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1、动态时间点分类分析软件操作手册（版本：V1.0）杭州师范大学2014年8月1. 引言人脑并非一个静止的系统，脑区活动、脑区之间的功能连接等都 是随时间动态变化的。传统分析方法，如种子点功能连接和独立成分 分析(ICA )等，都是在整体时间段水平上进行分析，无法获取随时 间变化的动态信息。对大脑功能网络动态特性分析的方法包括滑动窗相关分析、可变 参数回归、独立向量分析和动态时间点分类分析等方法。这些方法从 不同角度探究大脑的动态特性。由Liu等人提出的动态时间点分类分析的方法，可以根据原始的 血氧水平依赖(BOLD)信号对各个时间点进行分类，同一类别下的时 间点具有相似的BOLD信号模式。因此，
2、不同的类别可以表现出大脑 不同的活动模式，反映不同脑区在不同时间下相互配合或是相互抑制 的生理机制。与其他方法相比，动态时间点分类分析的方法不依赖统 计假设，结果更加稳定可靠。Liu等人在提出方法时，并没有提供相应的软件实现代码，这对 我们应用与推广这种方法带来不便。目前主流的脑影像计算与统计分 析软件，如统计参数图( Stat i st i cal Parameter Mapp i ng ， SPM )以 及FMRIB Software Library (FSL)等也均未添加进行这种分析的功 能。为方便应用，我们根据Liu等人的文章在Matlab平台下编写了 相应代码，用户通过简单操作就可以
3、进行动态时间点分类分析。本软件的目标人群为：所有做功能磁共振成像的研究人员，包括 任务态（激活研究），静息态（自发神经活动研究）等，包括心理学 研究者、认知神经科学研究者、临床神经科学家以及临床医生。本软 件的主要目的是为研究者进行动态时间点分类分析提供实用工具，方 便研究者应用和改进这项分析方法，推动大脑动态特性研究进程。 2. 总体设计2.1 软件特性1. 用户图形界面，方便操作；2. 可以进行不同人之间、不同状态之间的分析；3. 提供多种种子点定义方式，参数设置简单；4. 生成丰富结果，方便分析及引用。2.1 软件环境操作系统：Windows系列；软件需求:Ma tlab2009a及以上
4、版本，包括统计分析和图像分析模块；开发工具：Matlab2013a；图像格式：需要NIFTI格式数据，且必须为3D .nii格式。2.2 基本设计思路根据自定义的种子点，提取每个人（状态）对应的时间序列，根 据所设阈值，可以得到每个人（状态）超过阈值的时刻点。将每个人（状态）超过阈值的时刻点对应的3D .nii数据放到一起，并根据k平均聚类法进行分类，具有相似空间模式的数据被分成一类。将每一类下的数据分别平均，可以得到代表此分类的基本模式图 可以将不同模式图放到一起进行比较。2.3 软件流程图软件流程图如下图所示。首先，所有数据都要经过所设阈值的过 滤，超过阈值的数据进入下一步分析。然后，这些
5、数据会被放到一起， 根据k平均聚类法进行分类，分类完成后会生成总体以及各个分类的 平均脑图。最后，软件会根据每个人（状态）数据的分类情况，自动 生成相关信息并保存。3. 模块设计3.1 数据输入模块数据输入模块为主界面上方的空白框，导入数据后，数据路径、 数据数目会在空白框中显示。3.2感兴趣区(ROD定义模块感兴趣区(ROI)定义有单独GUI界面，可以提供三种定义方式， 分别为球形ROI、预定义ROI和时间序列。3.3 参数输入模块 参数设置模块位于主界面下方，包括输出路径设置、阈值设置以及分类数目设置。4. 软件使用手册4.1 安装解压安装包，将文件夹放置于任意位置。打开Matlab，依次
6、点击FileSet Path，在弹出的对话框中选择Add with Subfolders，在路径 中选中解压出的文件夹。添加完成后，点击SaveClose，关闭对话 框。4.2 操作421软件启动。在Matlab命令窗口中输入Decom,并回车，打开软件界面。4.2.2 添加数据。在软件界面上方空白框上单击右键，在弹出的菜单 中选择 Add recursively all sub-folders of a directory。在弹出的对话框 中选择待分析数据所在文件夹，应将不同人、不同条件的数据放入不 同的子文件夹中，只选择外面一层文件夹即可。注意：待分析数据必 须为3D .nii格式，每个.
7、nii文件为一个时间点的BOLD图。文件导入 过程中，空白框背景会变成绿色，所有数据添加完成后，会重新变成 白色。.rraLSubjKl.Dl2D14/S/L3 22:(X5re-al_54jbject_D22D14/3/13 2比05医 rfaLSdbjecOS201W13 22：(K5.rMl_SubjKl_M2Dlfl/a/L3 22M201W13 22：04.sharn_SubjKi_D22014/8/13 22：CMshamL54jbject_D2D14/3/13 22:03上 fiham.SutyectjM201W13 22：O3竝艾小!_ 贮口收居耳匕話edjWVolurnejD
8、OLnii2D14/7/2 2LDDMl Jtft1.D62 KBftovRegr655edjWVolume_iKi2!rill14/7/2 ZlHJf?NllSSt1.0&2 K；BfC：ORegre55ed_4OVolume_003rHii2014/7/2 21 创Mil轴1.0&2 KB1tDvRtgriGed_4DVDluiTie_0D4.riii2D14/7/3 21:DDNR曲.Q62 朋_ FCDvRegrff&ed_4ID-VDlume_005.nii2D14/7/2 2LDDhi:丈样1,062 KBftDvRegrff&Sied_4l?VDlume_iXi&.nii2D24
9、/7/2 2LDDRl：丈样1.0&2 KBfC：ORegre&5ed4OVoluiri0_OO7!fiii2014/7/2 21 创刚文特1.0&2 KB1tDvRegre5Etd_4l&VDlume_QCiB.nii2D 14/7/3 21:DDhl：曲1.D62 汨fcjUWninpriF rWl4 nilhr -a1 rtfi? ER423定义感兴趣区（ROI）。数据添加完成后，点击Define ROI按钮， 在弹出的界面中选择Add ROI。软件提供三种定义种子点的方法，分 别为球形ROI、预定义ROI和时间序列。这里以球形ROI为例，选 中Spherical ROI，点击Next，
10、在X、Y、Z中输入指定的种子点坐标， Radius中输入球形ROI半径，单位为毫米。点击OKDoneDone， 种子点添加完成，回到主界面。Swd ROI Definition 1*0AHentian:For HlFI I images (e.g. prepracessed try SPNtS orversion, just lypf： In theMHI coord infflea, i.b. pobIW-b xv-alus means right riemispherB ofbrairiii which disp怙阿im ihe- lefl side- in REST Slice Wiew
11、*rREST Slice Viewer dispUryed in HMIloiotW corwendonhFoi- A MA LYZE i 直尊歸(e jg.( 口阳口fxg sed by SPM2), pl“匚heck 1hDQrneaEHinOence Octwecn xvfllue find i-Blf nght hemisphere in REST Slic Viewer bdcauiae ANALYZE Im日乜吞b do mot contain Isfbright infaTmaiton!Xlmny Y(rnn) Zlmnii Pn424参数设置。点击Output Dir 一栏右侧
12、按钮，选择生成结果存放 的路径。在 threshold 右侧文本框中输入种子点时间序列的阈值，表 示只选择整个时间序列中 BOLD 信号值前一定百分比的时间点，范 围从 0 到 1。在 components number 右侧文本框中输入分类数目，必 须为整数。4.2.5运行。点击主界面右下角Run按钮，开始分析。在Mat lab的命令窗口会出现程序运行信息，出现“ All done. Congra tula tion!”后，计算结束。4.3结果4.3.1 结果目录。在结果存放路径下生成的目录如下图所示。以 select开头的文件夹存放每个人每种状态下满足阈值的时刻点的.nii数据， 这些数据
13、另外都存放至select_all文件夹下。数字代表的文件夹表示 不同的分类结果，同一个文件夹下的数据属于同一类。名称修改日期类型K小知2014/7/22 22:53文磁22014/7/22 22:53文磁 32014/7/22 22:53文磁2014/7/22 22:53文磁result2014/7/24 9:19文磁&elect_all2014/7/22 22:29文帙sei ect_rea l_Su bj ectjOl2014/7/22 22:29文磁sei ect_rea l_Su bj ectjO22014/7/22 22:27文磁sei ect_rea l_Su bj ectjO32
14、014/7/22 22:26文磁sei ect_rea l_Su bj ect_042014/7/22 22:25文磁4.3.2 result 文件夹目录。生成结果中 result 文件夹下的目录如下。以 mean开头的.nii文件表示同一分类下数据的平均，mean_表示所有数 据的平均。存放不同类别所占时间点比例及类内一致性信息。result2 提供各个时刻点所属成分信息，有两种存储格式，分别为和，并将信 息以图片的形式输出，保存为。 result3 提供每个人（状态）各成分所 占比例信息，有两种存储格式，分别为和，并将信息以图片的形式输出，保存为。容祢i : mesn_l.nii meari_2.riii me*Mn_3.nni : mtan_4,riiii : m&sri_5.riii mean_all.n；i_ mult.bdi : rult2.mat 嗨 result2.tif res,ult2.tK&起 rr5ult35tif修改m期R小2C14/B/13 18:09hUJ文件1.0&2 KE2D14/B/13 18:10NU彌1.062 KB2D14/B713 18:10mu文祥1.062 KB2014/0/13
