spm中文教程汇总.docx

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1、一、SPM的安装与启动先安装mat lab，然后将SPM复制到mat lab下的一个文件夹（SPM2需要或以上版本）。启动mat lab, 首先set path，然后在mat lab命令窗口中输入SPM即可启动，然后选择fMRI，也可以直接输入SPM fMRI二、SPM数据处理概要先将所得数据进行空间预处理（对齐，平滑，标准化等），然后进行模型估计（将刺激的时间、 间隔与血流动力函数进行卷积，所得结果与全脑象素信号进行相关分析），最后察看结果。三、SPM8数据处理的一般步骤为方便后续的数据处理，如果数据分散处理后整合，建议所有处理数据路径保持一致，要统一路 径。处理前首先要采用数据转换软件将d

2、icom数据转换成SPM解析格式，然后进行数据预处理，预处 理结束后到mat lab安装目录中备份spm*.ps文件，其中包含了空间校正和标准化的信息，然后进行 建模分析。运行命令：spm fmri，打开spm8的操作界面我们称左上侧的窗口为按钮窗口（button window），左下侧的窗口为输入窗口（input window），右侧大窗口为树形结构窗口或图形窗口（Tree Building Window or the graphics window） 0+”号，你可以双击显示子分支项,在spm8和spm5中，每一步处理都采用了直观的“树形结构”的面板，如果一个分支项左面有 如果一个分支项右

3、面有“-x”号，你必须为之指定选项（否 则不能运行该tree）,分支项的选项在其右侧面板指定，而帮助信息则在下面的面板中显示。如果我 们处理数据没有特殊需求，我们只关心带有“ 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，我们输入“31”。选择参考扫描层(一般可使用默认值)，其它扫描层的起始 时间都将以此层的起始时间为标准来移动进行校正。通常选择n slice/2，如25层时选择13层作为 参考层。Filena

4、me Prefix,是指新生成的图像前加何标记，一般采用默认设置。最后点击面板上方的向右的绿色三角即开始运行。运行完后将会生成一系列a*.img文件，这就 是时间校准后的数据。注意很多研究者容易将时间校准和空间校准顺序颠倒，一般的观点是如果图像获取是隔层(interleaved)进行的，如 1、3、5、7、9、2、4、6、8、10,则要先进行 slice timing 再进行 realign，如果图像各层是连续(sequential)获取的，如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10,则要先 进行 realign 再做 slice timing。(为什么)3、Realign (相当于AFNI

5、中的 registration)分两步：1) coregister,将每个session的第一 scan与第一 session的第一 scan进行比较，然后将 每个session中的其他scan与本session中的第一个scan进行比较，得到每个文件的转换参数，生 成文件，同时为每个session生成对齐参数(realignment parameters ),文件名为 realignment_params_*.txt2) reslice,用文件对重新切片，生成文件。并可依选择生成一个平均象，名为。以上两步具体解释如下一一即使我们对被试的头部做了很好的固定，在实验过程中，被试也会不 由自主的有

6、一些轻微的头动，这在fMRI实验中尤为明显。这一步就是把一个实验序列中的每一帧图 像都和这个序列的第一桢图像按照一定的算法做对齐，以矫正头动。做完这一步，能给出该序列中被 试的头动情况，以作为是否放弃该数据的依据，如果头动超过1个voxel (功能图像扫描矩阵一般是 64*64，则体素的大小为(F0V/64) * (F0V/64) * (层厚+层间距)，则要考虑放弃该时间点数据。 该程序利用最小二乘法(least squares approach)原理和含6个参数(刚体模型)的空间变换，对从一 个被试获取的时间序列进行校正。用户可指定某个volume作为随后volumes的参考。可以是第1个

7、volume， 也可选择比较有代表性的volume(更明智的选择)，例如选择磁场相对稳定的第4个 volume。 校正信息(头动信息)将在结果窗口 (Graphics Window)显示。每个Session的校正信息将存储为 rp*.txt，其中*为Session数据集名称。另外，头动校正信息将以plot图形显示。如下图：Translation 表示被试头部在X，Y，Z三个方向的平移，分别用蓝，绿，红三种颜色表示。Rotation表示被试头 部在实验过程当中绕X(L-R)，Y(A-P)，Z(S-I)三条轴的转动角度。横坐标代表这个序列所采集的所 有图像，纵坐标表示的是偏移量和偏转角度，分别以毫

8、米和度为单位。采用SPM8，头动信息和空间 标准化的图形文件将以spm_data”.ps的形式保存于matlab的工作目录下，如我们是2009年4 月30日处理的数据，则将以文件存于mat lab的work目录下。translatioii100 SDD JOD 4G-： Q CDQ TOO DC-?我们在预处理面板校准选项中选择“Realign (Est & Res)”，出现如下对话框，我们按下面设 直进行：选中“data”，选择“New Session”，然后选中data下出现的“Session ”选项。点击 “Specify Files”，用spm文件选择器选择刚做完时间校准的图像（a*.

9、img）。其余选项采用默认 设置，点击上方绿色的三角开始运行。Realign这一步也有分开进行的，具体描述如下Realign: Estimate（重排参数的估计）此步骤采用最小方差原理和六参数刚体空间变换来重排从同一个被试上采集到的图像数据。使用者所 选取的第一幅图像文件将被作为其它图像重排的参考标准。也就是说，你想要用哪一幅图像作为参考 标准，就先选哪一幅图像的文件。参考图像文件不一定非用采集到的第一幅图像，使用最有“代表性” 的一幅图像也许更好。本步骤的目的主要是去除fMRI和PET数据中的运动伪影。图像数据的头文件 会被改写以反映数据相对空间位置的变化。此过程的具体参数会在结果窗口中以平

10、移（translation） 和旋转（rotation）曲线图显示。每个session的重排参数会被存储到名为rp*.txt的文件中。这 些参数可以在最后的一般线性模型统计估计中作为混淆因素考虑进去。选择一被试需要进行此步骤处理的所有sessions。注：在coregistration这一步，首先是对所 有的session进行重排，其具体做法是把所选每个session的第一个 scan与所选第一个 session的 第一个scan对齐。然后再把每个session里的其它scan与该session的第一个scan进行对齐。使 用此方式进行重排是因为各个session的数据之间可能会有较大差异。S

11、ession选择session里所 有的scan。Estimation Options这里包括各种注册参数选择项，若对某一个选项不确定，使用软件默认值即可。 Quality质量与速度的权衡。选择高质量以最慢的速度给出最精确的结果，低质量以较快的速度给出 较不精确的结果。此参数的设定实际影响到的是参与参数估计的象元（voxel）的数目。其依据是有 些象元（voxel）其实对重排参数的估计贡献不大，可以舍弃。Separation此参数以毫米为单位， 表示对参考图像文件进行重采样时采样点之间的间隔。采样点之间间隔越小，结果越精确，运算速度 越慢。Smoothing （FWHM）高斯平滑的半高宽值。在

12、估计重排参数之前一般先进行高斯平滑。PET数 据一般使用7mm。MRI数据一般使用5mm。 Num Passes Register to first:所有图像文件对齐注 册到第一幅图像。Register to mean:使用two pass处理将所有图像文件对齐注册到所有图像文 件的平均图像。PET数据一般注册到平均图像。因为PET数据相比fMRI数据噪音更大，文件更少， 所以时间的影响更小。MRI数据一般注册到第一幅图像。虽然使用two pass处理可能更精确，但是 其对效果的提高与其所损失的运行时间相比得不偿失。Interpolation在估计最佳变换时对数据进 行重采样的方法。高的deg

13、ree提供更好的结果，但是也更慢，因为会采样更多的相邻象元（voxel） 52, 53, 54。 Wrapping此参数指示一 volume中数据wrap around in的方向（此处具体理解 有待大家补充）。Nowrapping:适用于PET数据或者已进行过空间变换的数据。同时当你不确定自己 数据类型时，推荐使用此选项。Wrap inY :适用于没有重排（resilce）过的在Y方向上进行相位编 码的MRI数据。 Weighting提供一个加权图像，在估计重排参数时对参考图像的每一个象元进行 加权。加权系数与标准差成反比。例如当有大量额外的头动（如说话或者特定区域内的严重伪影）时。（此处具

14、体理解有待大家补充）。Realign: Reslice （据已估计出的参数重排）此功能重排以上步骤中已进行参数估计和注册的图像文件，使之与参考图像文件达到象元级的匹配精 确。重排后的数据被命名为：r+原文件名。Images选择要重排的数据文件Reslice Options各种重排参数设定，若对某一个选项不确定，使用软件默认值即可。Resliced images All Images （1.n）:重排所有数据，包括标准参考图像（重排后还是保持原位置不变）Images 2.n :重排除了标准参考图像之外的所有数据。此选项用于当你以MRI结构像为标准重排PET图像数 据，而又不想在结果中再生成一等同

15、的MRI标准结构像时。All Images + Mean Image :重排图像 文件之外，另生成一个重排后的平均图像文件。Mean Image Only :只生成重排后的平均图像文件。 Interpolation图像文件重采样和重写入的方式Nearest Neighbour :最快，但不推荐使用Bilinear Interpolation：可用于PET数据，但不是太适用于fMRI数据。Fourier Interpolation:此选项仅 适用于纯刚体变换，也就是说象元大小必须是相同，并且等方性（正方体）的17, 14。 Wrapping 此参数指示一 volume中数据wrap around

16、 in的方向（此处具体理解有待大家补充）。No wrapping： 适用于PET数据或者已进行过空间变换的数据。同时当你不确定自己数据类型时，推荐使用此选项。 Wrap in Y：适用于没有重排（resilce）过的在Y方向上进行相位编码的MRI数据。 Masking因 为扫描过程中被试总会或多或少有头动，造成同一个时间系列数据里所采集到的图像的边界不会完全 重合。在有些图像还有数据的地方（信号值大于0），其它一些图像已经超出了图像边界（信号值为0） 了。在这些信号为0的区域是无法采样数据的，因此SPM只要检测到某一幅图像在某个区域已经超出 了边界（即信号为0），就会将其它所有图像的此区域信号

17、值均设为0。此做法相当于取了时间系列数 据中所有图像的交集。Realign: Estimate & Reslice将上述参数估计与数据重排合到一起做。全部选项与参数原理均与和中对应项相同。4、Normailze选用realign步骤中得到的平均象与模板进行比较，获得进行标准化的参数，参数文件命名为，然后 依据此参数文件对每个img文件进行标准化，生成文件。具体操作如下：在预处理面板标准化选项中 选择 “Normalise: Estimate & Write”，出现如下对话框：我们做如下设置：选中“data” “newsbject”，在data下新出现的“subject”选项中作如 下设置，“s

18、ource 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“”，其余采用默认设置，点绿三 角运行。5、SmoothFWHM推荐为象素大小的两至三倍。在预处理面板标准化选项中选择“smooth”，出现如下对话框:Editor-|D| x|Fil Edit SPW BizialO TSyJtiSipTa|n |kModule ListImages to Smooth1 1已户.ft_3Images to Smooth5 11 VYHN1Da:aT(zeSAMEFilename

19、 Pr:CurrBiil Madulc: SmouthCuirent Item: Imaqes to SmoothSelect FilesSpec fy the images to smooth. The smoothed images are written 们 the same Gubcli-ectories as the oncma *img and are prefixed ii:h a s (i.e. s* img). The prefix can be changed by an op:ion setting.我们在“image to smooth”选项中选择所有刚进行完标准化的文

20、件“wra*.img”，然后点绿三角运行即可。这里FWHM我们采用默认设置“8 8 8”。6、fMRI models依据提示填入刺激出现的间隔与时间，并选择实验涉及类型，然后进行估计。估计结果生成等文 件，保留在当前工作目录。即以前版本的“fMRI model”，spm5和spm8的分析选项有所变化，使用 Specify 1st level 做单个被试(single subject)分析；使用 Specify 2nd level 做组分析(group analysis) 0比如我们选择“Specify 1st level”，出现如下对话框(见下一页)：我们选择Directory指定一个文件夹存

21、放结果数据，其余做如下设置：“Units for design”选择 “Scans”，“Interscan interval ”输入“2”，选择 “Data and Design”后选择 “New Subject/Session”，再选择新出现的 “Subject/Session”，选择 “Scans” 并用文件选择器选择相应任务的所有平滑后的功能图像(swra*.img)然后点击“down”，选择 “Condition”后选择“New condition，然后选中新出现的“Condition”，“name”选项输入任务条件的名称，“onset”输入任务条件的启动向量，代表任务刺激启动的扫描数

22、,选中“Durations输入任务组块的持续时长，如是事件相关设计请输入“ 0”。如还有其他任务，要再次选中“Condition “New condition “Condition定义其他任务条件。设置完毕后点击绿三 角运行。这样将会在开始选择的目录中生成文件 下面要估计我们刚建立的模型，在模型设置面板中点击“estimate”，将打开如下对话框:很简单，我们只须选择刚生成的“”文件点击“down”然后点击绿三角运行即可。估计完成后，我们选择“results”，将打开如下对话框:上图设计矩阵表明一个扫描序列中我们有三个任务条件，均为事件相关设计，选中 “t-contrasts”，点击 “def

23、ine new contrast,第任务 contrast” 定义为 “1”，第二个 任务定义为“0 1”，第三个任务nn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”，其余操作以 及激活图显示和以前版本都是一致的。值得我们注意的是，我们指定或输入一系列的参数来进行每一步的处理，完成后我们可以通过 Save按钮将每一步存为一 *.mat文件。以后我们可以通过Load按钮重新加载并使用这些*.mat文件， 我们适当修改后(例如改变所运行的数据集)再选择Run按钮运行。另外我们可以使用TASK

24、S菜单项指定一系列的操作(预处理和/或分析)，在TASKS-Batch菜单项 下，你可以在一个大文件中指定数据处理所有步骤。批处理交互界面非常灵巧。它知道根据指定的步 骤将产生什么文件。例如，在Tasks-Batch菜单项下，选择New Spatial。在你的SPM任务树(Jobs tree) 中选择(highlight) -Spatial ，并从选项面板中选择New Realign选项指定我们前述的 realignment的详细步骤。现在，当我们向任务树中添加标准化步骤时，我们将看见为标准化操作选 择r*文件的选项，尽管事实上，我们还没有真的生南*文件。所以，批处理非常智能，可以预测我们 的

25、需要。如果我们已经生成了几个批处理任务文件，我们可以使用TASKS-Util-Execute Batch Jobs 选项来运行它们。该工具允许我们选择一系列的mat文件(不一定是batch jobs文件)来运行。如果你 怀念旧版本SPM操作界面，在TASKS菜单下，选择Sequential，这样就不会出现树(tree)，选项将会出现在SPM输入窗口。7、Result选中刚才生成的文件，定义constrast,看结果。在上面的“fMRI models”部分有讲述。四、SPM的多种数据转换方法使用SPM进行数据处理前，必须先将其它档案格式转换成SPM可以读取的Analyze档案格式，包含.img

26、档和.hdr标头档，相关的转档软件有XMedCon和MRIcro。1. 利用AFNI数据转换首先使用AFNI的三维数据重建：to3d -time:tz 177 20 2s altplus *生成+orig文件，然后： 3dAFNItoAnalyze -4D -orient LPI *epi+orig 将生成 *.hdr 与*.img 文件.（*代表你所用的任意文 件名），然后打开MRIcro软件:选择要转换的hdr,img文件，processing, ok.择面板上部File-Save as 4d to 3dSave as intelSave （这里有点忘了 :）（这一段我压根没有看懂2. 直

27、接用MRIcro转换：（此部分转自核医学论坛）注：SPM的dicom import是可以导入dicom文件，但导入的这些图像还是2D的，不是3D的，不能 用于fMR I分析。要先把2D的slice重建成3D的volume，就可以用于fMRI分析了。MRIcro可以干 这活：先把3次BOLD的文件分别移动到三个不同的文件夹里，然后用MRIcro依次导入转换每个目录 的 slice dicom file 成一个 ANALYZE 文件（4D 的），再另存为多个 img，hdr 文件（4D 一 %26gt;3D）, 个数就是volume数，也就是目录下文件数除以层数。（这是针对从GE Signa上刻录

28、的光盘上的dicom 格式数据来讲的，其它机器的数据存放方式可能有所不同，请相应具体分析）。MRIcro的Import Convert 中的 volume可以理解为完整头部像数目。在从GE Signa中获得的fMRI Dicom数据中，是 1个slice存成 dicom image文件，因此volume数（也就是整个dicom image目录所包含的完 整头部扫描图像数目）应该等于整个dicom image目录下所有单个slice dicom image文件除以实验 时设置的slices数。简单地说，一 fMRI实验，层数为16，获得512个slice dicom image文件， 则其 vo

29、lumes=512/16=32。1）点Import/convert foreign to analyze,在出现的对话框中，number of files为你数据的总文 件数，slice increment = 1, volume increment = 0, volumes 为你的实验的 volume 数。填好后, 先点design，后点select，然后选中你的数据的第一个文件（我试验了一下，选中后报错，无 法继续）。然后保存。2）点file/open,打开刚才保存的img文件。3）点file/sae as . .rotate/clip/format/4D-3D,然后点击 “save intel”。这样保存后的文件就是analyze格式的了。