fMRI掃描、設計、處理的基本術語

1 SE：自旋回波（spin echo）脈沖序列。脈沖沖擊使得原本的訊號偏離（通常是偏離90/180），訊號隨后會恢復原來的方向，像回音一般。

2 GRE：梯度回波（gradient echo）序列。

理解：若用操場上的跑者來比喻跑得有快有慢的自旋，精神上：

1）“自旋回波”采用的射頻脈沖可以將快的跑者與慢的跑者所在位置互換，但跑的方向不變，則快的跑者漸漸會追上慢的跑者而靠攏在一起，成了回波的最高峰。

2）“梯度回波”采用的梯度磁場反轉(zhuǎn)的方式，像是要求跑者在某個時間點反向跑，但此時因快而領先的跑者此時反而成了落后，慢的跑者反之；最后快的跑者追回慢的跑者而靠攏在一起，成了回波的最高峰。

二者都是結(jié)構成像打的脈沖。

3 TR：重復時間（repetition time）。兩次磁脈沖的間隔時間，決定了時間分辨率。越短分辨率越高。

4 TE：回波時間（echo time）。磁脈沖沖擊導致偏轉(zhuǎn)后回歸勻場的時間。越短說明信號越強。

5 EPI：回波平面成像（echo planar imaging），目前fMRI信號的采集方式。EPI必須結(jié)合特定的激發(fā)脈沖才能成為真正的MRI序列，如梯度回波平面成像（GRE-EPI）和自旋回波平面成像（SE-EPI）。通常情況下，GRE是3D像，SE是解剖像。

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1掃描的三個面/位：

軸狀面/水平面/橫斷面，從頭頂?shù)斤B底的掃描，將人體分為上、下兩部的平面。

矢狀面：前后方向，從頭顱左側(cè)到右側(cè)進行掃描，將人體分成左、右兩部的縱切面。

冠狀面/額狀面：指左、右方向，從頭部前面到后面進行掃描，將人體分為前、后兩部的縱切面。

2 體素（Voxel）-像素（Pixel）

Pixel是二維平面圖的基本單位，Voxel由“Volume Pixel”一詞合并而成，是構成三維圖形的基本單位。Voxel代表空間分辨率。

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3?矩陣（matrix），磁共振的矩陣可以為64*64——1024*1024；磁共振常用的矩陣為64*64（EPI）；256*256（SE）。

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4?視野（field of view，FOV）：X軸、Y軸方向上實際成像區(qū)域的大小。也就是把大腦“框入”的實際面積。

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5?空間分辨率（resolution）：單個體素在X軸、Y軸、Z軸的大小。

層面方向的空間分辨率=層厚

頻率編碼方向的空間分辨率=頻率方向的FOV除以頻率方向的Matrix

相位編碼方向的空間分辨=相位編碼的FOV除以相位方向的Matrix。

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FOV、Matrix、層厚與Resolution之間的關系：

FOV不變，矩陣越大，XY平面的空間分辨率越高；

矩陣不變，FOV越大，XY平面的空間分辨率越低；

層厚越厚，層面選擇方向的空間分辨率越低。

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fMRI實驗設計的術語

1 condition：一種實驗的操作任務或刺激種類，可以有一個或幾個（相當于實驗心理學中的“水平”）；

2 Trial：一個刺激單元；

3 Block：由多個刺激組成的獨立組塊；

4 Run/Scan：一次連續(xù)不間斷地掃描；

5 Session：一名被試在一天內(nèi)進行的所有掃描（注意，SPM中的Session等同于AFNI中的Run）。

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常見的實驗設計模式

一、組塊設計（block design）

Block設計有兩種類型：

1，單任務設計：一個實驗水平和一個基線水平

2，多任務設計：多個水平，通常要避免順序效應和被試預期帶來的影響。當檢測的腦區(qū)是較早進化的（如枕葉），由于其更為經(jīng)濟（活動時耗氧少，波動?。枰B續(xù)多個trail來降噪。

其優(yōu)點是：

1，對于激活有很好的檢測力；

2，分析方法簡單。

缺點是：

1，對信號漂移敏感。由于磁共振設備中存在熱噪音，最好在設計block時將周期疊加（一個周期=實驗周期+熱周期），即待到熱噪音影響消退時再次開始實驗收集數(shù)據(jù)。

2，無法避免被試的預期和訓練中策略的形成對研究的影響（被試回對任務產(chǎn)生適應）。

3，不斷重復的刺激容易導致被試血動學反應衰退（神經(jīng)元細胞也會產(chǎn)生適應）。

4，疲勞效應難以在不同類型的刺激中平衡。

5，許多實驗任務無法使用block設計實現(xiàn)。

6，無法良好地估計血流動力學反應（hemodynamic response function，HRF）。

二、事件相關設計（event-related design）

事件相關設計的特點是：

1，同類刺激引起的血氧反應相似。

2，刺激和反應鎖時（time-locked）。

關于鎖時：http://52brain.com/thread-9163-1-2.html

3，疊加平均后，局部血氧反應信噪比良好。

4，n次平均后，信噪比提高n倍，復讀信噪比提高√n倍。

5，多種刺激隨機呈現(xiàn)，消除預期效應。

6，可獲得不同刺激類型和行為反應類型的成像。

事件相關設計的類型：

1，慢事件相關，刺激間隔可固定，間隔至少12s使得反應不重疊，。慢事件相關的數(shù)據(jù)分析相對比較簡單，其缺點是掃描時間長，可能存在預期效應。

2，快事件相關，刺激快速呈現(xiàn)，BOLD信號重疊?？焓录嚓P要求數(shù)據(jù)符合線性、時不變（事件與之后的BOLD反應的時間間隔固定），trail之間的間隔要保證掃描與任務處于同一間隔內(nèi)，被試反應后進入下一個trail的時間=TR的整數(shù)倍-實際反應時。如果含有多個試次或刺激類型的實驗，除了顧及間隔為TR的整數(shù)倍，還需要考慮不同刺激的順序和時間間隔（偽隨機時間抖動，即Jittered偽隨機。抖動設計是為了防止被試根據(jù)時間間隔反應）。其優(yōu)點是掃描時間短，可以避免預期效應；缺點是數(shù)據(jù)分析復雜（但有現(xiàn)成的軟件）。

事件相關設計的優(yōu)點是：

1，有利于準確地估計血液動力學反應模式（HRF）；

2，有利于精確區(qū)分認知過程中的各種加工成分；

3，多種刺激隨機呈現(xiàn)，消除預期效應；

4，有利于fMRI實驗的事后分析。

缺點是：

1，較低的激活檢驗能力；

2，數(shù)據(jù)分析較復雜。

筆記來源：西南大學心理學部社會認知神經(jīng)科學研究進展-馮廷勇