fMRI数据分析处理原理及方法

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1、近年来，血氧水平依赖性功能磁共振脑功能成像(Bloodoxygenationlevel-dependentfunctionalmagneticresonanceimaging,BOLD-fMRI)技术得到极快的发展，除了与扫描硬件、扫描技术的进步有关外，更得力于以图形图像等计算机科学为核心的相关学科的支持：图像数据的后处理技术成为fMRI中的关键环节。ØfMRIdatacollectingandpreprocessingThefMRIdatawerecollectedduringasensorimotortask,ablock-designmotorresponseto

2、auditorystimulation.Duringtheon-block,200mstonespresenteda500msstimulusonsetasynchrony(SOA).Atotalof16differenttoneswerepresentedineachon-block,withfrequencyrangingfrom236Hzto1318Hz.ThefMRIimageswereacquiredonSiemens3TTrioScannersanda1.5TSonatawithecho-planarimaging(EPI)sequencesusingthe

3、followingparameters(TR=2000ms,TE=30ms(3.0T)/40ms(1.5T),fieldofview=22cm,slicethickness=4mm,1mmskip,27slices,acquisitionmatrix=64×64,flipangle=90°).Fourscannerswereusedandwehaveroughlyequalnumbersofpatientsandcontrolsatallsites.Datawerepre-processedinSPM5(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)

4、andwererealigned,spatiallynormalizedandre-slicedto3×3×3mm3,smoothedwitha10×10×10mm3Gaussiankerneltoreducespatialnoise,andanalyzedbymultipleregressionconsideringthestimulusandtheirtemporalderivativesplusanintercepttermasrepressors.Finallythestimulus-onversusstimulus-offcontrastimagesweree

5、xtractedwith53×63×46voxelsandallofthevoxelswithmissingmeasurementswereexcluded.重复时间（TR）回波时间（TE）一、功能图像数据的性质功能磁共振数据包括解剖（结构）像和功能像两类。解剖像采用高分辨的T1（纵向弛豫时间）、T2（横向弛豫时间）及FSPGR（FastSpoiledGradientRecalled快速衰减梯度召回）三维成像方式。功能像的处理是fMRI数据处理的关键。因为脑皮层活动瞬息变化，相应要求足够快的成像序列对某一个刺激任务造成的皮层活动进行记录，并且要有对脑血氧代谢的产物——脱

6、氧血红蛋白产生的T2*缩短效应敏感，EPI(EchoplanarImaging回波平面成像)、FLASH(FastLowAngleShot)等序列可以满足这两个条件，现在大都采用EPI序列采集fMRI功能像。EPI于频率编码上采用一系列反向梯度，通过一次激发产生建成一幅MR图像的所有信号，基于小角度激发的GRE-EPI(Gradientecho-EchoplanarImaging)技术，在很短的TR时间（重复时间）内得到一系列（数幅至数十幅）图像。每次采集得到的图像组成一个脑体积(Volume)，相应要求在fMRI实验组块(Epoch/blockParadigm)设计时

7、，每个组块的时间必须为TR时间的整数倍。实际的血流动力相应是一个缓慢的过程，任务激发后信号经过一个小的下降期开始上升，4-8秒达到高峰然后缓慢下降，11-14秒恢复。在事件相关设计(Event-relatedParadigm)时，如果不考虑两（次）任务间的相互作用，需要保证间隔时间大于一次响应时间。但也有研究显示短的刺激间隔时间对统计结果并无多大影响。EPI序列以极快的采集速度，在一个数分钟的实验(Session)中，产生数百至数千幅图像，几十个不同时间的脑体积成为EPI图像的时间序列(Time-seriesImage)。快速以牺牲图像的