使用 ANTs 進行 MRI 圖像配準——安裝，配準詳細解答
- 一、為什麼要進行配準？
- 二、使用 ANTs 進行配準
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- （1）使用 ANTs 進行結構像配準
- (2）使用 ANTs 進行功能像配準
ANTs軟體的安裝：ANTs安裝
一、為什麼要進行配準？
由于不同個體的大腦形态不同，為了比較不同個體在大腦結構和功能上的差異，需要先将不同個體配準到一個标準大腦模闆上。配準的過程就對個體大腦圖像進行變形，使得個體大腦與模闆圖像盡可能一緻。在配準過程中不同個體大腦如何變得一緻，同時又保留個體原有的差異？這是我一直沒有了解的問題，不過這是基于 fMRI 研究的普遍做法。
二、使用 ANTs 進行配準
簡單介紹一下我使用 ANTs 進行 MRI 圖像配準的方法，更詳細的說明參見 ANTs 的官方文檔
（1）使用 ANTs 進行結構像配準
antsRegistrationSyN.sh -d 3 -f MNI_T1_2mm_brain.nii.gz -m brain.nii.gz -o rega2t
其中
MNI_T1_2mm_brain.nii.gz
是分辨率為 2mm 的标準大腦（在 FSL 的
$FSLDIR/data/standard
文
件夾下可以找到），
brain.nii.gz
是個體 T1 圖像并進行了顱骨剝離，
rega2t
是輸出檔案名的字首。
這個配準過程在我電腦上大約需要 半小時左右，共生成 5 個檔案，其中
rega2t0GenericAffine.mat
，
rega2t1Warp.nii.gz
分别表示線性變換和非線性變換估計出的映射關系，
rega2tWarped.nii.gz
表示配準後的圖像，通過比較這個圖像與标準大腦的差異，可以檢查配準的品質。
slicer brain.nii.gz -z -120 before_reg.png
slicer rega2tWarped.nii.gz -z -34 after_reg.png
slicer MNI152_T1_2mm_brain.nii.gz -z -34 standard.png
slicer MNI152_T1_2mm_brain.nii.gz rega2tWarped.nii.gz -z -34 after_reg_on_standard.png
使用上面幾行指令，（如下圖所示）可以得到配準前（左上）、标準大腦（右上）、配準後（左下）以及将配準後的個體大腦（輪廓）疊加到标準大腦上的圖像（右下）。
(2）使用 ANTs 進行功能像配準
為了将個體功能像轉換到标準大腦，并不是直接将功能像與标準大腦進行配準，而是以個體結構像為中介，将個體功能像配準到個體結構像，再根據個體結構像與标準大腦的映射關系，将個體功能像轉換到标準大腦。下面幾行指令實作個體功能像到個體結構像的配準（其中參數 r 表示剛體變換）：
antsRegistrationSyN.sh -d 3 -f brain.nii.gz -m example_func_brain.nii.gz -t ‘r’ -o regf2a
其中
brain.nii.gz
表示個體結構像并經過顱骨剝離，
example_func_brain.nii.gz
表示一個功能像，由
于功能像一般有上百個圖像，這裡選取其中一個（可以使用 FSL 的指令 fslroi 選取其中一個功能像，比如：
fslroi func.nii.gz example_func.nii.gz 0 1
表示選取第一個時間點的圖像）；另外，也需要對這個功能像進行顱骨剝離（AFNI 的 3dAutomask 指令可以用于功能像顱骨剝離，也是我這裡采用的方法，基本用法如下：
3dAutomask -prefix example_func_brain.nii.gz example_func.nii.gz
共生成 3 個檔案，其中
regf2a0GenericAffine.mat
表示從個體功能像到結構像的映射關系，
regf2aWarped.nii.gz
表示配準後的功能像，按照結構像檢查的相同的步驟進行功能像配
準效果的檢查（不再贅述），如下圖：
為了将功能像轉換到标準大腦，需要聯合從個體功能像到個體結構像、個體結構像到标準大腦的變換關系，具體實作指令如下：
antsApplyTransforms -d 3 -i example_func_brain.nii.gz -o example_func2standard.nii.gz \
-r MNI_T1_2mm_brain.nii.gz -t rega2t1Warp.nii.gz \
-t rega2t0GenericAffine.mat -t regf2a0GenericAffine.mat
這個過程生成一個檔案，即
example_func2standard.nii.gz
，也就是個體功能像變換到标準大腦後的圖像，同樣地，可以據此生成配準前後的比較圖：