ABIDE Preprocessed 结构态MRI数据集介绍及下载

ABIDE数据集介绍及下载

 ABIDE Prerocessed项目是在ABIDE I 项目的基础上发展而来,主要是对ABIDE I中采集到的原始数据进行了一定的预处理和初步的特征提取。针对于fMRI和sMRI数据有着不同的处理方式,本次主要对其中提供的sMRI预处理结果进行介绍,同时对这些数据的下载方法进行展示。除此之外,采集策略、样本数目等更为宽泛的介绍参见官网ABIDE Preprocessed

 首先ABIDE Preprocessed项目对于sMRI数据给出了三种不同的预处理方案下的结果,分别为ANTS、CIVET、FreeSurfer,不同方案下的脑区分割策略以及获得的特征都存在着些许差异,由于笔者比较关注于Region based的特征,因此对于其中Vertex based的特征并未进行细致的了解,相应的,没有给出明确region based结果的Free surfer方案将着墨不多。以下进行详细介绍。

ANTS

 ANTS方案下提供了两种sMRI特征,一种是voxel-wise的皮层厚度特征;一种是region-based平均皮层厚度特征,采用的大脑皮层分区方式为DKT模版,但原本的35个区域从中去除了4个区域bankstss、corpus callosum、 frontal pole、 temporal pole,因此最终在大脑皮层层面左右半均只有31个ROIs。此外,下载得到的数据中还包含了非皮层区域的厚度特征,具体可以参见官网给出的number-name对应:labeling protocol
 数据的下载链接模版为:
https://s3.amazonaws.com/fcp-indi/data/Projects/ABIDE_Initiative/Outputs/ants/[derivative]/[file identifier]_[derivative][suffix]

其中:

  1. file identifier为样本的标识号,可以查阅样本的Phenotypic文件得到;
  2. derivative为选取特征的名字,在ANTS方案下可选项有:anat_thickness, roi_thickness;
  3. suffix为文件的后缀名,anat_thickness对应.nii.gz,roi_thickness对应.txt

 最终我们下载得到的DAT文件大概是这样:
在这里插入图片描述

上面一部分是标题栏,下面一部分是对应的值,通过将Mean_xx后的序号和 labeling protocol 一一对应就可以确定这些measures的归属,可以发现确实是包含了左右脑各31个区域,同时还有一些非皮层区域。

CIVET

 CIVET预处理后的sMRI数据相交于ANTS处理得到的,提供了更为丰富的信息,包括了Surfaces、Vertex-based Measures、Region-based Measures、Cortical Thickness Maps,这里主要介绍Region-based Measures,其余特征下载方式类似。
 关于CIVET得到的Region-based Measures,官网给出的描述已经较为清晰,这里同样主要补充关于其Labeling protocal的知识。比较不同的点在于,它并没有使用DTK作为模版而是默认采用了basic lobar的划分方式,最终每个半脑只有9个区域,具体划分的方式参见图谱:Surface Parcellation
 数据的下载链接模版为:
https://s3.amazonaws.com/fcp-indi/data/Projects/ABIDE_Initiative/Outputs/civet/surfaces_[derivative]/[file identifier]_[derivative][suffix]

其中:

  1. file identifier为样本的标识号;
    1. derivative为选取特征的名字,在ANTS方案下可选项有:[derivative] = gi_left | gi_right | lobe_areas_40mm_left | lobe_areas_40mm_right | lobe_native_cortex_area_left |lobe_native_cortex_area_right | lobe_thickness_tlink_30mm_left | lobe_thickness_tlink_30mm_right |lobe_volumes_40mm_left | lobe_volumes_40mm_right
  2. suffix为文件的后缀名,Region-based Measures对应.dat,其余见官网。

由于CIVET包含的形态学测度不局限于皮层厚度而是更多,可以在CIVET官网查阅:Listing of Output Folders / Files
 最终我们下载得到的DAT文件大概是这样
在这里插入图片描述
很好理解,不再赘述

FreeSurfer

 FreeSurfer场景下得到的预处理数据会更为的复杂, 直接给出了FreeSurfer处理后的所有输出结果,自行按需下载即可,下载链接模版为:
https://s3.amazonaws.com/fcp-indi/data/Projects/ABIDE_Initiative/Outputs/freesurfer/5.1/[file identifier]/[sub directory]/[output file]
其中:

  1. file identifier为样本的标识号;
  2. sub directory为Free surfer标准输出包含的子文件夹,可选项有label | mri | scripts | stats | surf
  3. ouput file为FreeSurfer最终的输出文件名,参见FreeSurfer Output自行填写,注意和其父文件夹名字的对应。
     值得注意的是下载得到的FreeSurfer处理结果非常原始,不能和之前二者一样通过TXT打开,在Python环境下可以用Nibabel或者是Surfa来打开。
### 下载和预处理 ABIDE 数据集 #### 1. **下载 ABIDE 数据集** ABIDE 数据集提供了多种方式来获取其丰富的功能性磁共振成像 (fMRI) 和结构MRI 数据。以下是两种主要的下载方法: - 方法一:通过官方网站手动下载 访问 ABIDE II 的官方网站[^2],即 [https://fcon_1000.projects.nitrc.org/indi/abide/](https://fcon_1000.projects.nitrc.org/indi/abide/)。在此页面上,可以根据具体的研究需求选择不同的站点数据。点击“Download”选项后进入图像集合界面,在此可以选择感兴趣的研究对象并完成全选操作以便批量下载。 - 方法二:利用 Nilearn 工具包自动化下载 如果熟悉 Python 编程环境,则可以借助 `Nilearn` 库实现自动化的数据抓取过程。这种方法更加高效便捷,尤其适合大规模数据分析场景下的应用开发人员或研究人员使用。不过需要注意的是,这要求使用者具备一定的编程基础以及对该库函数接口有一定了解程度才能顺利实施整个流程[^1]。 ```python from nilearn.datasets import fetch_abide_pcp data = fetch_abide_pcp(data_dir='/path/to/store/data', quality_checked=True) print(f"Functional timeseries are located at: {data.func_preproc}") ``` 上述代码片段展示了如何调用 `fetch_abide_pcp()` 函数从远程服务器拉取已预处理好的 fMRI 时间序列文件,并将其存储到指定目录下 (`/path/to/store/data`) 中去。 --- #### 2. **预处理 ABIDE 数据集** 对于原始采集回来未经任何加工过的影像资料而言,通常需要经历以下几个方面的前期准备工作才能够用于后续建模分析阶段的工作当中: - **质量控制**: 对每一份扫描样本执行严格的质量评估程序以剔除那些不符合标准或者存在明显伪影干扰等问题影响较大的个体案例出来从而提高整体实验结果可靠性水平。 - **头动校正**: 鉴于人在接受核磁共振检测过程中难免会产生轻微的身体晃动现象因此有必要采取相应措施消除这种因素可能带来的偏差效应比如采用刚体变换模型来进行位置调整等等手段达到稳定化效果的目的。 - **空间标准化**: 将所有参与者的脑部结构映射至统一的标准模板空间(如MNI坐标系),便于跨被试间比较研究发现潜在规律特征。 - **信号滤波**: 移除非神经源性的高频噪声成分保留低频范围内的生理活动变化趋势有助于揭示大脑内部复杂的网络交互关系特性。 下面给出一段简单的Python脚本用来演示部分常见预处理步骤的操作方法: ```python import nibabel as nb import numpy as np from scipy.ndimage import gaussian_filter def preprocess_fmri(file_path, output_path): img = nb.load(file_path) data = img.get_fdata() # Apply Gaussian smoothing to reduce noise smoothed_data = gaussian_filter(data, sigma=2) # Save preprocessed image back to disk new_img = nb.Nifti1Image(smoothed_data, affine=img.affine) nb.save(new_img, output_path) preprocess_fmri('input.nii.gz', 'output_smoothed.nii.gz') ``` 该示例实现了基于高斯平滑算法降低随机波动幅度的功能模块设计思路[^3]。 ---
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