静息态功能磁共振数据分析工具包使用手册(2)

“低频振幅”(Zang et al., 2007)假设静息态脑BOLD信号在低频范围内是有其生理意义的，使用一个频段（0.01～0.08Hz）内所有频率点上幅值的平均值来刻画一个体素自发活动的强弱，从能量角度反映了各个体素在静息状态下自发活动水平的高低。已有研究发现，静息态睁眼、闭眼两种条件下视觉区的低频振幅有很大差异（Yang et al., 2007），说明低频振幅至少可以区分这两种生理状态。使用低频振幅指标发现，在ADHD儿童中，右侧额下回（Inferior frontal cortex, IFC）、小脑、前扣带回、左侧感觉运动皮层、双侧脑干都有异常(Zang et al., 2007)，和以前对ADHD的研究结果是一致的。

然而现在还没有一个类似于SPM（Friston, 1995）或AFNI（Cox, 1996）的软件能够使研究者很方便地对静息态脑神经活动数据使用特定的计算方法进行分析和处理。静息态没有任务设计和实验刺激，所以不能通过提供设计矩阵的方式按照任务数据的处理方式来使用SPM（Friston, 1995）或AFNI（Cox, 1996）。

功能连接的方法可以使用AFNI（Cox, 1996）来完成，但是步骤多且繁琐，对一般研究者来说，门槛较高。局部一致性方法此前可以使用ReHofMRI1.0 (by Dr. HE Yong, free download from )来做计算，但是不支持对批量数据的处理。低频振幅的方法从能量的角度来分析静息态fMRI BOLD信号，虽然计算原理并不复杂，也可以使用AFNI来实现，但研究者仍要面对复杂的步骤和难记的命令。

静息态fMRI一般连续数分钟扫描，没有任何特定的任务，不需要复杂精细的实验设计，也不需要被试做出反应，只要求被试安静地躺在扫描仪里，故研究者容易操作和控制扫描任务，被试也容易配合，易于多中心、大样本的研究，这是静息态fMRI脑成像的优点，非常适合临床上的研究和应用。鉴于目前还没有一个现成的软件或工具可以让研究者方便地使用这些方法来分析处理静息态fMRI数据，静息态fMRI数据分析工具包（Resting state fMRI data analysis toolkit, REST）应此需求而开发。REST基于MATLAB，针对于静息态fMRI数据的分析处理而开发，采用图形用户界面配置计算参数，可批量处理多个人的数据。目前，REST的主要功能包括“局部一致性”、“低频振幅”、“功能连接”三种数据分析方法。fMRI数据处理一般可分为预处理、核心计算方法以及组水平的统计三个阶段，许多脑功能磁共振软件包（如SPM和AFNI）在数据预处理和组水平的统计上已经非常完善，所以REST暂时未将这两部分内容

静息态功能数据分析使用方法

包括进来。REST可以使不同学科背景的研究者都能方便地使用线性相关、ReHo以及ALFF三种计算方法来分析静息态fMRI数据。此外，REST还有一些常用的小工具（如滤波、去线性漂移、ROI的定义及提取ROI内平均时间序列、查看指定坐标位置上的时间序列和功率谱、查看结构像功能像等）。

二、 软件用途和技术特点

用途：

神经影像计算领域，静息态脑功能磁共振数据的分析和处理。 技术特点：

1. 采用图形用户界面来配置计算参数； 2. 批量计算；

3. 主要分析方法：ReHo、ALFF、线性相关；

4. 预处理：带通滤波、去线性漂移；

5. 日志：每次计算均建立一个对应于所有配置参数的日志文件，以利于研究者进

行核对； 6. 其它：

a) 查看脑内某个体素的时间序列、功率谱；

b) 感兴趣区域的定义、查看、平均时间序列的提取； c)

fMRI脑结构图和脑功能图像的查看、叠加，统计结果的显示。

d) 从统计t图或AAL模板或Brodmann模板中提取指定坐标所在的团块为脑

功能像的掩模（感兴趣区域）。

开发语言：MATLAB（版本：6.5，7.3）

代码行数：11528（REST版本：1.0，日期标记20071213）

三、 设计与实现

(一) 设计：

主要包含图形用户界面参数配置、核心计算程序、脑结构和功能图像查看等部分。

(二) 实现：

1、 图形用户界面参数配置：使用Guide方式（reho_gui、alff_gui、fc_gui、rest_ROIList）和

使用m文件（rest、rest_SliceViewer、rest_powerspectrum、rest_progress、rest_waitbar、rest_SetROI、rest_SphereROI）两种方式。

2、 核心计算程序：reho、alff、fc、rest_bandpass、rest_detrend。

3、 脑结构和功能图像查看：SliceViewer。参考MRIcro的帮助页面和AFNI的一些功能完成。

静息态功能数据分析使用方法

4、 除ReHo外，基本上都采用矩阵操作方式或者少量循环内的矩阵操作方式，这样就大大

提高了计算速度。

5、 分层缓存计算：滤波、ALFF、线性相关使用缓存数据（使用系统临时目录：Windows一

般为系统盘目录下的临时目录，如“C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\”；Linux一般为目录/tmp）并分层计算（暂定为4层，后续版本会根据内存、硬盘等数据自动调整）的方法。

四、 测试

五、 使用要求

1. 目前REST所能处理的图像必须是ANALYZE 7.5格式

如果使用SPM2预处理数据，那么结果文件就是ANALYZE 7.5格式，不需要转换。 如果使用SPM5预处理数据，因为结果文件是NIFTI格式，需要转换。可以使用MRIcron附带的dcm2nii.exe和dcm2niigui.exe来完成数据格式的转换。

如果使用AFNI预处理数据，因为结果文件是4D的BRIK/HEAD格式，需要转换。可以使用MRIcro来完成数据格式的转换。

2. 在去线性漂移、滤波和计算功能连接、ReHo、ALFF时，REST以文件夹为单位，要

求一个文件夹下只包含待处理的3D脑图像文件（每个3D脑图像文件对应一个时间点）。比如用SPM完成数据预处理后，必须把不需要REST计算的文件（如配准后生成的con_0002.img等）从文件夹中移出或者把需要REST计算的文件放到一个新的文件夹中。

3. 在计算线性相关的时候，如果输入空间坐标以确定种子点，一定要确保所有输入图

像的坐标原点以及输入的坐标值是正确的。建议在定义ROI后点击“View ROI”核对一下。

静息态功能数据分析使用方法

4. 引用方式：RESTing-state fMRI data analysis toolkit (REST, by SONG Xiaowei,

)

六、 使用方法演示

对静息态数据，在使用SPM2、SPM5或AFNI进行数据预处理，并将数据文件转换成ANALYZE 7.5格式后，就可以开始使用REST进行计算了。

将REST所在目录添加到MATLAB的路径中后，在MATLAB的命令窗口中输入rest即可看到图 3。

图 3、REST启动后的主界面

静息态功能数据分析使用方法

(一) 计算功能连接

从REST主界面（图 3）选择functional connectivity（功能连接），出现计算功能连接的图形界面如图 4。

图 4、功能连接计算界面

在图 5中，点击“Do all”将在去线性漂移并滤波（通带为0.01～0.08Hz，TR=2s）之

后，以后扣带回/楔前叶上的点（-2，-51，27）为球心，将将半径为10mm的球内的平均时间序列做为种子时间序列，计算其与全脑每个体素的相关系数，输出文件使用FCMap

作

静息态功能数据分析使用方法

为前缀，并将所有计算结果保存到D:\Temp

FCMap_test_Control-1.img/hdr

、

目录下（本例的结果为

、

FCMap_test_ADHD-1.img/hdr

zFCMap_test_Control-1.img/hdr、zFCMap_test_ADHD-1.img/hdr），如：

图 5、计算功能 …… 此处隐藏：3100字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……