fMRI扫描、设计、处理的基本术语

1 SE：自旋回波（spin echo）脉冲序列。脉冲冲击使得原本的讯号偏离（通常是偏离90/180），讯号随后会恢复原来的方向，像回音一般。

2 GRE：梯度回波（gradient echo）序列。

理解：若用操场上的跑者来比喻跑得有快有慢的自旋，精神上：

1）“自旋回波”采用的射频脉冲可以将快的跑者与慢的跑者所在位置互换，但跑的方向不变，则快的跑者渐渐会追上慢的跑者而靠拢在一起，成了回波的最高峰。

2）“梯度回波”采用的梯度磁场反转的方式，像是要求跑者在某个时间点反向跑，但此时因快而领先的跑者此时反而成了落后，慢的跑者反之；最后快的跑者追回慢的跑者而靠拢在一起，成了回波的最高峰。

二者都是结构成像打的脉冲。

3 TR：重复时间（repetition time）。两次磁脉冲的间隔时间，决定了时间分辨率。越短分辨率越高。

4 TE：回波时间（echo time）。磁脉冲冲击导致偏转后回归匀场的时间。越短说明信号越强。

5 EPI：回波平面成像（echo planar imaging），目前fMRI信号的采集方式。EPI必须结合特定的激发脉冲才能成为真正的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）。通常情况下，GRE是3D像，SE是解剖像。

1扫描的三个面/位：

轴状面/水平面/横断面，从头顶到颅底的扫描，将人体分为上、下两部的平面。

矢状面：前后方向，从头颅左侧到右侧进行扫描，将人体分成左、右两部的纵切面。

冠状面/额状面：指左、右方向，从头部前面到后面进行扫描，将人体分为前、后两部的纵切面。

2 体素（Voxel）-像素（Pixel）

Pixel是二维平面图的基本单位，Voxel由“Volume Pixel”一词合并而成，是构成三维图形的基本单位。Voxel代表空间分辨率。

3 矩阵（matrix），磁共振的矩阵可以为64*64——1024*1024；磁共振常用的矩阵为64*64（EPI）；256*256（SE）。

4 视野（field of view，FOV）：X轴、Y轴方向上实际成像区域的大小。也就是把大脑“框入”的实际面积。

5 空间分辨率（resolution）：单个体素在X轴、Y轴、Z轴的大小。

层面方向的空间分辨率=层厚

频率编码方向的空间分辨率=频率方向的FOV除以频率方向的Matrix

相位编码方向的空间分辨=相位编码的FOV除以相位方向的Matrix。

FOV、Matrix、层厚与Resolution之间的关系：

FOV不变，矩阵越大，XY平面的空间分辨率越高；

矩阵不变，FOV越大，XY平面的空间分辨率越低；

层厚越厚，层面选择方向的空间分辨率越低。

fMRI实验设计的术语

1 condition：一种实验的操作任务或刺激种类，可以有一个或几个（相当于实验心理学中的“水平”）；

2 Trial：一个刺激单元；

3 Block：由多个刺激组成的独立组块；

4 Run/Scan：一次连续不间断地扫描；

5 Session：一名被试在一天内进行的所有扫描（注意，SPM中的Session等同于AFNI中的Run）。

常见的实验设计模式

一、组块设计（block design）

Block设计有两种类型：

1，单任务设计：一个实验水平和一个基线水平

2，多任务设计：多个水平，通常要避免顺序效应和被试预期带来的影响。当检测的脑区是较早进化的（如枕叶），由于其更为经济（活动时耗氧少，波动小），更需要连续多个trail来降噪。

其优点是：

1，对于激活有很好的检测力；

2，分析方法简单。

缺点是：

1，对信号漂移敏感。由于磁共振设备中存在热噪音，最好在设计block时将周期叠加（一个周期=实验周期+热周期），即待到热噪音影响消退时再次开始实验收集数据。

2，无法避免被试的预期和训练中策略的形成对研究的影响（被试回对任务产生适应）。

3，不断重复的刺激容易导致被试血动学反应衰退（神经元细胞也会产生适应）。

4，疲劳效应难以在不同类型的刺激中平衡。

5，许多实验任务无法使用block设计实现。

6，无法良好地估计血流动力学反应（hemodynamic response function，HRF）。

二、事件相关设计（event-related design）

事件相关设计的特点是：

1，同类刺激引起的血氧反应相似。

2，刺激和反应锁时（time-locked）。

关于锁时：http://52brain.com/thread-9163-1-2.html

3，叠加平均后，局部血氧反应信噪比良好。

4，n次平均后，信噪比提高n倍，复读信噪比提高√n倍。

5，多种刺激随机呈现，消除预期效应。

6，可获得不同刺激类型和行为反应类型的成像。

事件相关设计的类型：

1，慢事件相关，刺激间隔可固定，间隔至少12s使得反应不重叠，。慢事件相关的数据分析相对比较简单，其缺点是扫描时间长，可能存在预期效应。

2，快事件相关，刺激快速呈现，BOLD信号重叠。快事件相关要求数据符合线性、时不变（事件与之后的BOLD反应的时间间隔固定），trail之间的间隔要保证扫描与任务处于同一间隔内，被试反应后进入下一个trail的时间=TR的整数倍-实际反应时。如果含有多个试次或刺激类型的实验，除了顾及间隔为TR的整数倍，还需要考虑不同刺激的顺序和时间间隔（伪随机时间抖动，即Jittered伪随机。抖动设计是为了防止被试根据时间间隔反应）。其优点是扫描时间短，可以避免预期效应；缺点是数据分析复杂（但有现成的软件）。

事件相关设计的优点是：

1，有利于准确地估计血液动力学反应模式（HRF）；

2，有利于精确区分认知过程中的各种加工成分；

3，多种刺激随机呈现，消除预期效应；

4，有利于fMRI实验的事后分析。

缺点是：

1，较低的激活检验能力；

2，数据分析较复杂。

笔记来源：西南大学心理学部社会认知神经科学研究进展-冯廷勇