SPM中文教程 匯總(已整理).doc

一、SPM的安裝與啟動(dòng)先安裝matlab，然后將SPM復(fù)制到matlab下的一個(gè)文件夾（SPM2需要matlab6.0或以上版本）。啟動(dòng)matlab，首先set path，然后在matlab命令窗口中輸入SPM即可啟動(dòng)，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(jìn)行空間預(yù)處理（對(duì)齊，平滑，標(biāo)準(zhǔn)化等），然后進(jìn)行模型估計(jì)（將刺激的時(shí)間、間隔與血流動(dòng)力函數(shù)進(jìn)行卷積，所得結(jié)果與全腦象素信號(hào)進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，預(yù)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(biāo)準(zhǔn)化的信息，然后進(jìn)行建模分析。運(yùn)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(gè)分支項(xiàng)左面有“+”號(hào)，你可以雙擊顯示子分支項(xiàng)，如果一個(gè)分支項(xiàng)右面有“-X”號(hào)，你必須為之指定選項(xiàng)(否則不能運(yùn)行該tree)，分支項(xiàng)的選項(xiàng)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(rèn)值），其它掃描層的起始時(shí)間都將以此層的起始時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)來移動(dòng)進(jìn)行校正。通常選擇n slice/2，如25層時(shí)選擇13層作為參考層。Filename Prefix，是指新生成的圖像前加何標(biāo)記，一般采用默認(rèn)設(shè)置。最后點(diǎn)擊面板上方的向右的綠色三角即開始運(yùn)行。運(yùn)行完后將會(huì)生成一系列a*.img文件，這就是時(shí)間校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)。注意很多研究者容易將時(shí)間校準(zhǔn)和空間校準(zhǔn)順序顛倒，一般的觀點(diǎn)是如果圖像獲取是隔層（interleaved）進(jìn)行的，如1、3、5、7、9、2、4、6、8、10，則要先進(jìn)行slice timing 再進(jìn)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(jìn)行realign再做slice timing。（為什么？）3、Realign（相當(dāng)于AFNI中的registration）分兩步：1）coregister，將每個(gè)session的第一個(gè)scan與第一個(gè)session的第一個(gè)scan進(jìn)行比較，然后將每個(gè)session中的其他scan與本session中的第一個(gè)scan進(jìn)行比較，得到每個(gè)filename.img文件的轉(zhuǎn)換參數(shù)，生成filename.mat文件，同時(shí)為每個(gè)session生成一個(gè)對(duì)齊參數(shù)（realignment parameters），文件名為realignment_params_*.txt 2）reslice，用filename.mat文件對(duì)filename.img重新切片，生成rfilename.img文件。并可依選擇生成一個(gè)平均象，名為meanfilename.img。以上兩步具體解釋如下即使我們對(duì)被試的頭部做了很好的固定，在實(shí)驗(yàn)過程中，被試也會(huì)不由自主的有一些輕微的頭動(dòng)，這在fMRI實(shí)驗(yàn)中尤為明顯。這一步就是把一個(gè)實(shí)驗(yàn)序列中的每一幀圖像都和這個(gè)序列的第一楨圖像按照一定的算法做對(duì)齊，以矯正頭動(dòng)。做完這一步，能給出該序列中被試的頭動(dòng)情況，以作為是否放棄該數(shù)據(jù)的依據(jù)，如果頭動(dòng)超過1個(gè)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(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)。該程序利用最小二乘法(least squares approach)原理和含6個(gè)參數(shù)(剛體模型)的空間變換，對(duì)從一個(gè)被試獲取的時(shí)間序列進(jìn)行校正。用戶可指定某個(gè)volume作為隨后volumes的參考?？梢允堑?個(gè)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(chǎng)相對(duì)穩(wěn)定的第4個(gè)volume。校正信息(頭動(dòng)信息)將在結(jié)果窗口(Graphics Window)顯示。每個(gè)Session的校正信息將存儲(chǔ)為rp*.txt，其中*為Session數(shù)據(jù)集名稱。另外，頭動(dòng)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(gè)方向的平移，分別用藍(lán)，綠，紅三種顏色表示。Rotation表示被試頭部在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中繞X(L-R)，Y(A-P)，Z(S-I)三條軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。橫坐標(biāo)代表這個(gè)序列所采集的所有圖像，縱坐標(biāo)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(dòng)信息和空間標(biāo)準(zhǔn)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?cè)陬A(yù)處理面板校準(zhǔn)選項(xiàng)中選擇“Realign (Est & Res)”，出現(xiàn)如下對(duì)話框，我們按下面設(shè)置進(jìn)行： 選中“data”, 選擇“New Session”, 然后選中data下出現(xiàn)的 “Session”選項(xiàng)。點(diǎn)擊“Specify Files”，用spm文件選擇器選擇剛做完時(shí)間校準(zhǔn)的圖像（a*.img）。其余選項(xiàng)采用默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊上方綠色的三角開始運(yùn)行。Realign這一步也有分開進(jìn)行的，具體描述如下3.1 Realign: Estimate（重排參數(shù)的估計(jì)）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(gè)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(biāo)準(zhǔn)。也就是說，你想要用哪一幅圖像作為參考標(biāo)準(zhǔn)，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(yùn)動(dòng)偽影。圖像數(shù)據(jù)的頭文件會(huì)被改寫以反映數(shù)據(jù)相對(duì)空間位置的變化。此過程的具體參數(shù)會(huì)在結(jié)果窗口中以平移（translation）和旋轉(zhuǎn)（rotation）曲線圖顯示。每個(gè)session的重排參數(shù)會(huì)被存儲(chǔ)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(jì)估計(jì)中作為混淆因素考慮進(jìn)去。3.1.1Data 選擇一個(gè)被試需要進(jìn)行此步驟處理的所有sessions。注：在 coregistration 這一步，首先是對(duì)所有的session進(jìn)行重排，其具體做法是把所選每個(gè)session的第一個(gè)scan與所選第一個(gè)session的第一個(gè)scan對(duì)齊。然后再把每個(gè)session里的其它scan與該session的第一個(gè)scan進(jìn)行對(duì)齊。使用此方式進(jìn)行重排是因?yàn)楦鱾€(gè)session的數(shù)據(jù)之間可能會(huì)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(cè)參數(shù)選擇項(xiàng)，若對(duì)某一個(gè)選項(xiàng)不確定，使用軟件默認(rèn)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(shí)際影響到的是參與參數(shù)估計(jì)的象元（voxel）的數(shù)目。其依據(jù)是有些象元（voxel）其實(shí)對(duì)重排參數(shù)的估計(jì)貢獻(xiàn)不大，可以舍棄。 Separation 此參數(shù)以毫米為單位，表示對(duì)參考圖像文件進(jìn)行重采樣時(shí)采樣點(diǎn)之間的間隔。采樣點(diǎn)之間間隔越小，結(jié)果越精確，運(yùn)算速度越慢。 Smoothing (FWHM)高斯平滑的半高寬值。在估計(jì)重排參數(shù)之前一般先進(jìn)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(duì)齊注冊(cè)到第一幅圖像。 Register to mean: 使用twopass處理將所有圖像文件對(duì)齊注冊(cè)到所有圖像文件的平均圖像。PET 數(shù)據(jù)一般注冊(cè)到平均圖像。因?yàn)镻ET數(shù)據(jù)相比fMRI數(shù)據(jù)噪音更大，文件更少，所以時(shí)間的影響更小。MRI數(shù)據(jù)一般注冊(cè)到第一幅圖像。雖然使用twopass處理可能更精確，但是其對(duì)效果的提高與其所損失的運(yùn)行時(shí)間相比得不償失。 Interpolation在估計(jì)最佳變換時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣的方法。高的degree提供更好的結(jié)果，但是也更慢，因?yàn)闀?huì)采樣更多的相鄰象元（voxel）52, 53, 54。 Wrapping此參數(shù)指示一個(gè)volume中數(shù)據(jù)wrap around in的方向（此處具體理解有待大家補(bǔ)充）。No wrapping：適用于PET數(shù)據(jù)或者已進(jìn)行過空間變換的數(shù)據(jù)。同時(shí)當(dāng)你不確定自己數(shù)據(jù)類型時(shí)，推薦使用此選項(xiàng)。Wrap in Y：適用于沒有重排（resilce）過的在Y方向上進(jìn)行相位編碼的MRI數(shù)據(jù)。 Weighting提供一個(gè)加權(quán)圖像，在估計(jì)重排參數(shù)時(shí)對(duì)參考圖像的每一個(gè)象元進(jìn)行加權(quán)。加權(quán)系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差成反比。例如當(dāng)有大量額外的頭動(dòng)（如說話或者特定區(qū)域內(nèi)的嚴(yán)重偽影）時(shí)。（此處具體理解有待大家補(bǔ)充）。3.2 Realign: Reslice（據(jù)已估計(jì)出的參數(shù)重排） 此功能重排以上步驟中已進(jìn)行參數(shù)估計(jì)和注冊(cè)的圖像文件，使之與參考圖像文件達(dá)到象元級(jí)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(duì)某一個(gè)選項(xiàng)不確定，使用軟件默認(rèn)值即可。Resliced images All Images (1.n) : 重排所有數(shù)據(jù)，包括標(biāo)準(zhǔn)參考圖像（重排后還是保持原位置不變）。Images 2.n :重排除了標(biāo)準(zhǔn)參考圖像之外的所有數(shù)據(jù)。此選項(xiàng)用于當(dāng)你以MRI結(jié)構(gòu)像為標(biāo)準(zhǔn)重排PET圖像數(shù)據(jù)，而又不想在結(jié)果中再生成一個(gè)等同的MRI標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)像時(shí)。All Images + Mean Image : 重排圖像文件之外，另生成一個(gè)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(xiàng)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(gè)volume中數(shù)據(jù)wrap around in的方向（此處具體理解有待大家補(bǔ)充）。No wrapping：適用于PET數(shù)據(jù)或者已進(jìn)行過空間變換的數(shù)據(jù)。同時(shí)當(dāng)你不確定自己數(shù)據(jù)類型時(shí)，推薦使用此選項(xiàng)。Wrap in Y：適用于沒有重排（resilce）過的在Y方向上進(jìn)行相位編碼的MRI數(shù)據(jù)。 Masking因?yàn)閽呙柽^程中被試總會(huì)或多或少有頭動(dòng)，造成同一個(gè)時(shí)間系列數(shù)據(jù)里所采集到的圖像的邊界不會(huì)完全重合。在有些圖像還有數(shù)據(jù)的地方（信號(hào)值大于0），其它一些圖像已經(jīng)超出了圖像邊界（信號(hào)值為0）了。在這些信號(hào)為0的區(qū)域是無法采樣數(shù)據(jù)的，因此SPM只要檢測(cè)到某一幅圖像在某個(gè)區(qū)域已經(jīng)超出了邊界（即信號(hào)為0），就會(huì)將其它所有圖像的此區(qū)域信號(hào)值均設(shè)為0。此做法相當(dāng)于取了時(shí)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(jì)與數(shù)據(jù)重排合到一起做。全部選項(xiàng)與參數(shù)原理均與3.1和3.2中對(duì)應(yīng)項(xiàng)相同。4、Normailze選用realign步驟中得到的平均象與模板進(jìn)行比較，獲得進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)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(duì)每個(gè)img文件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，生成文件nfilename.img。具體操作如下：在預(yù)處理面板標(biāo)準(zhǔn)化選項(xiàng)中選擇“Normalise: Estimate & Write”，出現(xiàn)如下對(duì)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(xiàng)中作如下設(shè)置， “source image”選擇空間校準(zhǔn)步驟中生成的mean文件， “image to write”選擇所有剛進(jìn)行完校準(zhǔn)的文件“ra*.img”，“template image”我們選擇“EPI.nii”，其余采用默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)綠三角運(yùn)行。5、SmoothFWHM推薦為象素大小的兩至三倍。在預(yù)處理面板標(biāo)準(zhǔn)化選項(xiàng)中選擇“smooth”，出現(xiàn)如下對(duì)話框：我們?cè)凇癷mage to smooth”選項(xiàng)中選擇所有剛進(jìn)行完標(biāo)準(zhǔn)化的文件“wra*.img”，然后點(diǎn)綠三角運(yùn)行即可。這里FWHM我們采用默認(rèn)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(shí)間，并選擇實(shí)驗(yàn)涉及類型，然后進(jìn)行估計(jì)。估計(jì)結(jié)果生成spm.mat等文件，保留在當(dāng)前工作目錄。即以前版本的“fMRI model”，spm5和spm8的分析選項(xiàng)有所變化,使用Specify 1st level做單個(gè)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(duì)話框（見下一頁）：我們選擇Directory指定一個(gè)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(yīng)任務(wù)的所有平滑后的功能圖像（swra*.img）然后點(diǎn)擊“down”，選擇“Condition”后選擇“New condition”，然后選中新出現(xiàn)的“Condition”，“name”選項(xiàng)輸入任務(wù)條件的名稱，“onset”輸入任務(wù)條件的啟動(dòng)向量，代表任務(wù)刺激啟動(dòng)的掃描數(shù)，選中“Durations”輸入任務(wù)組塊的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)，如是事件相關(guān)設(shè)計(jì)請(qǐng)輸入“0”。如還有其他任務(wù)，要再次選中“Condition”“New condition”“Condition”定義其他任務(wù)條件。設(shè)置完畢后點(diǎn)擊綠三角運(yùn)行。這樣將會(huì)在開始選擇的目錄中生成文件spm.mat。下面要估計(jì)我們剛建立的模型，在模型設(shè)置面板中點(diǎn)擊“estimate”，將打開如下對(duì)話框：很簡(jiǎn)單，我們只須選擇剛生成的“spm.mat”文件點(diǎn)擊“down”然后點(diǎn)擊綠三角運(yùn)行即可。估計(jì)完成后，我們選擇“results”，將打開如下對(duì)話框： 上圖設(shè)計(jì)矩陣表明一個(gè)掃描序列中我們有三個(gè)任務(wù)條件，均為事件相關(guān)設(shè)計(jì)，選中“t-contrasts”，點(diǎn)擊“define new contrast”, 第一個(gè)任務(wù)“contrast”定義為“1”， 第二個(gè)任務(wù)定義為“0 1”，第三個(gè)任務(wù)nn定義為“0 0 1”，第一個(gè)任務(wù)減第三個(gè)任務(wù)定義為“1 0 -1”，第二個(gè)任務(wù)減第三個(gè)任務(wù)定義為“0 1 -1”，第二個(gè)任務(wù)減第一個(gè)任務(wù)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(jìn)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(gè)*.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(dāng)修改后（例如改變所運(yùn)行的數(shù)據(jù)集）再選擇Run按鈕運(yùn)行。另外我們可以使用TASKS菜單項(xiàng)指定一系列的操作(預(yù)處理和/或分析)，在 TASKS-Batch菜單項(xiàng)下，你可以在一個(gè)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(xiàng)下，選擇New Spatial。在你的SPM任務(wù)樹(Jobs tree)中選擇(highlight) -Spatial ，并從選項(xiàng)面板中選擇 New Realign 選項(xiàng)指定我們前述的realignment的詳細(xì)步驟?，F(xiàn)在，當(dāng)我們向任務(wù)樹中添加標(biāo)準(zhǔn)化步驟時(shí)，我們將看見為標(biāo)準(zhǔn)化操作選擇r*文件的選項(xiàng)，盡管事實(shí)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(yù)測(cè)我們的需要。如果我們已經(jīng)生成了幾個(gè)批處理任務(wù)文件，我們可以使用TASKS-Util-Execute Batch Jobs選項(xiàng)來運(yùn)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(yùn)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(huì)出現(xiàn)樹(tree)，選項(xiàng)將會(huì)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(jìn)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(biāo)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(diǎn)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(xué)論壇) 注: SPM的dicom import是可以導(dǎo)入dicom文件，但導(dǎo)入的這些圖像還是