神经影像数据处理/处理/步骤/切片时间校正

切片（采集）时间校正

为了收集整个大脑的数据，典型的脉冲序列可能会在整个 TR （例如 3 秒）内采集 30 个（或更多）切片。一种方法是使用升序/降序切片采集，其中切片按顺序采集。然而，大多数 fMRI 研究现在使用交错切片采集，其中扫描仪首先采集所有奇数切片，然后采集所有偶数切片（避免跨切片激发）。

由于连续或交错切片采集，大脑的相邻部分在特定 TR 内的不同时间点采集。换句话说，大脑不同层的 BOLD 信号在不同的时间点采样。因此，在最后一个切片（在 TR 的后期）中采集的信号（血流动力学反应）似乎比周围切片（在 TR 的早期采集）中的信号峰值更早，即使潜在的活动是相同的。如果不校正每个切片的采集时间，时间过程似乎在不同切片之间有所不同。

但我们真的很想让整个体积的信号来自同一个时间点！

我应该进行切片时间校正吗？

有时，切片时间校正被认为是预处理中的一个可选步骤，以及在配准之前还是之后进行切片时间校正（旨在克服头动带来的问题）也是有争议的。通常，论点是，在 TR 很短的情况下，切片时间不是强制性的，因为血流动力学反应很缓慢。但是，有一些反对这种观点的论据，Sladky 等人（2011 年）表明，在最坏的情况下，它不会改变结果，但在大多数情况下，它会改善结果——特别是对于事件相关设计。

SPM 的建议！

SPM 提供了一些关于这些问题的建议。

• 在顺序切片顺序的情况下

• 微不足道的头动：首先进行配准，然后进行切片时间校正
• 显著的头动：首先进行切片时间校正，然后进行配准

• 在交错切片顺序的情况下

关于是否应该使用切片时间校正存在很大争议，尤其是在头动严重的情况下。

• 执行动态因果建模 (DCM)

如果要使用 DCM，则切片时间校正是一个必要的步骤。

FSL 的建议

一般来说，他们 不建议将切片时间用于 GLM 分析。相反，他们建议在模型中使用时间导数。如果你仍然选择切片时间校正，他们建议在运动校正之后进行切片时间校正（这也是它在 FEAT 工作流程中的实现方式）。

解决方案：时间插值

通过时间插值可以校正切片时间差异。时间插值是指使用附近时间点的数据来估计未被原始采集的信号在某个时间点的值。换句话说，插值使用附近时间点的信息来估计每个切片在 TR 内单个时间点的 MR 信号幅度。通常，TR 的第一个时间点，即采集体积第一个切片的时间，或中间时间点，即在 TA/2 处采集的体积切片，被选为参考切片。选择第一个时间点的好处是简单明了，例如 GLM 分析可以使用体积开始作为时间信息。使用中间时间点可能更准确，因为需要更少的插值（最大时间差为 TA/2 与完整的 TA），但它必须在对信号/事件开始进行建模时考虑在内。标准算法使用时间点之间的 sinc 插值。

限制

任何尝试恢复丢失信息的尝试都将受到实验数据可变性的限制，尤其是与任务无关的可变性。

替代方法

为每个切片创建单独的分析模型，然后将其作为数据分析的一部分，而不是预处理。

静息态 fMRI

当使用标准的 EPI 序列时，rsfMRI 的切片时间校正与基于任务的 fMRI 的切片时间校正相同。但是，一些 rsfMRI 研究使用多波段序列 这些使得切片时间校正 a) 由于 TR 非常短而可能过时 b) 更为棘手，因为并非所有切片都是单独采集的。

实现

AFNI

3dTshift 是 AFNI 中用于切片时间校正的命令。-tzero nn 选项可用于定义所有切片应重新采样的时间偏移量。或者，可以使用选项 -slice n 来插值到体积的第 n 个切片。默认插值为傅立叶插值，据称（在 AFNI 页面上）是精度最高的，但速度最慢，但这也可能进行调整。有关更多选项和详细信息，请参阅手册页面 。将切片时间校正到 z 方向（alt+z）交错采集的切片的零时间点，且 TR 为 2.3 秒的命令如下

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

要验证切片时间（例如切片是否以交错方式采集），您可以在 .results 文件夹中执行以下命令，这将为您提供切片 0、1、2、... 的偏移量（其中 FILENAME 是当前数据集的名称，即切片时间校正之前，但例如在丢弃前几个体积之后，通常是类似于 pb00.SUBJECTNAME.RUNNAME.tcat+orig 的内容）

3dinfo -VERB FILENAME | grep offsets

您也可以使用 afni 查看器中的图形显示来检查切片时间校正。当时间（indx、value、at...）在显示采集它们平面的图像中滑动穿过切片时来回跳跃时，这些切片是交错采集的。在切片时间校正后，时间不应该再发生变化，并且当在图形本身中遍历时间序列时，时间应该从体积到体积以 TR 的速度增加。查看本书 AFNI 软件部分中提到的教程，了解更详细的描述。

使用时间序列图形检查切片时间校正

在 afni_proc.py 中，这是一个默认组件，与第一个 TR 对齐。令人困惑的是，这里的标准插值是五次插值。当然，可以使用以下方法调整所有参数

-tshift_interp
-tshift_align_to

SPM

切片时间顺序

切片顺序是切片时间程序中一个非常重要的参数，准确描述顺序可以保证校正效果。如果你不确定顺序，最好的方法是直接询问实验者并获取第一手信息。在大多数扫描仪上，EPI 可用的切片顺序如下：

1. 升序：从负方向到正方向获取切片，在 SPM 中可以表示为 [1ː1ːnslices]
2. 降序：从正方向到负方向获取切片，在 SPM 中可以表示为 [nslicesː-1ː1]
3. 交错：交替从奇数和偶数切片获取切片。奇数切片可以表示为 [1ː2ːnslices]，偶数切片可以表示为 [2ː2ːnslices]。通常在这种模式下，采集是按升序进行的

此外，一些机器可能具有特定的切片顺序模式（如中心、反转中心、最大交错等），请参阅 SPM/切片时间 获取更多信息。

切片时间参数

参数	值	注释
会话	图像批次	/
切片数量	切片数量	整数
TR	重复时间	浮点数
TA	TA = TR-(TR/nslices)	浮点数
切片顺序	见上文	/
文件前缀	带有 ä.nii	/

FSL

FSL 中的切片时间校正是 FEAT 预统计方法的一部分。它通过使用（汉宁窗）sinc 插值将每个时间序列相对于 TR 周期的中间值移动适当的 TR 分数来工作。

在 FSL GUI 中选择 FEAT，然后选择预统计选项卡。在那里你可以根据切片获取方式将切片时间校正：从无更改为适当的选项。如果切片是从大脑底部到顶部获取的，请选择常规向上。如果切片是从大脑顶部到底部获取的，请选择常规向下。如果切片是交错顺序获取的（0、2、4...1、3、5...），则选择交错选项。如果切片不是按常规顺序获取的，则需要使用切片顺序文件或切片时间文件。如果要使用切片顺序文件，请创建一个文本文件，每行包含一个数字，其中第一行表示第一个获取的切片，第二行表示第二个获取的切片，等等。第一个切片编号为 1，而不是 0。如果要使用切片时间文件，请在文本文件的每行中放入一个值（即每个切片）。单位为 TR，0.5 对应于无位移。因此，合理的值范围将介于 0 和 1 之间。

FEAT GUI 预统计选项卡，选择了交错切片时间校正

FSL 中的命令行选项为slicetimer

slicetimer -i INPUTFILE [options]

您应该考虑指定的选项是

       -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)

参考文献

Huettel, S. A., Song, A.W., & McCarthy, G. (2008). 功能性磁共振成像 (第二版)。Sinauer Associates, Inc: 桑德兰，马萨诸塞州，美国。

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时间效应及其校正。神经影像，58, 588-594