[Neuroimaging] MRI 좌표 (coordinate)

MRI coordinates

 

MRI 볼륨 공간에 사용되는 좌표계는 밀리미터 단위이다.

 

X축	왼쪽에서 오른쪽
Y축	뒤에서 앞
Z축	아래에서 위

 

MRI 볼륨의 왼쪽-뒤-아래 모서리에 있는 첫 번째 voxel은 (1,1,1)로 인덱싱된다. 이 voxel 중심의 해당 MRI 좌표 (밀리미터 단위)는 (voxelsize_x, voxelsize_y, voxelsize_z)이다.

 

World coordinates

 

원본 MRI 파일에 사용된 좌표계는 대상에 대한 참조 MRI로 로드된 것이다. 이는 MRI 파일에 직접 저장된 4x4 매트릭스로 정의된다. NIfTI .nii 파일에서는 가능한 경우 행렬 sform을 사용 하고 그렇지 않으면 행렬 qform을 사용한다. FreeSurfer .mgh/.mgz 파일에서는 vox2ras 매트릭스를 사용합니다.

 

피사체 데이터의 경우 대부분 스캐너 좌표와 일치한다. 아틀라스 (atlases)의 경우 정규화된 좌표 (ex: MNI 좌표)에 해당할 수 있다.

 

MNI coordinates

 

MNI 공간	개별 MRI / CT 볼륨 또는 해부학적 지도책에 적용할 수 있는 볼륨 내의 voxel을 인덱싱하기 위한 좌표 시스템을 나타낸다.
Anatomy (해부학적) template	뇌 지도책을 나타내는 해부학적 파일 세트 (MRI, 표면, 구획)이다.
MNI template	MNI 공간 (MNI152, Colin27)에 등록되는 특수성을 갖는 해부학 템플릿
MNI 구획 (parcellations)	각 값이 해부학적 레이블을 나타내고 MNI 공간에 등록된 정수의 볼륨이다. 피사체 공간에 볼륨 구획을 생성하기 위해 비선형 변형 필드를 MNI 구획에 적용할 수 있다.

 

여러 인간 두뇌의 해부학적 구조를 비교하거나 그룹 통계를 계산하려면 공통 참조 시스템을 정의해야 한다. 두 가지 유형의 정규화된 시스템이 과거 문헌에서 널리 사용되었다. Jean Talairach가 정의한 아틀라스와 MNI 정위 (stereotaxic) 좌표이다. Talaraich 시스템은 점진적으로 폐기되었지만 오픈 소스 신경 영상 소프트웨어의 자동 정규화 방법 개발 덕분에 "MNI 공간"이 점점 더 많이 사용되었다. 참조 두뇌 및 소프트웨어 버전에 대한 지속적인 업데이트로 인해 여러 "MNI 공간"이 공존하게 되었다.

 

Brainstorm에서 MNI 좌표는 IXI549 공간 이라고도 하는 SPM12에 정의된 정규화된 공간을 참조한다. MRI 좌표와 마찬가지로 mm 단위이고, (X, Y, Z)축이 (right, anterior, dorsal)을 향하고 있다. 대상에 대한 이 MNI 정규화를 계산하면 입력 MRI가 변경되거나 새로운 정규화된 볼륨이 생성되지 않는다. 이는 표준화된 MNI 좌표를 사용하여 대상의 MRI 볼륨을 참조할 수 있는 변환만 저장한다. 선형 접근 방식과 비선형 접근 방식의 두 가지 옵션이 있다.

 

Linear normalization

 

[4x4] 아핀 변환이 계산되어 MRI NCS 구조에 저장된다.

 

NCS.R	MRI 좌표에서 MNI 좌표로의 [3x3] 회전 행렬
NCS.T	MRI 좌표에서 MNI 좌표로의 [3x1] 이동 행렬

 

이 변환은 계산이 빠르고 3D 좌표에 적용되며 저장 측면에서 매우 가볍다. 뇌의 경계 상자 변형을 계산하는 데 적합하며 동일한 공간에서 뇌를 빠르게 정렬하거나 볼륨 scout의 시드를 정의하는 데 적합하다. 그러나 개별 두뇌의 피질 접힘의 차이를 모델링하거나 MNI 구획을 대상 공간에 투영하는 데는 적합하지 않다.

 

Non-linear normalization

 

개별 뇌의 각 voxel은 다른 복셀과 독립적으로 MNI 공간에 투영된다. 볼륨 간의 이러한 비선형 변형 필드를 나타내기 위해 SPM12 표현을 사용한다. 즉, 변환당 3개의 볼륨이 각 차원 (X, Y, Z)에 대해 하나씩 저장된다. MNI에서 MRI 좌표로 변환 (순방향 변환)하려면 3D 행렬의 한 삼중항이 필요하고, MRI에서 MNI로 변환 (역변환)하려면 다른 하나가 필요하다. MRI NCS 구조에는 다음 필드가 저장된다.

 

NCS.iy	4D 부동 소수점 행렬 [x,y,z,3] : 역 MNI 변형 필드. 큐브 행렬과 동일한 크기이며 각 voxel에 대해 MNI 공간의 좌표를 제공하므로 MRI 좌표를 MNI 좌표로 변환하는 데 사용된다.
NCS.y	4D 부동 소수점 행렬 [x,y,z,3] : 순방향 MNI 변형 필드. 일부 MNI 좌표의 경우 원래 피사체 공간에서 해당 좌표를 제공한다. 해석하려면 행렬 y_vox2ras와 함께 사용해야 한다.
NCS.y_vox2ras	[4x4 double], y 볼륨의 복셀 좌표를 MNI 좌표로 변환하는 이동 행렬
NCS.y_method	정규화에 사용되는 알고리즘 (ex: 'segment'=SPM12 Segment)

 

비선형 변환은 개별 해부학적 변형을 나타낼 수 있으며 MNI 구획을 대상 공간으로 워핑하는 데 적합하다. 그러나 계산적으로는 훨씬 더 무겁다. 각 MRI 볼륨에 대해 6개의 추가 볼륨을 파일에 저장해야 하므로 파일 크기와 로드 시간이 크게 늘어난다. MNI 좌표 계산도 훨씬 길어서 MRI 뷰어의 인터페이스 속도가 느려진다.