FreeSurfer

👉Вернуться к списку инструкций

FreeSurfer – программное обеспечение с открытым исходным кодом, предназначенное для обработки, анализа и визуализации нейровизуализационных данных, главным образом МРТ головного мозга. Программа используется для автоматической сегментации анатомических структур, реконструкции кортикальной поверхности, оценки толщины коры, измерения объёмов различных областей мозга, а также для проведения межсубъектного и лонгитюдного анализа. Основные функции и возможности FreeSurfer включают предобработку МРТ-данных, удаление не-мозговых тканей, регистрацию изображений, парцелляцию коры, анализ морфометрических характеристик, а также инструменты для статистической обработки и визуализации результатов.
Официальный сайт: https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu

Доступные версии на суперкомпьютере НИУ ВШЭ

# Для очереди rocky
module load freesurfer/8.1.0  # FreeSurfer версии 8.1.0

# Для очереди normal 
module load freesurfer/7.4    # FreeSurfer версии 7.4

Обновление версий производится по запросу пользователей.
Тестовые исходные данные расположены на суперкомпьютере в каталогах /opt/software/freesurfer/v7/subjects и /opt/el9/hse/software/freesurfer/8.1.0

Пользователи: Центр биоэлектрических интерфейсов, любые подразделения НИУ ВШЭ.

Ключевые особенности

Рис. 1. Результаты обработки МРТ головного мозга в FreeSurfer: сегментация, реконструкция поверхности и карта кортикальной толщины

• Автоматическая сегментация мозга — выделение серого и белого вещества, подкорковых структур (гиппокамп, таламус и др.) и желудочков без ручной разметки.
• Реконструкция кортикальной поверхности — построение границ белого вещества (white surface) и пиа-оболочки (pial surface) с высокой точностью.
• Расчёт толщины коры (cortical thickness) — количественное измерение расстояния между поверхностями, широко используемое в нейронауках и клинических исследованиях.
• Парцелляция коры — автоматическое разделение коры на анатомические области по атласам (например, Desikan–Killiany).
• Морфометрический анализ — вычисление площади поверхности, кривизны, объёмов структур и других параметров.
• Поддержка лонгитюдных исследований — анализ изменений мозга у одного и того же пациента во времени.
• Межсубъектное сопоставление — приведение данных разных людей к общей анатомической системе координат.
• Инструменты статистического анализа — групповые сравнения, построение карт различий, корреляционный анализ.
• Визуализация результатов — отображение сегментации, поверхностей и карт параметров (например, толщины коры) в виде 2D и 3D моделей.
• Автоматизированный конвейер обработки (recon-all) — полный цикл анализа от исходного МРТ до готовых количественных результатов.

Выполнение расчетов на суперкомпьютере

Для выполнения расчёта на суперкомпьютере необходимо подготовить скрипт-файл для очереди задач с запросом требуемых ресурсов (см. общую инструкцию по запуску задач на суперкомпьютере).

Пример запуска на CPU

В качестве примера, выполним моделирование для тестовых данных. Для удобства, предварительно скопируем файл в рабочую директорию и перейдем в неё:

mkdir -p ~/freesurfer_subjects/
cp /opt/el9/hse/software/freesurfer/8.1.0/thickness_reg.nii.gz ~/freesurfer_subjects/
cd ~/freesurfer_subjects/

Для постановки задачи в очередь сформируем sbatch-скрипт freesurfer.sbatch:

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=freesurfer                      # Название задачи
#SBATCH --time=01:00:00                            # Максимальное время выполнения (1 час)
#SBATCH --error=freesurfer-%j.err                  # Файл для вывода ошибок
#SBATCH --output=freesurfer-%j.log                 # Файл для вывода результатов
#SBATCH --partition=rocky                          # Очередь для запуска
#SBATCH --constraint="type_d|type_a|type_b|type_c" # Типы узлов
#SBATCH --ntasks 8                                 # Количество MPI процессов = ядер CPU 
#SBATCH --mail-user=ваша_почта                     # Укажите ваш email для отправки уведомлений
#SBATCH --mail-type=END,FAIL                       # События, требующие уведомления

# Очистка модулей
module purge

# Добавление дополнительного пути поиска модулей для Rocky Linux 9
module add el9

# Загрузка модуля FreeSurfer
module load freesurfer/8.1.0

# Команда запуска
recon-all -i thickness_reg.nii.gz -s subject1 -all -openmp $SLURM_NTASKS

# Рекомендуемая пропорция ресурсов на cHARISMa: 
# - запуск на узлах типов D, A, B, C на 4-20 ядрах CPU
# Отслеживайте загрузку CPU через: https://lk.hpc.hse.ru

Для постановки задачи в очередь необходимо выполнить команду sbatch freesurfer.sbatch. Посмотреть состояние своих задач можно с помощью команды mj. Результат выполнения скрипта будет сохранён в файл freesurfer-00000.log (где 00000 – номер задачи в очереди). Сообщения, выводимые в процессе работы Elegant, будут записаны в файл freesurfer-00000.err (где 00000 – номер задачи в очереди).

Дополнительная информация

• Документация FreeSurfer
  
• Инструкция по работе с системой мониторинга эффективности HPC TaskMaster