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1、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 & TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-related,SPM：SPM介绍数据准备预处理Slice timingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify 1st-levelSpecify 2nd-levelReview“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
2、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
3、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
4、 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,TE：回波时间TR：重复时间,很短的TE可基本剔除图像的T2成分,短TR（200-500ms）短TE（20ms）,一般TR选择两种组织生物T1值附近
5、可获得最好的T1对比,T1&T2,磁共振成像：通过改变TRTE来控制组织间的弛豫信号差异，从而最大限度地区分不同生理结构。同时，还要控制不同弛豫的相互干扰。,很长的TR所有的组织T1完全 弛豫剔除图像的T1弛豫差别,一般TE选择两种组织生物T2值附近可获得最好的T2对比,长TR（2000ms）长TE（50ms）,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
6、矢量共 振豫 弛T1像T2像自旋回波TR & TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-related,SPM：SPM介绍数据准备预处理Slice timingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify 1st-levelSpecify 2nd-levelReview“DCM”结果呈现,BOLD,Blood Oxygenation Level Dependent,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
7、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 & TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-related,SPM：SPM介绍数据准备预处理Slice timingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify 1st-levelSpecify 2nd-levelReview“DCM”结果呈现,实验设计,Outline,知识准备：FMRI原理自 旋进 动磁
8、化矢量共 振豫 弛T1像T2像自旋回波TR & TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-related,SPM：SPM介绍数据准备预处理Slice timingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify 1st-levelSpecify 2nd-levelReview“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 & TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-related,SPM：SPM介绍数据准备预处理Slice timingRea
9、lignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify 1st-levelSpecify 2nd-levelReview“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）,DICOM import,MRIConvert,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 & TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-related,SPM：SPM介绍数据准备预处理Slice
10、timingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify 1st-levelSpecify 2nd-levelReview“DCM”结果呈现,Slice timing,Why?时间序列校正How?备注： Bottom =1 Slice order： 1:2:n-1slice 2:2:nslice, 单个run的数据, 32, 2, TR-TR/nSlice, 1 331 | 2 4 32, 16 | 31,Slice timing,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 、mea
11、n*.hdr、rp_af*.txt文件。How?批处理,Realign,检查头动 剔除头动过大的被试： 3mm3degree 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.img,Coregister,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-Based Morphology)分析时需要,Normalize,Why?T2像和模板配准How?备注：模板T1.nii在spm8templates目录下Voxel siz
12、es: 3 3 3, mean*.img, T1.nii, r*.img,Normalize,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。,SPM8s Batch,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 & TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-related,SPM：SPM介绍预处理Slice timingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify 1st-levelSpecify 2nd-lev
13、elReview“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,Specify 1st-level,“Mark”,0X,Estimate,Result,Result,Con000*.img,Specify 2nd-level,Estimate,Con000*.img,Result,2 sample T-test,F-test:Factor: 1 1 1Factors: 1 0 1 0,Review,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 & TET1像&T2像BOLD实验设计Bl
14、ockEvent-related,SPM：SPM介绍预处理Slice timingRealignCoregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify 1st-levelSpecify 2nd-levelReview“DCM”结果呈现,结果呈现,结果呈现,spm8canonicalspm8rend,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 & TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-related,SPM：SPM介绍预处理Slice timingRealignCoregister“Segm
15、ent”NormalizeSmooth统计分析Specify 1st-levelSpecify 2nd-levelReview“DCM”结果呈现,DCM (dynamic causal modeling),Know what is DCMStrive for what?StepsBayesian model selection,Know what is DCM,dynamic,causal,modeling,DCM (dynamic causal modeling),Know what is DCMStrive for what?StepsBayesian model selection,AI
16、M,The aim of DCM is to estimate parameters (z) at the neuronal level such that the modelled BOLD (y) signals are maximally similar to the experimentally measured BOLD signals. (Friston et al. 2003, NeuroImage),DCM (dynamic causal modeling),Know what is DCMStrive for what?StepsBayesian model selectio
17、n,Steps,Define VOIDCM (manual:p288),DCM (dynamic causal modeling),Know what is DCMStrive for what?StepsBayesian model selection,Bayesian model selection,Bayesian model selection,Summary,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 & TET1像&T2像BOLD实验设计BlockEvent-related,SPM：SPM介绍数据准备预处理Slice timingRealignC
18、oregister“Segment”NormalizeSmooth统计分析Specify 1st-levelSpecify 2nd-levelReview“DCM”结果呈现,SPMTOOLS,MarsbarXjviewMricroMRIConvertDPARSFRest,学习资源,Lewis Center for NeuroImaging： http:/lcni.uoregon.edu/ Space, MRIConvert;我爱脑科学：http:/ Wellcome Trust Centre for Neuroimaging： http:/www.fil.ion.ucl.ac.uk/ spm;静息态fmri论坛：http:/ rest;Chris Rorden ：http:/ micro;http:/ marsbar,致谢,The SPM groupSome medias (ppts,vedios) authors: Klaas Enno Stephan; 杨正汉; 严超赣; 马力飞; ,Thank you for your attention!,
