Стереотаксические референсные системы и атласы

Стереотаксические референсные системы присваивают каждой точке тела числовые координаты в общем, стандартизированном пространстве, так что местоположение может быть обозначено числами, а не только описанием. В сочетании с анатомическими атласами они позволяют регистрировать изображения разных людей и исследований в общую систему координат и сравнивать их, а также лежат в основе координатно-ориентированной локализации в мозге.

Definition

Стереотаксическая референсная система — это определенная трехмерная система координат, привязанная к фиксированным анатомическим особенностям, в которой любая точка может быть задана числовыми координатами; связанный с ней атлас сопоставляет эти координаты с названными анатомическими структурами или с вероятностью принадлежности к ним.

Scope

Эта тема охватывает системы координат и стандартизированные атласы, используемые для обеспечения общей системы отсчета для изображений: пропорциональную систему Талейраха, популяционные шаблоны MNI/ICBM, методы регистрации, которые деформируют индивидуальное изображение в стандартное пространство, и атласную маркировку местоположений. Она рассматривает их как методологические и справочные инструменты. Это не является руководством по процедурам и не содержит инструкций по лечению или использованию устройств.

Core questions

• Как стандартизированная система координат привязывается к анатомии, чтобы координаты были воспроизводимыми?
• Как индивидуальное изображение регистрируется (деформируется) в стандартное референсное пространство?
• Как вероятностный атлас представляет популяционную изменчивость, а не единичный мозг?
• Как числовые координаты сопоставляются с названными анатомическими метками?

Key concepts

• Линия AC-PC и начало координат
• Пространство Талейраха
• Шаблоны MNI / ICBM
• Межсубъектная регистрация и пространственная нормализация
• Вероятностные против односубъектных атласов
• Атласное анатомическое маркирование
• Возрастные шаблоны

Key theories

Пропорциональная (Талейраха) система координат

Талейрах и Турну привязали координатную сетку к передней и задней комиссурам и пропорционально масштабировали мозг к ограничивающей рамке, так что любой точке могли быть присвоены числовые координаты и сопоставлены с срезом атласа. Эта пропорциональная схема утвердила идею общего стереотаксического пространства для мозга.

Вероятностный атлас / референсная система

Вместо единичного образца подход ICBM строит координатное пространство из множества зарегистрированных мозгов и записывает в каждом местоположении вероятность принадлежности к данной структуре или ткани, тем самым представляя популяционную изменчивость в самой референсной системе.

Mechanisms

Референсная система сначала фиксирует начало координат и оси на стабильных внутренних ориентирах (классически передняя и задняя комиссуры и срединно-сагиттальная плоскость). Затем индивидуальное изображение регистрируется по шаблону путем оценки преобразования, которое выравнивает его со стандартным пространством, после чего каждый воксель получает стандартные координаты. Атласы для одного субъекта (такие как атлас Талейраха) сопоставляют эти координаты с одним размеченным мозгом, тогда как вероятностные атласы, построенные на основе многих субъектов (подход ICBM), вместо этого сообщают вероятность того, что координата принадлежит данной структуре, а автоматические парцелляции прикрепляют анатомические метки к координатам в пространстве шаблона. Популяционные шаблоны могут быть адаптированы по возрасту, чтобы регистрация не была смещена в сторону среднего значения для взрослых.

Clinical relevance

Общие системы координат позволяют локализовать результаты с помощью воспроизводимых чисел, сравнивать их между людьми и исследованиями и автоматически маркировать по атласу. Они являются основой для группового нейровизуализационного анализа и для координатно-ориентированной локализации в мозге. Эта запись описывает референсную и аналитическую основу; она не содержит инструкций по каким-либо индивидуальным процедурам наведения, хирургическим или лечебным процедурам.

Evidence & guidelines

Эта область основывается на методологических справочных работах и проверенных методах регистрации, а не на клинических испытаниях: пропорциональный атлас Талейраха, вероятностные шаблоны ICBM, автоматическая межсубъектная регистрация, атласное парцеллирование и построение возрастных шаблонов. Повторяющееся предостережение в этой литературе заключается в том, что единичный мозг Талейраха и популяционный шаблон MNI не идентичны, поэтому координаты не взаимозаменяемы без явного преобразования.

History

Стереотаксические координаты вошли в нейрохирургию в начале двадцатого века и были привнесены в визуализацию пропорциональным атласом Талейраха и Турну 1988 года, который определял воспроизводимую сетку, привязанную к комиссурам. Ограничения одного образца побудили Монреальский неврологический институт и Международный консорциум по картированию мозга создать популяционные шаблоны и вероятностные атласы в 1990-х и 2000-х годах, а затем автоматическая регистрация и парцеллирование сделали координатно-ориентированный анализ рутинным.

Debates

Координаты Талейраха против координат MNI

Пространство Талейраха определяется на одном посмертном мозге, тогда как пространство MNI/ICBM является усреднением многих живых мозгов, поэтому идентичные числовые координаты не указывают на одну и ту же анатомию в обоих случаях; местоположения должны быть преобразованы, а не считаться эквивалентными, что вызвало постоянную путаницу в отчетах.

Key figures

• Jean Talairach
• Pierre Tournoux
• Alan Evans
• John Mazziotta
• D. Louis Collins

Seminal works

• talairach-tournoux-1988
• mazziotta-2001
• collins-1994
• evans-2012

Frequently asked questions

Что такое линия AC-PC и почему она важна?

Линия AC-PC соединяет переднюю и заднюю комиссуры и, вместе со срединно-сагиттальной плоскостью, фиксирует начало координат и ориентацию классической стереотаксической системы. Привязка координат к этим стабильным внутренним ориентирам делает систему координат воспроизводимой для разных людей.

Являются ли координаты Талейраха и MNI одним и тем же?

Нет. Пространство Талейраха основано на одном мозге, тогда как пространство MNI/ICBM построено на основе усредненных данных многих мозгов, поэтому одна и та же числовая координата может соответствовать немного отличающейся анатомии. Координаты должны быть явно преобразованы между двумя системами, а не рассматриваться как взаимозаменяемые.