down”然后點擊綠三角運行即可。估計完成后，我們選擇“results”，將打開如下對話框： 上圖設(shè)計矩陣表明一個掃描序列中我們有三個任務條件，均為事件相關(guān)設(shè)計，選中“t-contrasts”，點擊“define new contrast”, 第一個任務“contrast”定義為“1”， 第二個任務定義為“0 1”，第三個任務nn定義為“0 0 1”，第一個任務減第三個任務定義為“1 0 -1”，第二個任務減第三個任務定義為“0 1 -1”，第二個任務減第一個任務定義為“-1 1”，其余操作以及激活圖顯示和以前版本都是一致的。 值得我們注意的是，我們指定或輸入一系列的參數(shù)來進行每一步的處理，完成后我們可以通過Save按鈕將每一步存為一個*.mat文件。以后我們可以通過Load按鈕重新加載并使用這些*.mat文件，我們適當修改后（例如改變所運行的數(shù)據(jù)集）再選擇Run按鈕運行。另外我們可以使用TASKS菜單項指定一系列的操作(預處理和/或分析)，在 TASKS-Batch菜單項下，你可以在一個大文件中指定數(shù)據(jù)處理所有步驟。批處理交互界面非常靈巧。它知道根據(jù)指定的步驟將產(chǎn)生什么文件。例如，在Tasks-Batch菜單項下，選擇New Spatial。在你的SPM任務樹(Jobs tree)中選擇(highlight) -Spatial ，并從選項面板中選擇 New Realign 選項指定我們前述的realignment的詳細步驟?，F(xiàn)在，當我們向任務樹中添加標準化步驟時，我們將看見為標準化操作選擇r*文件的選項，盡管事實上，我們還沒有真的生成r*文件。所以，批處理非常智能，可以預測我們的需要。如果我們已經(jīng)生成了幾個批處理任務文件，我們可以使用TASKS-Util-Execute Batch Jobs選項來運行它們。該工具允許我們選擇一系列的mat文件(不一定是batch jobs文件)來運行。如果你懷念舊版本SPM操作界面，在TASKS菜單下，選擇Sequential，這樣就不會出現(xiàn)樹(tree)，選項將會出現(xiàn)在SPM輸入窗口。7、Result選中剛才生成的spm.mat文件，定義constrast，看結(jié)果。在上面的“fMRI models”部分有講述。四、SPM的多種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法使用SPM進行數(shù)據(jù)處理前，必須先將其它檔案格式轉(zhuǎn)換成SPM可以讀取的Analyze檔案格式，包含.img檔和.hdr標頭檔，相關(guān)的轉(zhuǎn)檔軟件有XMedCon和MRIcro。1.利用AFNI數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換首先使用AFNI的三維數(shù)據(jù)重建: to3d -time:tz 177 20 2s altplus * 生成+orig文件，然后: 3dAFNItoAnalyze -4D -orient LPI *epi+orig，將生成*.hdr與*.img文件. (*代表你所用的任意文件名)，然后打開MRIcro軟件：選擇要轉(zhuǎn)換的hdr,img文件, processing, ok.擇面板上部 File -Save as 4d to 3d - Save as intel -Save (這里有點忘了:) （這一段我壓根沒有看懂）2.直接用MRIcro轉(zhuǎn)換:(此部分轉(zhuǎn)自核醫(yī)學論壇) 注: SPM的dicom import是可以導入dicom文件，但導入的這些圖像還是