SPM을 이용한 뇌영상 전처리(2): Slice timing correction

이번 게시글에서는 fMRI 분석 프로그램인 SPM을 이용해서 영상 획득 단계에서 각 부피 영상(volume)마다 획득 시점이 다른 문제로 생기는 신호 강도의 차이를 교정하는 절차인 slice timing correction을 적용해보도록 하겠습니다. fMRI 분석 단계에 대한 개요를 알고 싶으면 이전 게시글(링크)를 참고해주세요.

Slice timing correction 개요

  1. Slice timing은 부피 영상 획득 시점을 의미합니다. 때때로 전처리 단계에서 slice timing correction을 적용하지 않는 경우도 있습니다. 
  2. 그렇지만 fMRI 통계 분석은 BOLD 신호의 time course를 분석하는데 목적이 있기 때문에, 자극 제시와 관련하여 정확한 시간을 계산하는 것이 중요합니다.
  3. 예들 들어, TR(개별 volume 획득 시간)이 2초고 30개의 slice를 수집한다고 가정했을 때, 한 slice의 획득 시간(TR/slice)은 약 66.66초(2000/30) 입니다. Slice timing correction은 표집 시간의 차이를 교정합니다. 아래 그림을 참고해주세요.


     
  4. slice timing correction과 realignment의 처리 순서는 가변적일 수 있는데 그 절차에 따라 차이가 발생합니다. 만약 slice를 순차적으로(예, 위에서 아래로, 아래에서 위로) 획득했다면 realignment를 먼저 진행하는 것이 권장됩니다.
  5. 움직임이 심한 경우 slice timing correction이 먼저 실시된다면 움직임과 관련 있는 MRI 신호 강도의 차이가 전 신호에 걸쳐 퍼질 수 있다는 문제가 있기 떄문입니다.
  6. 하지만 slice timing correction을 권장하지 않는 사람들도 있습니다. 그 이유는 아래의 슬라이드를 참고해주세요.

이 자료의 출처를 아는 분들은 제보 바랍니다.


SPM에서 Slice timing을 교정하는 방법

1. Slice timing 선택

  1. 먼저 SPM에서 slice timing을 선택합니다. 두 가지 방법이 있으며 아래 그림을 참고해주시면 됩니다.

2. fMRI 영상 추가
  1. slice timing을 선택하고 나면 다음과 같은 화면이 나타날 것입니다.




  2. 여기서 [Data]를 더블클릭하고 fMRI 영상이 있는 directory에서 fMRI scan을 추가해주세요. 만약 realignment를 먼저 했다면 realignment된 fMRI scan을 추가해주시면 됩니다.
  3. 만약 여러 세션동안 영상을 획득했다면 세션마다 fMRI scan을 추가해야 합니다. 이 전에 올린 realignment(링크)에서 세션별로 자료 추가 방법 올린 것을 참고해주시면 됩니다.



3. 설정값 입력

  1. Slice timing correction에서는 다음과 같은 입력값이 필요합니다.
  2. Number of slice: TR마다 얻어지는 단면 획득 수 입니다(예, 36).
  3. TR: 개별 volume을 획득하는데 걸리는 시간(초)입니다(예, 2).
  4. TA: TR-(TR/number of slice)로 계산해서 넣으면 됩니다(예, 2-(2/38)=1.94444). 
  5. Slice order: 단면 획득 순서를 의미합니다. Sequential 방식으로 단면을 얻었는지, interleaved 방식으로 얻었는지에 따라 입력 방법이 다릅니다. 자세한 절차는 아래 그림을 참고해주세요.

     
  6. Reference slice: 의미 그대로 참조하는 slice입니다. 일반적으로 TR의 중간 시점에서 얻어진 slice를 사용합니다. 예를 들어, 각 volume이 decending 방식으로 얻어진 36개의 slice로 구성되었다고 하면 중간값인 18을 입력하면 됩니다.

4. 결과물

  1. Filename prefix: 파일명에 'a'가 추가된 것을 확인해주세요.

     
  2.  그 외에 다른 출력물들은 없습니다.

마치며

  fMRI 전처리에서 두 번째 단계 단계인 단면 획득 시간 보정(slice timing correction)에 대해서 다뤘습니다. 이 과정이 필요하다, 필요하지 않은지 여부가 논쟁이 되고 있습니다. 지금은 어떻게 결론이 났는지는 모르겠네요. 다만, time course를 추출해서 분석하려는 생각이 있다면 이 과정을 거치는게 좋지 않을까 하는 생각은 들었습니다. 혹시 궁금한 점이 있으면 문의주세요. 이만 마치도록 하겠습니다 :)

다시보기

0). SPM을 이용한 fMRI 전처리 개요(링크)
1). SPM을 이용한 realignment(링크)
→ 3). SPM을 이용한 coregistration(링크)
4). SPM을 이용한 segment(링크)
5). SPM을 이용한 normalization(링크)
6). SPM을 이용한 smoothing(링크)

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