DSI Studio分析数据Manual | shishuoCh's Blog

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1. 简介

以下列表是 DSI Studio 支持的图像格式。

DICOM格式，包括SIEMENS TIM、SIEMENS Trio、GE SIGNA HDx、Philips 4D DICOM采集的图像。
分析格式，Nifti格式，3D体积或4D体积（扩散空间为最高维阶）
Bruker 2dseq、 Varian and Agilent FDF files

2. 读取DICOM文件

重命名

在使用DICOM文件前，我建议使用

[Batch Processing] Step B1a:Rename DICOM Files或者
[Batch Processing] Step B1b:Rename DICOM in Subfolders

进行重命名。前者需要你将所有要重命名的文件放在一个文件夹下，并全选中他们；后者则只需选择这些文件的根文件夹（从命令名称也可以看出二者的不同之处）。如果不太清楚它是如何运行的，可以建立demo尝试后再真正使用它。输出结果类似下图。

📦my_dataset
 ┣ 📂20170316_F10.7_NDAR_INV0DVK13LU
 ┃ ┗ 📂700_ABCD_DTI_GE_original_baseline_year_1_arm_1_
 ┃ ┃ ┣ 📜ABCD_DTI_GE_original_baseline_year_1_arm_1__i1.dcm
 ┃ ┃ ┣ 📜ABCD_DTI_GE_original_baseline_year_1_arm_1__i2-8342.dcm
 ┃ ┃ ┗ 📜ABCD_DTI_GE_original_baseline_year_1_arm_1__i8343.dcm
 ┣ 📂20170514_F10.2_NDAR_INVZ6Z9DP4H
 ┃ ┗ 📂14_ABCD_DTI_SIEMENS_mosaic_original_baseline_year_1_arm_1_
 ┃ ┃ ┣ 📜ABCD_DTI_SIEMENS_mosaic_original_baseline_year_1_arm_1__i1.dcm
 ┃ ┃ ┣ 📜ABCD_DTI_SIEMENS_mosaic_original_baseline_year_1_arm_1__i103.dcm
 ┃ ┃ ┗ 📜ABCD_DTI_SIEMENS_mosaic_original_baseline_year_1_arm_1__i2-102.dcm
 ┗ 📂20170829_F10.9_NDAR_INV6PX8VT24

转换为src数据

重命名DICOM文件后可以使用[Batch Processing] Step B2，这里有好几种方式可以用来进行SRC文件的生成。

B2a: NIFTI to SRC(BIDS)

如果你的数据格式为NifTi，并且按照BIDS存储格式的话，建议使用这种方法，你只需要选定根目录即可。

什么是BIDS存储格式 ? 类似下图

📦my_dataset
┣ 📂sub01
┃ ┣ 📂anat
┃ ┃ ┗ 📜sub-01_T1W.nii
┃ ┣ 📂dwi
┃ ┃ ┣ 📜sub-01_dw.bvec
┃ ┃ ┣ 📜sub-01_dwi.bval
┃ ┃ ┣ 📜sub-01_dwi.json
┃ ┃ ┗ 📜sub-01_dwi.nii
┃ ┗ 📂func
┃ ┃ ┣ 📜sub-01_task-rest_bold.json
┃ ┃ ┗ 📜sub-01_task-rest_bold.nii
┣ 📂sub02
┗ 📂sub03

B2b: NIFTI to SRC(Single Folder)
- 如果你的数据格式为NIfTi且所有的nii文件包含在单个文件夹内，一定要确保每个nii文件对应的bval、bvec文件也在其中，同时命名应该相一致，不然无法生成SRC文件。（确保你的文件目录格式和下面的类似）
```
📦my_dataset
┣ 📜sub00_15old.bval
┣ 📜sub00_15old.bvec
┣ 📜sub00_15old.nii
┣ 📜sub01_20160625.bval
┣ 📜sub01_20160625.bvec
┣ 📜sub01_20160625.nii
┣ 📜sub03_li20171104.bval
┣ 📜sub03_li20171104.bvec
┗ 📜sub03_li20171104.nii
```
B2c: DICOM to SRC
- 如果你的原始文件格式为DICOM格式，我建议你先进行上述操作：重命名，这样文件目录格式较为统一。或者先将数据格式转换为nii格式（转换方法）再利用B2a或者B2b方法进行SRC文件生成。
- 另：可能是预先设定的程序，如果你选择的是DICOM的父级文件夹，dsi_studio将不能正常的工作（无法生成SRC文件），你必须选择祖父级文件夹或者更高，所以再次建议你在运行前先使用Step B1进行重命名工作。生成这样的文件目录结构，并选择DICOM文件的祖父级（祖祖父）文件夹以生成（所有）SRC文件。
- 因为DICOM文件包含b值相关信息，因此缺少bval、bvec文件不影响（实际上DICOM转换为Nii的时候会生成相应的b-table文件）。
- 选项中描述的NIFTI文件，并没有生成，但我提出了疑问（https://groups.google.com/g/dsi-studio/c/Yd4Vc1oyTKc）。

当然，你也可以使用主窗口中的[Diffusion MRI Analysis]Step T1: Open Source Images并选择所有的dMRI文件，此后会有交互窗口供选择以生成SRC文件，此外你还可以保存b值相关信息等。提示：GE、飞利浦和东芝扫描仪输出大量 DICOM 图像用于 dMRI 采集。您可以在[Step T1: Open Source Images]中只选择一个 DICOM 文件，而不是选择所有文件，DSI Studio 将询问您是否要加载所有其他 DICOM 图像。选择 yes 指定要加载所有 DICOM 文件。

3. 读取NIFTI文件

要读取4D NIFTI文件，请单击主窗口中的[Step T1: Open Source Images]并选择NIFTI文件。值得注意的是，NIFTI 文件头不包含任何 b-table 信息，因此通常需要一个或多个b-table 文本文件来提供信息。 DSI Studio 可以采用 FSL 的 bval 和 bvec 文件。该 BVAL文件是一个文本文件 stroing 每个DWI的b值，而 bvec 存储在单位矢量格式的扩散编码方向。DSI Studio 将在 NIFTI 文件目录中搜索“ bvals ”或“bvals.txt”以及“ bvecs ”或“bvecs.txt”。如果 DSI Studio 找不到任何 b-table 文件，它会通知用户缺少 b-table，然后需要使用顶部菜单 [Files][Open b-table]手动加载文件

转换为src数据

除了使用主窗口的[Diffusion MRI Analysis]Step T1: Open Source Images，同样可以利用批处理窗口中的B2a、B2b。 DSI Studio 也有自己的 b-table 文本文件格式： (bvalue bvectorx bvectory bvectorz)。第一列是b值，其余是扩散梯度方向的单位向量。DSI Studio 还将在 NIFTI 文件目录下搜索名为“grad_dev.nii.gz”的文件以包含梯度非线性信息以及 “nodif_brain_mask.nii.gz”作为大脑掩码。

4. 质量检验

打开 [Step T2: Reconstruction]并选择之前创建的SRC文件，切换到第一个标签页[Raw DWI data]

检查涡流畸变和运动：单击左侧的 b 表列表，使用键盘箭头键向下滚动列表。如果大脑在 DWI 上扭曲，则很可能是由涡流引起的。滚动浏览 DWI 时也可以看到对象的头部移动。
检查坏片：点击[Show bad slices]按钮（10/2/2019 版本后可用），DSI Studio 会用红色标记坏片及其所属的 DWI 卷。我建议使用矢状视图来检查坏切片（点击右侧的矢状视图按钮）

SRC文件批量质量控制

建议通过质量控制程序检查 SRC 文件，以确保其完整性和质量。为此，请使用[Diffusion MRI Analysis][QC1: SRC Files Quality Control]并选择包含 SRC 文件的文件夹（DSI Studio 将搜索子目录中的所有 SRC 文件）。DSI Studio 将提供以下格式的报告，可粘贴到 Excel 中：

FileName Image dimension Resolution DWI count Shell count Max b-value B-table matched Neighboring DWI correlation #Bad Slices
100206 145 174 145  1.25 1.25 1.25  271 3 3010 Yes 0.940147 0
100307 145 174 145  1.25 1.25 1.25  271 3 3010 Yes 0.94786         0
100408 145 174 145  1.25 1.25 1.25  271 3 3010 Yes 0.939901 0
100610 145 174 145  1.25 1.25 1.25  271 3 3010 Yes 0.936777 0
101006 145 174 145  1.25 1.25 1.25  271 3 3010 Yes 0.94627         0
101107 145 174 145  1.25 1.25 1.25  271 3 3010 Yes 0.936007 0
101309 145 174 145  1.25 1.25 1.25  271 3 3010 Yes 0.892282 0 low-quality outlier 
101410 145 174 145  1.25 1.25 1.25  271 3 3010 Yes 0.952898 0
101915 145 174 145  1.25 1.25 1.25  271 3 3010 Yes 0.94145         0
102008 145 174 145  1.25 1.25 1.25  180 3 3010 No 0.937926 0

首先要检查图像尺寸、分辨率、DWI计数、外壳计数的一致性。某些扫描很可能不完整，并且总 DWI 计数会有所不同。
要检查的第二件事是“相邻的 DWI 相关性”。 “相邻 DWI 相关性”计算具有相似梯度方向的低 b值的 DWI 体积的相关系数。较高的相关性表明良好的质量。如果存在明显的涡流伪影、头部运动或任何可能影响扩散信号的头部线圈问题，该值将减小。
DSI Studio 将使用异常值检查功能（例如3中值绝对偏差）将有问题的数据标记为“低质量异常值”。顶部的示例标识了一个相邻 DWI 相关性仅为 0.892282 的数据集，该数据集显着低于另一个。另一个数据集 102008 有一个不同的 b 表，不能与其他数据集一起使用。如果数据集的相邻 DWI 相关性非常低，则需要检查原始 DWI 图像以查看问题是否可以纠正。否则，应从分析中排除有问题的数据集。

5. 其他可选项

翻转b表

DSI Studio 允许在创建 SRC 文件之前翻转 b 表。功能在[Edit]菜单下。

批量创建SRC文件

批量创建在“读取DICOM文件”已经做了介绍，详情。

内插dMRI信号

DSI Studio 可以对 dMRI 信号进行上（下）采样以实现高空间分辨率。创建 SRC 文件后（按照上述步骤），您可以使用以下步骤获取新的 SRC 文件，该文件具有内插的 dMRI 信号，可实现 x2 或 x4 上（下）采样（原始文档未更新，但软件中上下采样都可以）。

在[Step T2: Reconstruction]下打开已经创建的SRC文件
使用[Files][Save 4D nifti]导出4D NIFTI文件，[B-table][Save B-table]导出b表文件
在[Step T1: Open source iamges]打开导出的4D nii文件，并使用[Files][Open b-table]加载b表
左下角可以看到，上下采样的选择菜单
创建一个具有内插 dMRI 信号的新 SRC 文件（这会导致内插的方向分布函数（orientation distribution function，ODF））

注意：其实可以看出，如果你原始的文件是DICOM格式，直接从[Step T1: Open source iamges]加载数据，同样可以生成采样后的SRC文件。但是注意，这两种方法生成的文件的后缀有所不同，也代表了处理的过程不同（更能从后缀分辨出哪个是采样后的数据），但不确定结果是否有区别。

聚合多个扫描

DSI Studio 允许合并同一主题的多个扫描。有两种方法可以合并它们。第一种方式假设扫描的头部位置相同（例如，对象被连续扫描两次）。

合并来自 NIFTI 文件或 DICOM 文件的扫描：
- 单击选项[Step T1: Open source images]并从第一次扫描中选择文件。DSI Studio 将打开一个对话框，显示已加载 DWI。然后在顶部菜单中，单击选项[Files][Open images]并从第二次扫描中选择文件。该对话框会将这些新的 DWI 附加到现有列表中。如果您在此处加载 4D NIFTI 文件，您可能需要手动连接 b-table 并使用[Files][Load b-table]加载合并的 b-table 。
合并来自两个 SRC 文件的扫描：
- 使用[Step T2: Reconstruction]打开 SRC 文件，并使用顶部菜单 [File] [Save 4D nifti]导出 4D NIFTI 文件。您还需要在此处将 b 表导出为单个文本文件。
- 对另一个 SRC 文件重复相同的步骤。
- 使用文本编辑器手动合并两个b-table文本文件，一个接一个地添加。
- 返回 DSI Studio 主窗口。单击[Step T1: Open source images]并打开第一个导出的 4D nifti 文件。DSI Studio 将打开一个新对话框。使用顶部菜单项[Files][Open images]添加第二个 4D NIFTI 。
- 使用顶部菜单项 [Files][Load b-table...]加载之前创建的合并 b-table
- 创建一个已合并所有先前扫描的联合 SRC 文件。

如果扫描是在不同时间点获得的，则需要额外的注册步骤来线性对齐头部位置。步骤如下：

首先为每次扫描创建单独的 SRC 文件
使用[Step T2: Reconstruction]打开SRC 文件，并使用顶部菜单项[Edit] [Resample to T1w/T2w space]将音量旋转为普通T1w 图像。DSI Studio 将要求提供 T1W 图像卷。
后续的操作同上

切片校正

DSI Studio 将对 b 表应用切片方向校正：

校正后的b向量 = [切片方向矩阵] $\ast$原始 b向量
切片方向矩阵的前两列从 DICOM 标头 (0x0020，0x0037) 中获得。第三列是从前两列计算的正交向量，使这个矩阵成为酉矩阵。通过将方向矩阵应用于原始 b 向量来计算校正后的 b 向量。
NIFTI 文件在标题中没有切片方向矩阵，如果使用 nifti 文件作为输入，DSI Studio 将不会对 b 表应用旋转。因此，建议用户通过将切片方向矩阵乘以 b 表来旋转 b 表。

6. 修正磁化率伪影

DSI Studio 现在提供了一个程序来纠正类似于 FSL 的 TOPUP 的磁化率伪像。要使用它，您需要

创建一个 SRC 文件
准备一个以相反相位编码获取的 b0 图像的 NIFTI 文件（AP/PA）

然后在[STEP T2: Reconstruction]中打开SRC文件，点击[Edit][Correct AP-PA scans]，选择以相反相位编码获取的b0。DSI Studio 将处理其余的校正工作。先打开AP扫描还是PA扫描都没有关系，DSI Studio都会搞清楚的。请注意，DSI Studio 的失真校正程序无法处理涡流校正。如果您的数据是在没有“双极脉冲”的情况下获得的，我建议按照以下步骤使用FSL 的涡流（eddy）和TOPUP：详见。主要包括以下流程：

DICOM to NifTi
提取b0像
制作参数文件
运行充值（topup）
涡流校正（eddy）

$\cdots$ end $\cdots$

1. 简介

2. 读取DICOM文件

重命名

转换为src数据

3. 读取NIFTI文件

转换为src数据

4. 质量检验

SRC文件批量质量控制

5. 其他可选项

翻转b表

批量创建SRC文件

内插dMRI信号

聚合多个扫描

切片校正

6. 修正磁化率伪影

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