神經影像資料處理/處理/步驟/切片時間校正

切片（採集）時間校正

為了收集整個大腦的資料，典型的脈衝序列可能會在整個 TR （例如 3 秒）內採集 30 個（或更多）切片。一種方法是使用升序/降序切片採集，其中切片按順序採集。然而，大多數 fMRI 研究現在使用交錯切片採集，其中掃描器首先採集所有奇數切片，然後採集所有偶數切片（避免跨切片激發）。

由於連續或交錯切片採集，大腦的相鄰部分在特定 TR 內的不同時間點採集。換句話說，大腦不同層的 BOLD 訊號在不同的時間點取樣。因此，在最後一個切片（在 TR 的後期）中採集的訊號（血流動力學反應）似乎比周圍切片（在 TR 的早期採集）中的訊號峰值更早，即使潛在的活動是相同的。如果不校正每個切片的採集時間，時間過程似乎在不同切片之間有所不同。

但我們真的很想讓整個體積的訊號來自同一個時間點！

我應該進行切片時間校正嗎？

有時，切片時間校正被認為是預處理中的一個可選步驟，以及在配準之前還是之後進行切片時間校正（旨在克服頭動帶來的問題）也是有爭議的。通常，論點是，在 TR 很短的情況下，切片時間不是強制性的，因為血流動力學反應很緩慢。但是，有一些反對這種觀點的論據，Sladky 等人（2011 年）表明，在最壞的情況下，它不會改變結果，但在大多數情況下，它會改善結果——特別是對於事件相關設計。

SPM 的建議！

SPM 提供了一些關於這些問題的建議。

• 在順序切片順序的情況下

• 微不足道的頭動：首先進行配準，然後進行切片時間校正
• 顯著的頭動：首先進行切片時間校正，然後進行配準

• 在交錯切片順序的情況下

關於是否應該使用切片時間校正存在很大爭議，尤其是在頭動嚴重的情況下。

• 執行動態因果建模 (DCM)

如果要使用 DCM，則切片時間校正是一個必要的步驟。

FSL 的建議

一般來說，他們 不建議將切片時間用於 GLM 分析。相反，他們建議在模型中使用時間導數。如果你仍然選擇切片時間校正，他們建議在運動校正之後進行切片時間校正（這也是它在 FEAT 工作流程中的實現方式）。

解決方案：時間插值

透過時間插值可以校正切片時間差異。時間插值是指使用附近時間點的資料來估計未被原始採集的訊號在某個時間點的值。換句話說，插值使用附近時間點的資訊來估計每個切片在 TR 內單個時間點的 MR 訊號幅度。通常，TR 的第一個時間點，即採集體積第一個切片的時間，或中間時間點，即在 TA/2 處採集的體積切片，被選為參考切片。選擇第一個時間點的好處是簡單明瞭，例如 GLM 分析可以使用體積開始作為時間資訊。使用中間時間點可能更準確，因為需要更少的插值（最大時間差為 TA/2 與完整的 TA），但它必須在對訊號/事件開始進行建模時考慮在內。標準演算法使用時間點之間的 sinc 插值。

限制

任何嘗試恢復丟失資訊的嘗試都將受到實驗資料可變性的限制，尤其是與任務無關的可變性。

替代方法

為每個切片建立單獨的分析模型，然後將其作為資料分析的一部分，而不是預處理。

靜息態 fMRI

當使用標準的 EPI 序列時，rsfMRI 的切片時間校正與基於任務的 fMRI 的切片時間校正相同。但是，一些 rsfMRI 研究使用多波段序列 這些使得切片時間校正 a) 由於 TR 非常短而可能過時 b) 更為棘手，因為並非所有切片都是單獨採集的。

實現

AFNI

3dTshift 是 AFNI 中用於切片時間校正的命令。-tzero nn 選項可用於定義所有切片應重新取樣的時間偏移量。或者，可以使用選項 -slice n 來插值到體積的第 n 個切片。預設插值為傅立葉插值，據稱（在 AFNI 頁面上）是精度最高的，但速度最慢，但這也可能進行調整。有關更多選項和詳細資訊，請參閱手冊頁面 。將切片時間校正到 z 方向（alt+z）交錯採集的切片的零時間點，且 TR 為 2.3 秒的命令如下

3dTshift -TR 2.3s -tzero 0 -tpattern alt+z -prefix OUTPUTFILE INPUTFILE

要驗證切片時間（例如切片是否以交錯方式採集），您可以在 .results 資料夾中執行以下命令，這將為您提供切片 0、1、2、... 的偏移量（其中 FILENAME 是當前資料集的名稱，即切片時間校正之前，但例如在丟棄前幾個體積之後，通常是類似於 pb00.SUBJECTNAME.RUNNAME.tcat+orig 的內容）

3dinfo -VERB FILENAME | grep offsets

您也可以使用 afni 檢視器中的圖形顯示來檢查切片時間校正。當時間（indx、value、at...）在顯示採集它們平面的影像中滑動穿過切片時來回跳躍時，這些切片是交錯採集的。在切片時間校正後，時間不應該再發生變化，並且當在圖形本身中遍歷時間序列時，時間應該從體積到體積以 TR 的速度增加。檢視本書 AFNI 軟體部分中提到的教程，瞭解更詳細的描述。

使用時間序列圖形檢查切片時間校正

在 afni_proc.py 中，這是一個預設元件，與第一個 TR 對齊。令人困惑的是，這裡的標準插值是五次插值。當然，可以使用以下方法調整所有引數

-tshift_interp
-tshift_align_to

SPM

切片時間順序

切片順序是切片時間程式中一個非常重要的引數，準確描述順序可以保證校正效果。如果你不確定順序，最好的方法是直接詢問實驗者並獲取第一手資訊。在大多數掃描器上，EPI 可用的切片順序如下：

1. 升序：從負方向到正方向獲取切片，在 SPM 中可以表示為 [1ː1ːnslices]
2. 降序：從正方向到負方向獲取切片，在 SPM 中可以表示為 [nslicesː-1ː1]
3. 交錯：交替從奇數和偶數切片獲取切片。奇數切片可以表示為 [1ː2ːnslices]，偶數切片可以表示為 [2ː2ːnslices]。通常在這種模式下，採集是按升序進行的

此外，一些機器可能具有特定的切片順序模式（如中心、反轉中心、最大交錯等），請參閱 SPM/切片時間 獲取更多資訊。

切片時間引數

引數	值	註釋
會話	影像批次	/
切片數量	切片數量	整數
TR	重複時間	浮點數
TA	TA = TR-(TR/nslices)	浮點數
切片順序	見上文	/
檔案字首	帶有 ä.nii	/

FSL

FSL 中的切片時間校正是 FEAT 預統計方法的一部分。它透過使用（漢寧窗）sinc 插值將每個時間序列相對於 TR 週期的中間值移動適當的 TR 分數來工作。

在 FSL GUI 中選擇 FEAT，然後選擇預統計選項卡。在那裡你可以根據切片獲取方式將切片時間校正：從無更改為適當的選項。如果切片是從大腦底部到頂部獲取的，請選擇常規向上。如果切片是從大腦頂部到底部獲取的，請選擇常規向下。如果切片是交錯順序獲取的（0、2、4...1、3、5...），則選擇交錯選項。如果切片不是按常規順序獲取的，則需要使用切片順序檔案或切片時間檔案。如果要使用切片順序檔案，請建立一個文字檔案，每行包含一個數字，其中第一行表示第一個獲取的切片，第二行表示第二個獲取的切片，等等。第一個切片編號為 1，而不是 0。如果要使用切片時間檔案，請在文字檔案的每行中放入一個值（即每個切片）。單位為 TR，0.5 對應於無位移。因此，合理的值範圍將介於 0 和 1 之間。

FEAT GUI 預統計選項卡，選擇了交錯切片時間校正

FSL 中的命令列選項為slicetimer

slicetimer -i INPUTFILE [options]

您應該考慮指定的選項是

       -r,--repeat     Specify TR of data (default is 3s)
       -d,--direction  direction of slice acquisition (x=1,y=2,z=3) (default is z)
       --odd   use interleaved acquisition (default is ascending)
       --down  reverse slice indexing (default is ascending)
       --tcustom       filename of single-column custom interleave timing file
       --ocustom       filename of single-column custom interleave order file (first slice is referred to as 1 not 0)

參考文獻

Huettel, S. A., Song, A.W., & McCarthy, G. (2008). 功能性磁共振成像 (第二版)。Sinauer Associates, Inc: 桑德蘭，馬薩諸塞州，美國。

Sladky, R., Friston, K., Trostl, J, Cunnington, R., Moser, E. & Windischberger, C. (2011)。功能性磁共振成像中的切片時間效應及其校正。神經影像，58, 588-594