脑成像数据的标准空间

脑成像设备和数据都需要进行一定程度的标准化才能进行后续分析。本文是对其基本概念的一些介绍。

脑成像数据的标准空间
标准空间
根据模板提取数据

标准空间

个体空间

大脑是人体的重要器官，但不管它多重要，它也是一个器官。它是一个器官就意味着它在形态和功能上不可避免地具有个体差异。

标准模板

为了最大限度地降低这些差异，现代医学通过大量的数据和实验塑造了这样一个东西。这个东西可以称为“标准脑”。就像标准脸一样，它是统计意义上的标准模板

标准脸的样例

就像标准脸一样，虽然没有人的大脑真的长成标准脑的样子，但如果我们按照标准脑建立一个空间，在这个标准空间上进行脑区划分，就可以在统计意义上代表大脑在该脑区的解剖结构和功能。

目前使用比较广泛的标准空间称为 MNI 空间。CoordinateSystems - Brainstorm (usc.edu)

https://www.researchgate.net/figure/The-MNI-coordinate-system-of-the-brain_fig1_344782562

个体被试的大脑，都可以用合适的方法映射到这个标准空间上，这个过程称为“配准”。然而在介绍

这个空间不仅仅是大脑空间，它还给出了一套切实可行并且简单易行的配准方式。

首先是从大脑外部，例如采用 EEG 或 MEG 等皮肤表面的成像方式进行脑成像扫描，那么就需要使用皮肤表面的定位点。这里，它采用鼻根和双侧耳根作为定位点

CoordinateSystems - Brainstorm (usc.edu)

CoordinateSystems - Brainstorm (usc.edu)

CoordinateSystems - Brainstorm (usc.edu)

CoordinateSystems - Brainstorm (usc.edu)
而如果在获取了个体被试的大脑结构像之后，如进行了 MRI 或 CT 扫描之后，就可以通过大脑内的定位点进行配准，也是三个点，分别是扣带回前、后两个端点和头顶正中的顶点

扣带回前端点

扣带回前端点

扣带回后端点

扣带回后端点

头顶的一个端点

头顶的一个端点

简单来说，如果要对外围设备进行空间配准或进行导航，则需要用到外部的三个定位点；如果要对大脑结构进行配准，则需要用到大脑内部的三个定位点。

因此，这套定位系统能够把大脑的三维结构与外部的三维世界联系起来。

最后还需要说明的是，在这套坐标系下的笛卡尔基服从如下规定，简单来说就是 X 轴代表左右、Y 轴代表前后、Z 轴代表上下，且零点位于最左、后、下的位置。你可以想象用左手手掌挡住眼睛，四指并拢然后拇指指天，这里食指就是 X 轴，拇指就是 Z 轴，Y 轴穿过手心指向前方。

MNI space definitions

MRI coordinates

Coordinates system used to index voxels in the space of the MRI volume, in millimeters:

Axis X: left -> right

Axis Y: posterior -> anterior

Axis Z: bottom -> top

The first voxel at the bottom-left-posterior of the MRI volume is voxel (1,1,1). The coordinates of the center of this voxel in millimeters is (voxelsize_x, voxelsize_y, voxelsize_z).