使用FSL-FAST分割三种脑组织:白质,灰质,脑脊液

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了使用FSL-FAST分割三种脑组织:白质,灰质,脑脊液相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

简单介绍 FSL-FAST

FAST(FMRIB 的自动分割工具)将大脑的 3D 图像分割成不同的组织类型: 灰质(grey matter, GM)、白 质 (white matter, WM)、脑脊液(cerebrospinal fluid, CSF)等。 同时还校正空间强度变化(也称为偏置场或 RF 不均匀性, 不过随着现在技术的进步,不均性问题基本不存在了)

底层方法基于隐马尔可夫随机场模型和相关的期望最大化算法。整个过程是完全自动化的,并且还可以产生偏置场校正的输入图像以及概率和/或部分体积组织分割。与大多数对噪声敏感的基于有限混合模型的方法相比,它是稳健可靠的。

该工具很简单: 提供一个去颅骨的大脑,设置您希望分割多少个组织类别,其余的默认设置通常都可以。

通常,研究人员需要三种组织类别:白质、灰质和脑脊液。但是,如果存在大脑有异常的图像(例如病变),可将类别增加到四个,以便将病变划分为一类。

要使用 FSL 执行大脑提取,您可以使用图形界面,也可以使用命令行(MacOS 或 Ubuntu Linux 上的终端应用程序)。本操作指南假定您已安装 FSL。

安装教程

1.使用图像界面


如图所示,打开终端,输入fsl打开图像界面,点击界面上FAST按钮(B区),就会出现输入输出图像框(CD区)和高级选项(E区)。

C区中,选择输入图像的通道数,单张图像为1,多个序列图像就填写序列数。image type(图像类型)有三种,加载进来的是什么序列就选什么。

对输入的要求:

  • 必须是去掉颅骨的图像(FSL-bet去颅骨
  • 单一图像(可以是T1w,T2w,质子像)或者多序列图像(须配准, FSL-FLIRT 配准)
  • 最好是健康大脑,如果图像中有异常,比如T2图像异常为高信号,则高信号可能被识别成脑脊液,因为在脑脊液也是高信号。当然后面给出了解决方法

D区中的参数介绍

  • Output image(s) basename: 设置输出图像地址,默认为以输入的名字前缀
  • number of classes: 分割类别数通常您需要 3 个(灰质、白质和 CSF)。但是,如果灰色/白色对比度非常差,您可能需要将其降低到 2;或者,如果有强烈的病变,设置成 4。此外,如果您正在分割 T2 加权图像,最好设为 4 类,以便正确处理暗黑非脑物质(这不是 T1 加权的问题,因为 CSF 和暗非脑物质看起来相似)。
  • 各种输出图像包括
    • Binary segmentation: 为每个类的分割产生二值化分割图像
    • Partial volume maps: 默认输出,每个类的分割结果是以概率表示的,值在[0, 1]比如在白质分割结果中,每个体素的概率值表示它属于白质的概率。
    • Restored input: 如果需要校正图像,则选上
    • Bias field: 这是估计的偏差场

高级参数

  • Bias field iterations: 偏场迭代确定在初始偏置场估计阶段进行的通过次数。更多的迭代次数可以帮助估计特别强的偏场。
  • Bias field smoothing: 偏场平滑控制估计的偏场中预期的平滑度。输入的值是以 mm 为单位的全宽半最大值 (FWHM)。此处较大的值将对估计的偏场施加更多的平滑度。
  • Use a-priori probability maps: 使用先验概率图告诉 FAST 首先将输入图像配准到标准空间,然后使用标准组织类型概率图(来自 MNI152 数据集)而不是初始 K-means 分割,以估计初始参数类。这在偏场非常差的情况下会有所帮助。默认情况下,先验概率图仅用于初始化分割

高级选项中的参数通常默认就好,如果分割不理想,再调一下试试看。

2.使用命令行

图像界面一目了然,但只能单个处理,没法批量。命令行可以解决这个问题。可调的参数也更多。

终端输入fast可查看使用说明
主要参数如下图(中英文)

$: fast -s 1 -t 2 -n 3 -H 0.1 -I 4 -l 20.0 -o ./T2_image T2_image.nii.gz  

如果想批量处理

$: for_each *.gz : fast -s 1 -t 2 -n 3 -H 0.1 -I 4 -l 20.0 -o NAME IN

3 分割结果

使用上面图像界面所示参数,结果如下

一共出来6个文件

灰质:

白质:

脑脊液:

参考资料
https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/FAST
https://www.bilibili.com/video/BV15f4y1L7Rr?share_source=copy_web
https://youtu.be/xnZoJLSiXTU

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