使用CAT进行MRI脑图像分析

MED620122 生物医学工程进展

数据

在所提供的6个T1 MRI数据（男性和女性各3位）上进行分析。根据SPM或CAT所提供的学习资料，边学习边分析这6个数据。

要求：

1. 去除颅骨后对脑容量分析，如平均脑容量，男性与女性脑容量比较；
2. 分割大脑灰质、白质和脑脊液，并进行比较分析；
3. 分割出大脑左右尾状核，并比较分析。
4. 改善图像的对比度，将6个图像的亮度变换到同一空间，并进行变换前后对比显示。

1 配置环境

系统环境： windows 10

软件配置：

1. MATLAB R2018b
2. SPM12 (https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/)
3. CAT(http://dbm.neuro.uni-jena.de/cat/index.html#DOWNLOAD)
4. MRIcron (https://www.mccauslandcenter.sc.edu/crnl/)(仅用于可视化)
5. xjview (http://www.alivelearn.net/xjview/)(仅用于可视化)
6. MIPAV (https://mipav.cit.nih.gov/documentation.php#userguide)

2 操作流程

2.1 安装与配置

首先至matlab官 下载安装matlab2018b，安装默认套件即可。
然后按照spm的说明，安装spm12(https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/)。
CAT和xjview都是基于spm的，所以spm需要先安装好。然后再下载安装CAT，直接把下载的文件拷贝进目录即可。本次作业基本上使用CAT进行分析，所以可以参考学习CAT的manul(http://www.neuro.uni-jena.de/cat12/CAT12-Manual.pdf)。
MRIcron是直接下载好就能用的。xjview比较有意思，你填了邮箱以后，会由他的开发人员给你发下载地址和安装教程，而使用说明是每日发一封邮件的形式逐天发给你。MIPAV也是直接下载就OK的

2.2 CAT分析流程

2.2.1 打开CAT

首先在matlab命令窗口依次输入如下命令打开cat

2.2.2 数据预处理（分割数据）

CAT12 → Preprocessing → Segment Data，依次选中6个病人的MRI文件，
Split job into separate processes可以设置多线程，由于该笔记本为4核，所以设置为4
颅骨去除，模板的选择，配准的方案均选择默认。
写入文件的参数建议尽量选择yes，防止后续处理中需要用到。

2.2.3 数据可视化

本次实验的9张图像可以通过进行可视化，结果可以参见附录，具体操作过程如下：
CAT12 → Check data quality → Display one slice for all images

最终会得到如下的表格

单位都是立方厘米
可以明显看出有下面的关系
TIV+GM+WM+CSF+WMH

含义：

• TIV:颅内总容积total intracranial volume
• GM:灰质
• WM:白质
• CSF:脑脊液 cerebrospinal fluid
• WMH:白质高信 区 white matter hyperintensities

同时，可以从表中看出，男性的平均脑容量、大脑灰质、白质和脑脊液都明显大于女性（男女的年龄是近似，初步推断差异具有统计显著性的）。

2.2.5 建立统计模型 Building the Statistical Model

这里科普一下manul中的factor和covariates的含义

• 因变量(factor)：分类变量，或聚类后的连续变量
• 协变量(covariates)：一般指连续变量
  此处我选择的是Two-sample t-test
  CAT12 → Statistical Analysis → Basic Models
  双样本t检验，检验灰质的差异性(wmp1*)，操作参数如图：

同样的，对白质检验(wmp2*)结果如下，也可以从箱线图看出来有明显差异。

2.2.7 MIPAV可视化

主要参考的教程在：https://mipav.cit.nih.gov/pubwiki/index.php/MIPAV_Help

其实就是可视化一下，变换图像空间即可。
操作方法就是“File” -> “Open image(A) from disk” 打开文件，然后在“Image”选项里面，选择“Histogram – LUT”，拖动灰度直方图就OK了

3 附录

告的示例

归一化后的灰质

配准后的灰质

灰质

Jacobian determinant