Functional MRI (fMRI) data may be contaminated by artifacts arising from a myriad of sources, including subject head motion, respiration, heartbeat, scanner drift, and thermal noise. These artifacts cause deviations from common distributional assumptions, introduce spatial and temporal outliers, and reduce the signal-to-noise ratio of the data--all of which can have negative consequences for the accuracy and power of downstream statistical analysis. Scrubbing is a technique for excluding fMRI volumes thought to be contaminated by artifacts and generally comes in two flavors. Motion scrubbing, based on subject head motion-derived measures, is popular but suffers from a number of drawbacks, among them the need to choose a threshold, a lack of generalizability to multi-band acquisitions, and high rates of censoring of individual volumes and entire subjects. Alternatively, data-driven scrubbing methods such as DVARS are based on observed noise in the processed fMRI timeseries and may avoid many of these issues. In this work, we undertake a comprehensive comparison of motion-based and data-driven scrubbing methods. Because a standardized scrubbing pipeline should work for arbitrary downstream analyses, we argue that the appropriate metric for success is maximal data retention subject to reasonable performance on typical benchmarks such as the reliability and predictiveness of functional connectivity (FC). We also present "projection scrubbing", a novel data-driven scrubbing method based on a statistical outlier detection framework. Projection scrubbing is substantially more beneficial to overall FC reliability than motion scrubbing and DVARS and removes about half the number of volumes, illustrating the advantages of this data-driven, outlier detection approach for identifying contaminated volumes.


翻译:功能性磁共振(fMRI)数据可能受到来自多种来源,包括主题头运动、呼吸、心跳、扫描漂移和热噪声在内的各种来源产生的文物污染,这些文物导致偏离共同分布假设,引入空间和时间外移器,并降低所有数据的信号-噪音比率,这可能对下游统计分析的准确性和功率产生消极影响。擦拭是一种排除认为受文物污染并一般分为两种味道的FMRI数量的技术。根据主题头运动衍生措施进行的洗涤运动很受欢迎,但也有不少退步,其中包括需要选择一个阈值,缺乏多波段采购的通用性,并降低对单个数量和整个主题的检查率。 或者,DVARRS等数据驱动洗涤方法所依据的是经过加工的FMRI时间序列中观察到的噪音,并可能避免许多问题。在这项工作中,我们根据运动和数据冲刷洗方法进行的全面比较,但有不少退步,其中有一些需要选择阈值阈值的门槛,因为标准化的透析框架的半值,我们用来推算出常规性稳定性基准,因此,我们可以推测算出当前的稳定性数据流数据,我们用来推测测算。

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