# SPM12

## 事前準備
在開始安裝之前，請確保您的電腦已具備以下條件：

* 已安裝 MATLAB：
SPM12 是 MATLAB 的一個工具箱 (Toolbox)，所以必須先安裝 MATLAB。
確保 MATLAB 已啟用並能正常開啟。

* 至[SPM12官網](https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/)並依照指示下載並安裝SPM12

>如果安裝成功，輸入上述指令稍等片刻後，SPM12 的圖形使用者介面 (GUI) 就會跳出來。
>左上為選單視窗，幾乎所有處理都在這裡完成
>左下為輔助視窗，處理過程中會顯示進度等資訊
>右側為顯示視窗，處理結果會在右側展示
>![image](https://hackmd.io/_uploads/rJL4Bddjex.png)



如果出現錯誤訊息可能是路徑設定有誤。請到 `HOME`分頁中的`Set path` 檢查

## 首次使用 
若 SPM12 已經準備就緒。可以執行最簡單的操作進行測試：顯示一張標準大腦影像。

在 SPM12 的主選單中，點擊 Display 按鈕。
>![image](https://hackmd.io/_uploads/BJ1ISO_iex.png)


SPM 會開啟一個繪圖視窗，並跳出一個檔案選擇視窗。

請導覽至 SPM12 安裝路徑下的 canonical 子資料夾。

路徑範例： `C:\matlab_toolbox\spm12\canonical\`

選擇 avg152T1.nii 這個檔案，然後點擊 Done。

會在 SPM 的繪圖視窗中看到一個標準的 T1 大腦影像，並可以透過移動滑鼠來檢視不同位置的切面。
>![image](https://hackmd.io/_uploads/S1SbSuOjle.png)


這個簡單的操作證明了 SPM 的核心繪圖與檔案讀取功能運作正常。

## 核心功能

功能性磁振造影 (fMRI) 的原始資料會受到掃描方式、受試者移動、腦解剖差異等多種因素影響。 
因此在進行分析之前，需要透過一系列 **前處理 (preprocessing)** 步驟來校正與標準化資料。 

以下是 **SPM** 提供的 6 個主要功能：

### 1. Realign
**目的：** 校正受試者在掃描過程中的輕微頭部移動。 

- fMRI 取得的是時間序列，每個時間點的腦影像可能因 **受試者微小移動** 而位置不一致。 
- Realignment 會將所有時間點的功能影像配準到同一個參考影像 (通常是第一張或平均影像)。 
- 輸出： 
  - 重新校正過的功能影像。 
  - 移動參數 (六個：三個平移、三個旋轉)，可作為後續分析中的協變數以降低運動干擾。



### 2. Slice Timing
**目的：** 校正不同切片 (slice) 掃描時間的差異。 

- 影像通常是 **逐片 (slice-by-slice)** 掃描，而不是同時完成。 
- 若 TR 為 2 秒、共 36 個切片，最先與最後切片的掃描時間差就可能接近 2 秒。 
- Slice timing 透過插值 (interpolation) 校正這些時間差，讓整張 volume 看起來像是同時取得。 



### 3. Smooth
**目的：** 空間平滑化以提升訊噪比 (SNR)。 

- 使用高斯核 (Gaussian kernel) 進行平滑處理 (通常 6–8 mm FWHM)。 
- 主要效果： 
  1. 提高訊噪比，降低小的隨機噪音。 
  2. 彌補解剖變異，使得同一腦區在不同受試者間更容易對齊。 



### 4. Coregister
**目的：** 將功能影像 (fMRI) 與結構影像 (T1-weighted MRI) 對齊。 

- fMRI 的解析度通常較低，因此需要對齊到高解析度的結構影像。 
- 這樣可以： 
  1. 更精確地定位活化腦區。 
  2. 為後續的標準化 (normalisation) 提供基準。 



### 5. Normalise
**目的：** 將個別受試者的腦影像轉換到標準腦空間 (如 MNI space)。 

- 每個人腦的形狀與大小都不同。 
- Normalisation 將個別結構/功能影像 **變形 (warping)**，匹配到標準模板腦 (template)。 
- 好處： 
  - 可以進行群體比較 (group analysis)。 
  - 結果能在標準座標系統下報告與重現。 



### 6. Segment
**目的：** 將結構影像分割成不同組織類型 (GM, WM, CSF)。 

- T1 結構影像被分成： 
  - **灰質 (Gray Matter, GM)** 
  - **白質 (White Matter, WM)** 
  - **腦脊髓液 (Cerebrospinal Fluid, CSF)** 



### 總結
- **Realign** → 校正頭動 
- **Slice Timing** → 校正切片時間差 
- **Smooth** → 提升訊噪比，符合統計假設 
- **Coregister** → 功能與結構對齊 
- **Normalise** → 標準化到 MNI 空間 
- **Segment** → 分割組織，助於標準化與降噪 

## 使用腳本
* 在 SPM 主選單點選 Batch 按鈕 
> ![image](https://hackmd.io/_uploads/BJ1ISO_iex.png)
> 第 11 個按鈕

* 點選 import 按鈕導入
> ![image](https://hackmd.io/_uploads/SJdcuACoex.png)

* 選擇要導入的腳本後按 `Done`
> ![image](https://hackmd.io/_uploads/rJdIKCCigx.png)

* 第一個 DICOM import 要選取功能像；第二個 DICOM import 要選取結構像
> ![image](https://hackmd.io/_uploads/ryIWiARogg.png)

* 最後點按 Run 按鈕，隨後會生成 4D 的前處理後功能像
> ![image](https://hackmd.io/_uploads/HySTjAAige.png)

## 學習資源推薦

[SPM Manual](https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/doc/spm12_manual.pdf)：對以上功能有任何疑問，或有進一步執行1st level分析的需求時看這裡

CSDN：簡中資源，可作為參考但務必謹慎使用