提取DWI数据的FA和MD

news2024/10/5 16:24:01

DWI简介

扩散加权磁共振成像（DWI ）是使用特定的 MRI 序列以所获得的脑成像数据，该成像手段依靠水分子的扩散在 MR 图像中产生对比度。优于组织中的分子扩散不是自由的，而是反映了与许多障碍物（例如大分子，纤维和膜）的相互作用。因此，水分子扩散模式可以揭示有关正常或处于患病状态的组织结构的微观细节。弥散张量成像（DTI）是一种特殊的 DWI，已被广泛用于绘制大脑中的白质束图

FA和MD简介
部分各向异性分数(fractional anisotropy, FA)

测量的是白质的完整性，指水分子各向异性成份占整个弥散张量的比例，它的变化范围从0-1。0代表弥散不受限制，比如脑脊液的 FA 值接近 0；对于非常规则的具有方向性的组织，其FA值大于0，例如大脑白质纤维 FA 值接近 1。

平均弥散率(mean diffusivity, MD)

反映分子整体的弥散水平和弥散阻力的整体情况。MD只表示弥散的大小，而与弥散的方向无关。MD 越大，组织内所含自由水分子则越多。

FA和MD提取流程

1.从HCP官网下载进行了涡流校正之后的DWI数据

2.提取DWI的b0像——使用fslroi函数

#!/bin/bash

DWI_dir=/media/pc02/txt/HCP_DWI

for subj in $(ls $DWI_dir)
do

        dir_temp=$DWI_dir/$subj/${subj:0:6}/T1w/Diffusion_7T
        
        fslroi $dir_temp/data.nii.gz $dir_temp/b0.nii.gz 0 1

done

3. 将b0像剥去颅骨——使用bet2函数

#! /bin/bash

DWI_dir=/media/pc02/txt/HCP_DWI

for subj in $(ls $DWI_dir)
do
	
	dir_temp=$DWI_dir/$subj/${subj:0:6}/T1w/Diffusion_7T
	
        bet2 $dir_temp/b0.nii.gz $dir_temp/b0_bet.nii.gz -o -m -f 0.2
        #-o生成叠加图像，-m生成掩模，-f设置分割强度阈值（默认0.5）

done

4.创建FA和MD图——使用dtifit函数

#!/bin/bash

DWI_dir=/media/pc02/txt/HCP_DWI

for subj in $(ls $DWI_dir)
do
	
	dir_temp=$DWI_dir/$subj/${subj:0:6}/T1w/Diffusion_7T	
	dtifit -k $dir_temp/data.nii.gz -o $dir_temp/data -m $dir_temp/nodif_brain_mask.nii.gz -r $dir_temp/bvecs -b $dir_temp/bvals --save_tensor
	
done

5.b0像配准到个体T1像，得到变换矩阵1——使用flirt函数

#!/bin/bash

DWI_dir=/media/pc02/txt/HCP_DWI

for subj in $(ls $DWI_dir)
do

        dir_temp_b0=$DWI_dir/$subj/${subj:0:6}/T1w/Diffusion_7T
        dir_temp_T1=$DWI_dir/$subj/${subj:0:6}/T1w

        flirt -in $dir_temp_b0/b0_bet_1.6x1.6x1.6.nii -ref $dir_temp_T1/T1w_bet_1.6x1.6x1.6.nii.gz -omat $dir_temp_b0/flirt_matrix_1.txt -dof 12 -cost corratio

done

6.个体T1像配准到MNI空间，得到变换矩阵2——使用flirt函数

#!/bin/bash

T1_dir=/media/pc02/txt/HCP_DWI
MNI_dir=/media/pc02/data/02_HCP_data_test/T1

for subj in $(ls $T1_dir)
do

        dir_temp_T1=$T1_dir/$subj/${subj:0:6}/T1w
        dir_temp_MNI=$MNI_dir/${subj:0:6}

        flirt -in $dir_temp_T1/T1w_bet_1.6x1.6x1.6.nii.gz -ref $dir_temp_MNI/T1w_skull.nii.gz -omat $dir_temp_T1/Diffusion_7T/flirt_matrix_2.txt -dof 12 -cost corratio

done

7.使用两个变换矩阵将FA和MD像配准到MNI空间——使用flirt函数

#!/bin/bash

DWI_dir=/media/pc02/txt/HCP_DWI
T1_dir=/media/pc02/data/02_HCP_data_test/T1

for subj in $(ls $DWI_dir)
do

        dir_temp_FA_MD=$DWI_dir/$subj/${subj:0:6}/T1w/Diffusion_7T
        dir_temp_T1_sub=$DWI_dir/$subj/${subj:0:6}/T1w
        dir_temp_T1=$T1_dir/${subj:0:6}
        
        flirt -in $dir_temp_FA_MD/data_FA_1.6x1.6x1.6.nii -ref $dir_temp_T1_sub/T1w_bet_1.6x1.6x1.6.nii.gz -applyxfm -init $dir_temp_FA_MD/flirt_matrix_1.txt -out $dir_temp_FA_MD/data_FA_flirt_1_1.6x1.6x1.6.nii -dof 12 -cost corratio
        
        flirt -in $dir_temp_FA_MD/data_MD_1.6x1.6x1.6.nii -ref $dir_temp_T1_sub/T1w_bet_1.6x1.6x1.6.nii.gz -applyxfm -init $dir_temp_FA_MD/flirt_matrix_1.txt -out $dir_temp_FA_MD/data_MD_flirt_1_1.6x1.6x1.6.nii -dof 12 -cost corratio
        
        flirt -in $dir_temp_FA_MD/data_FA_flirt_1_1.6x1.6x1.6.nii -ref $dir_temp_T1/T1w_skull.nii.gz -applyxfm -init $dir_temp_FA_MD/flirt_matrix_2.txt -out $dir_temp_FA_MD/data_FA_flirt_2_1.6x1.6x1.6.nii -dof 12 -cost corratio
        
        flirt -in $dir_temp_FA_MD/data_MD_flirt_1_1.6x1.6x1.6.nii -ref $dir_temp_T1/T1w_skull.nii.gz -applyxfm -init $dir_temp_FA_MD/flirt_matrix_2.txt -out $dir_temp_FA_MD/data_MD_flirt_2_1.6x1.6x1.6.nii -dof 12 -cost corratio

done