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SPM12 Manual
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2017-12-05
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SPM12是SPM8的改进版本,功能更强大,操作更方便。SPM12是用于脑科学研究的基本工具,可以处理多种模态的医学成像数据,如fMRI、PET等。
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SPM12 Manual
The FIL Methods Group
(and honorary members)
John Ashburner
Gareth Barnes
Chun-Chuan Chen
Jean Daunizeau
Guillaume Flandin
Karl Friston
Stefan Kiebel
James Kilner
Vladimir Litvak
Rosalyn Moran
Will Penny
Adeel Razi
Klaas Stephan
Sungho Tak
Peter Zeidman
Darren Gitelman
Rik Henson
Chloe Hutton
Volkmar Glauche
Jérémie Mattout
Christophe Phillips
Functional Imaging Laboratory
Wellcome Trust Centre for Neuroimaging
Institute of Neurology, UCL
12 Queen Square, London WC1N 3BG, UK
July 20, 2016
http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/
2
Contents
I Temporal processing 17
1 Slice Timing 19
1.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.1.1 Session . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2 Number of Slices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.3 TR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4 TA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.5 Slice order . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.6 Reference Slice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.7 Filename Prefix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
II Spatial processing 23
2 Realign 25
2.1 Realign: Estimate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.2 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2 Realign: Reslice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.1 Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.2 Reslice Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3 Realign: Estimate & Reslice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.2 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.3 Reslice Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3 Realign & Unwarp 31
3.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.1 Session . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.1 Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.2 Separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.3 Smoothing (FWHM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.4 Num Passes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.5 Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.6 Wrapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.7 Weighting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3 Unwarp Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.1 Basis Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.2 Regularisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.3 Reg. Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.4 Jacobian deformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.5 First-order effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.3.6 Second-order effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.3.7 Smoothing for unwarp (FWHM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3
4 CONTENTS
3.3.8 Re-estimate movement params . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.3.9 Number of Iterations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.3.10 Taylor expansion point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4 Unwarp Reslicing Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4.1 Resliced images (unwarp)? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4.2 Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.4.3 Wrapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.4.4 Masking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.4.5 Filename Prefix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4 Coregister 39
4.1 Coregister: Estimate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1.1 Reference Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1.2 Source Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.1.3 Other Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.1.4 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2 Coregister: Reslice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2.1 Image Defining Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2.2 Images to Reslice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2.3 Reslice Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.3 Coregister: Estimate & Reslice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3.1 Reference Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3.2 Source Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3.3 Other Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3.4 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3.5 Reslice Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5 Segment 43
5.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.1.1 Channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.2 Tissues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.2.1 Tissue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.3 Warping & MRF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.3.1 MRF Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.3.2 Clean Up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.3.3 Warping Regularisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.3.4 Affine Regularisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.3.5 Smoothness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.3.6 Sampling distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.3.7 Deformation Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6 Normalise 49
6.1 Normalise: Estimate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.1.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.1.2 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.2 Normalise: Write . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
6.2.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
6.2.2 Writing Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.3 Normalise: Estimate & Write . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.3.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.3.2 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.3.3 Writing Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
CONTENTS 5
7 Smooth 57
7.1 Images to Smooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.2 FWHM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.3 Data Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.4 Implicit masking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.5 Filename Prefix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
III fMRI Statistics 59
8 fMRI model specification 61
8.1 Timing parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
8.1.1 Units for design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8.1.2 Interscan interval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8.1.3 Microtime resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8.1.4 Microtime onset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8.2 Data & Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
8.2.1 Subject/Session . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
8.3 Factorial design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
8.3.1 Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.4 Basis Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.4.1 Canonical HRF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.4.2 Other basis sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.5 Model Interactions (Volterra) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.6 Directory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.7 Global normalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.8 Explicit mask . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.9 Serial correlations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
8.10 Reviewing your design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
9 fMRI model estimation 71
9.1 Select SPM.mat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
9.2 Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
9.2.1 Classical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
9.2.2 Bayesian 1st-level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
9.2.3 Bayesian 2nd-level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
9.3 Output files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
9.3.1 Classical 1st-level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
9.3.2 Bayesian 1st-level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
9.4 Model comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
10 Factorial design specification 79
10.1 Directory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
10.2 Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
10.2.1 One-sample t-test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
10.2.2 Two-sample t-test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
10.2.3 Paired t-test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
10.2.4 Multiple regression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
10.2.5 One-way ANOVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
10.2.6 One-way ANOVA - within subject . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
10.2.7 Full factorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
10.2.8 Flexible factorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
10.2.9 Partitioned model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
10.3 Covariates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
10.3.1 Covariate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
10.4 Multiple covariates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
10.4.1 Covariates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
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