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加载自定义fMRI数据:使用Nilearn处理NIfTI文件

花韻仙語

花韻仙語

发布时间:2025-08-01 16:02:20

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来源于php中文网

原创

加载自定义fmri数据:使用nilearn处理nifti文件

本文档旨在指导初学者如何使用Python和Nilearn库加载和处理自定义的fMRI(功能性磁共振成像)数据,特别是NIfTI格式的文件。我们将介绍如何使用nilearn.image.load_img函数加载NIfTI图像,并使用get_fdata()方法获取图像数据,以及如何将这些技术整合到现有的多进程代码中。

使用Nilearn加载NIfTI文件

Nilearn是一个Python模块,专门用于神经影像数据的机器学习和统计分析。它提供了方便的函数来加载和处理各种神经影像格式,包括NIfTI。

要加载NIfTI文件,首先需要安装Nilearn:

pip install nilearn

安装完成后,可以使用以下代码加载NIfTI文件:

from nilearn.image import load_img

# 指定NIfTI文件的路径
file_path = "F:\New folder\cn_processed data\Sub1\S1.nii"

# 加载NIfTI图像
try:
    nifti_image = load_img(file_path)
    print(f"Successfully loaded image from: {file_path}")
except FileNotFoundError:
    print(f"Error: File not found at {file_path}")
    exit()
except Exception as e:
    print(f"An error occurred: {e}")
    exit()


# 获取图像数据
data = nifti_image.get_fdata()

# 打印数据的形状
print("Data shape:", data.shape)

这段代码首先导入load_img函数,然后指定NIfTI文件的路径。load_img函数会读取NIfTI文件并返回一个Nifti1Image对象。可以使用get_fdata()方法从该对象中提取图像数据,它将返回一个NumPy数组,包含了图像的体素值。

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将Nilearn集成到多进程代码中

现在,我们将展示如何将Nilearn集成到提供的多进程代码中,以加载和处理fMRI数据。主要修改集中在read_data函数中。

from monai.transforms import LoadImage  # 假设仍然需要monai
import torch
import os
import time
from multiprocessing import Process, Queue
from nilearn.image import load_img
import numpy as np


def read_data(filename, load_root, save_root, subj_name, count, queue=None, scaling_method=None, fill_zeroback=False):
    print("processing: " + filename, flush=True)
    path = os.path.join(load_root, filename)
    try:
        # 使用 Nilearn 加载 NIfTI 文件
        nifti_image = load_img(path)
        data = nifti_image.get_fdata()
    except Exception as e:
        print(f"Error loading image with Nilearn: {e}")
        return None

    #change this line according to your file names
    save_dir = os.path.join(save_root,subj_name)
    isExist = os.path.exists(save_dir)
    if not isExist:
        os.makedirs(save_dir)

    # change this line according to your dataset
    data = data[:, 14:-7, :, :]
    # width, height, depth, time
    # Inspect the fMRI file first using your visualization tool. 
    # Limit the ranges of width, height, and depth to be under 96. Crop the background, not the brain regions. 
    # Each dimension of fMRI registered to MNI space (2mm) is expected to be around 100.
    # You can do this when you load each volume at the Dataset class, including padding backgrounds to fill dimensions under 96.

    background = data==0

    if scaling_method == 'z-norm':
        global_mean = data[~background].mean()
        global_std = data[~background].std()
        data_temp = (data - global_mean) / global_std
    elif scaling_method == 'minmax':
        data_temp = (data - data[~background].min()) / (data[~background].max() - data[~background].min())

    data_global = torch.empty(data.shape) # 假设后续代码需要torch.empty
    data_global[background] = data_temp[~background].min() if not fill_zeroback else 0 
    # data_temp[~background].min() is expected to be 0 for scaling_method == 'minmax', and minimum z-value for scaling_method == 'z-norm'
    data_global[~background] = data_temp[~background]

    # save volumes one-by-one in fp16 format.
    data_global = data_global.type(torch.float16)
    data_global_split = torch.split(data_global, 1, 3)
    for i, TR in enumerate(data_global_split):
        torch.save(TR.clone(), os.path.join(save_dir,"frame_"+str(i)+".pt"))


def main():
    # change two lines below according to your dataset
    dataset_name = 'ABCD'
    load_root = 'F:\New folder\cn_processed data' # This folder should have fMRI files in nifti format with subject names. Ex) sub-01.nii.gz
    save_root = f'/storage/7.{dataset_name}_MNI_to_TRs_minmax'
    scaling_method = 'z-norm' # choose either 'z-norm'(default) or 'minmax'.

    # make result folders
    filenames = os.listdir(load_root)
    os.makedirs(os.path.join(save_root,'img'), exist_ok = True)
    os.makedirs(os.path.join(save_root,'metadata'), exist_ok = True) # locate your metadata file at this folder
    save_root = os.path.join(save_root,'img')

    finished_samples = os.listdir(save_root)
    queue = Queue()
    count = 0
    for filename in sorted(filenames):
        # 确保filename包含完整的文件路径
        subj_name = filename # extract subject name from nifti file. [:-7] rules out '.nii.gz'
        # we recommend you use subj_name that aligns with the subject key in a metadata file.

        expected_seq_length = 1000 # Specify the expected sequence length of fMRI for the case your preprocessing stopped unexpectedly and you try to resume the preprocessing.

        # change the line below according to your folder structure
        if (subj_name not in finished_samples) or (len(os.listdir(os.path.join(save_root,subj_name))) < expected_seq_length): # preprocess if the subject folder does not exist, or the number of pth files is lower than expected sequence length. 
            try:
                count+=1
                p = Process(target=read_data, args=(filename,load_root,save_root,subj_name,count,queue,scaling_method))
                p.start()
                if count % 32 == 0: # requires more than 32 cpu cores for parallel processing
                    p.join()
            except Exception:
                print('encountered problem with'+filename)
                print(Exception)

if __name__=='__main__':
    start_time = time.time()
    main()
    end_time = time.time()
    print('
Total', round((end_time - start_time) / 60), 'minutes elapsed.')

关键修改:

  1. 导入Nilearn: 在read_data函数中导入nilearn.image.load_img。
  2. 替换加载方式: 使用nifti_image = load_img(path)加载图像,然后使用data = nifti_image.get_fdata()获取数据。
  3. 异常处理: 添加了更详细的异常处理,以便更好地诊断加载NIfTI文件时可能出现的问题。
  4. 修改main函数 修改load_root指向到包含子文件夹的根目录,并且修改filename的获取方式,确保传递给read_data的filename是包含子文件夹的完整路径。

注意事项:

  • 确保Nilearn已正确安装。
  • 检查文件路径是否正确,并且NIfTI文件存在。
  • 根据实际情况调整数据处理步骤,例如数据裁剪和标准化。
  • 根据硬件资源调整多进程的数量。

总结

本文档介绍了如何使用Nilearn库加载和处理NIfTI格式的fMRI数据,并将其集成到现有的多进程代码中。通过使用Nilearn,可以更方便地加载和处理神经影像数据,从而简化fMRI数据分析的流程。同时,合理的多进程处理可以加速数据处理过程,提高效率。

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