使用 ANTs 进行 MRI 图像配准——安装，配准详细解答
- 一、为什么要进行配准？
- 二、使用 ANTs 进行配准
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- （1）使用 ANTs 进行结构像配准
- (2）使用 ANTs 进行功能像配准
ANTs软件的安装：ANTs安装
一、为什么要进行配准？
由于不同个体的大脑形态不同，为了比较不同个体在大脑结构和功能上的差异，需要先将不同个体配准到一个标准大脑模板上。配准的过程就对个体大脑图像进行变形，使得个体大脑与模板图像尽可能一致。在配准过程中不同个体大脑如何变得一致，同时又保留个体原有的差异？这是我一直没有理解的问题，不过这是基于 fMRI 研究的普遍做法。
二、使用 ANTs 进行配准
简单介绍一下我使用 ANTs 进行 MRI 图像配准的方法，更详细的说明参见 ANTs 的官方文档
（1）使用 ANTs 进行结构像配准
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
是分辨率为 2mm 的标准大脑（在 FSL 的
$FSLDIR/data/standard
文
件夹下可以找到），
brain.nii.gz
是个体 T1 图像并进行了颅骨剥离，
rega2t
是输出文件名的前缀。
这个配准过程在我电脑上大约需要 半小时左右，共生成 5 个文件，其中
rega2t0GenericAffine.mat
，
rega2t1Warp.nii.gz
分别表示线性变换和非线性变换估计出的映射关系，
rega2tWarped.nii.gz
表示配准后的图像，通过比较这个图像与标准大脑的差异，可以检查配准的质量。
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
使用上面几行命令，（如下图所示）可以得到配准前（左上）、标准大脑（右上）、配准后（左下）以及将配准后的个体大脑（轮廓）叠加到标准大脑上的图像（右下）。
(2）使用 ANTs 进行功能像配准
为了将个体功能像转换到标准大脑，并不是直接将功能像与标准大脑进行配准，而是以个体结构像为中介，将个体功能像配准到个体结构像，再根据个体结构像与标准大脑的映射关系，将个体功能像转换到标准大脑。下面几行命令实现个体功能像到个体结构像的配准（其中参数 r 表示刚体变换）：
antsRegistrationSyN.sh -d 3 -f brain.nii.gz -m example_func_brain.nii.gz -t ‘r’ -o regf2a
其中
brain.nii.gz
表示个体结构像并经过颅骨剥离，
example_func_brain.nii.gz
表示一个功能像，由
于功能像一般有上百个图像，这里选取其中一个（可以使用 FSL 的命令 fslroi 选取其中一个功能像，比如：
fslroi func.nii.gz example_func.nii.gz 0 1
表示选取第一个时间点的图像）；另外，也需要对这个功能像进行颅骨剥离（AFNI 的 3dAutomask 命令可以用于功能像颅骨剥离，也是我这里采用的方法，基本用法如下：
3dAutomask -prefix example_func_brain.nii.gz example_func.nii.gz
共生成 3 个文件，其中
regf2a0GenericAffine.mat
表示从个体功能像到结构像的映射关系，
regf2aWarped.nii.gz
表示配准后的功能像，按照结构像检查的相同的步骤进行功能像配
准效果的检查（不再赘述），如下图：
为了将功能像转换到标准大脑，需要联合从个体功能像到个体结构像、个体结构像到标准大脑的变换关系，具体实现命令如下：
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
这个过程生成一个文件，即
example_func2standard.nii.gz
，也就是个体功能像变换到标准大脑后的图像，同样地，可以据此生成配准前后的比较图：