0. 术语
- 重复时间（Repetition Time，TR）：应用于同一切片的连续脉冲序列之间的时间间隔
- 回波时间（Echo Time，TE）：从发射 射频脉冲 到接受回波信号之间的时间
- 低频漂移（Low-frequency Drifts）：因被试生理噪声（呼吸、心脏搏动）或头动引起的噪声，通常信号在0.0-0.015 Hz。
- 解剖变异（Anatomical variability）: 身体结构形态特征与大多数个体通常描述的特征表现不同。
- 标准空间（）
1.预处理（Preprocessing）
- 质量控制（Quality Assurance）
- 失真校正（Distortion correction）
- 时间层校正 （Slice timing correction）
- 头动校正 （Motion correction / Realignment）
- 时域滤波（Temporal Filtering）
- 空间平滑（Spatial smooth）
- 空间标准化（Normalization）/ 配准（Coregistration）
1.1 质量控制
检查原始影像，去除来自生理源（physiological sources） 和扫描仪（scanner）的影响
- 生理源：移动、呼吸、心脏搏动、焦虑、药物等
- 扫描仪：场不均匀、涡流电流、电子设备等
1.2 失真校正
由于磁场不均匀性导致了信号丢失和几何形变。
下图中蓝框范围内，眶额区（orbitofrontal region）的信号丢失。
1.3 时间层校正
fMRI 获取过程中是对大脑进行逐层扫描，使得扫描到的全脑 fMRI 各层间存在时间差。为了获得全脑体素在同一时刻的信号，需要对不同层进行校正，消除采集时刻不同带来的差异。
信号的获取方式：
逐层扫描分为三种方式：升序、降序以及交替获取（interleaved acquisition），例如：先获取偶数层再获取奇数层。
下图中，全脑的扫描顺序为 1-3-5-7-2-4-6-8，表示为先扫描奇数层后偶数层，其中 TR =2s。
Note
时间层校正对于任务态和静息态 fMRI 在长 TR (＞1 s)采集时对齐 BOLD 信号的时间是至关重要的。
1.4 头动校正
fMRI 研究中最大的误差来源，由于被试呼吸、心跳、头动引起的 fMRI 信号体素位置发生变化，通过刚体变换，将时间序列中采集到的所有图像以参考时间点为标准进行配准，使得图像近邻不发生移动或控制其移动范围在一定的阈值内。
头动校正的步骤：
主要思想：将头部运动视为刚体（rigid body）运动，具有三个自由度的移动（Translation）和三个自由度的旋转（Rotation），共六个自由度。
下图展示了：头动校正前后，时间序列图像与参考影像间的距离。
1.5 时域滤波
应用傅里叶变换后的高通滤波或时域平均方法以减少 低频漂移，或称为去趋势（Detrending）
1.6 空间平滑
目的：应用滤波器（三维高斯核）以去除图像中高频信息。
高频信息
指的是图像中变化剧烈或者细节丰富的部分。在频域分析中，高频成分代表了图像中的边缘、纹理、细微结构等高频特征，这些特征通常对图像的细节和清晰度起着重要作用。
-
优点：
- 提高信噪比
- 将激活区域扩散到相邻的体素中
- 有助于满足统计推断过程中的高斯随机场要求，提高参数统计检验的有效性
-
常见的滤波器大小：
滤波器卷高斯核的选用：
下图显示了不同 FWHM 值下高斯核的平滑结果。FWHM 值越大，越平滑，小簇（Clusters）越少，大簇越多。
- 选用建议：FWHM 两倍体素尺寸
1.7 空间标准化/配准
因个体间存在解剖变异，所以需要进行配准。
目的：以减少个体间的 解剖变异 ，从而成功地进行有意义的群体分析。
参考资料： https://mriquestions.com/data-pre-processing.html https://blog.csdn.net/qq_44858224/article/details/129634925 https://fmriprep.org/en/stable/ https://mriquestions.com/processanalyze-fmri.html