八、坐标系

由于MRI图像与物理对象相关，我们需要某种方法将图像中的数据点与物理对象中的所有空间位置关联起来。我们使用坐标系来实现这一点，这是一种指定图像空间特征的方式。单个大脑图像的数据矩阵通常是三维的，因此矩阵中的每个维度都对应于空间中的一个维度。按照惯例，这些尺寸(或轴)称为X、Y和Z。在用于神经成像数据的标准空间中，X代表左右维度，Y代表前后维度，Z代表上下维度(参见图2.2)。

2.2 描述了MRI标准坐标空间中使用的三个主轴；直接从MRI扫描仪获取的图像可能具有不同的轴向

在数据矩阵中，特定的体素可以被索引为[X，Y，Z]，其中这三个坐标指定其在矩阵中沿每个维度的位置(从0或1开始，取决于特定软件系统的约定)。有关如何存储这些数据的具体信息(例如，第一个X值是指最左边的体素还是最右边的体素)通常存储在图像标题中。

1. 放射学和神经学惯例

科学研究领域通常有自己的惯例来表示数据，通常是由于意外或命令而产生的。 例如，在电生理研究中，与事件相关的电势经常被绘制成负值上升而正值下降。大脑图像的存储和显示也有一套不一致的惯例，这源于放射科医生和神经科医生在偏好上的历史差异。放射科医生更喜欢将大脑的右侧放在图像的左侧，这样从床脚观察时，胶片中结构的方向才能与身体相匹配。因此，用左右尺寸反转的图像表示被称为“放射学惯例”。另一方面，神经科医生的惯例是在不翻转左右维度的情况下观看图像(即大脑的左侧在图像的左侧)，这被称为神经学惯例。不幸的是，在大脑成像中，对于图像的存储或显示没有一致的约定，这意味着人们总是不得不担心数据的X维是否得到了正确的解释。由于人脑的左右对称性，没有万无一失的方法可以从大脑的图像中确定哪一边是左的，哪一边是右的。两个半球之间的解剖学差异在个体之间是微妙和不一致的，并不能提供足够的手段来从图像中识别左右半球。对于前-后和下-上尺寸，不需要任何约定，通过解剖结构能够明显区分是上/下还是前/后。

2. 标准坐标空间

前面讨论的坐标系提供了大脑物理结构和图像坐标之间的联系。我们称从MRI扫描仪获取的图像中的原始坐标系为图像的本征空间。尽管自然空间允许我们将图像坐标与物理结构联系起来，但不同个体(或同一个体在不同场合被扫描)的大脑不一定会在自然空间中排成一排。不同的人有不同大小的大脑，即使同一个人被多次扫描，大脑也会在图像中的不同位置，这取决于头部在扫描仪中的确切位置。因为神经成像中的许多研究问题需要我们将不同个体的数据结合起来，我们需要一个共同的空间，不同的个体可以在其中进行比对。这种常见空间的第一个推动者来自神经外科医生，他们希望有一个标准化的空间来进行立体定向神经外科手术。这种空间现在一般被称为标准空间或立体定向空间。其中最著名的是Jean Talairach(Talairach，1967)提出的方法。最近，蒙特利尔神经研究所(MNI)在大量MRI图像的基础上开发的立体定向坐标空间已经成为该领域的标准。

以上内容来自《Handbook of functional MRI Data Analysis》。