Normaliza¸ c˜ ao

Registro inter-modalidade (corregistro)

A combina¸c˜ao de m´ultiplas modalidades de imagem pode prover muito mais informa¸c˜ao do que a inspe¸c˜ao das imagens isoladamente. Os mapas de fMRI s˜ao habitualmente gerados a partir de imagens EPI de baixa resolu¸c˜ao, e o poder de identifica¸c˜ao de estruturas pode ser melhorado com a sobreposi¸c˜ao com uma imagem estrutural de alta resolu¸c˜ao. O registro entre imagens de diferentes modalidades ´e denominado corregistro.

Existem algumas diferen¸cas marcantes entre o registro intra-modalidade e o corregistro, requerendo uma abordagem um pouco mais sofisticada do que a determina¸c˜ao dos seis parˆametros de corpo-r´ıgido pela minimiza¸c˜ao da soma dos quadrados das diferen¸cas entre imagens como no primeiro caso.

Imagens adquiridas em diferentes modalidades podem ter diferentes tamanhos e di- ferentes distor¸c˜oes lineares de enviesamento. Essas diferen¸cas podem ser parametrizadas em outros seis parˆametros que, somados aos de transforma¸c˜ao de corpo-r´ıgido (rota¸c˜ao e transla¸c˜ao), completam os 12 parˆametros da matriz M. A estima¸c˜ao desses parˆametros faltantes tamb´em ´e realizada procurando minimizar a soma dos quadrados das diferen¸cas entre as imagens, e utilizando matrizes com menor n´umero de parˆametros (Ashburner, 2000).

Al´em disso, imagens de alta resolu¸c˜ao adquiridas por MRI, s˜ao habitualmente ponde- radas em T₁, T₂ ou densidade de pr´otons (PD), que s˜ao diferentes do principal contraste presente em imagens EPI (T₂^∗). Abordagens mais antigas dependiam da interven¸c˜ao do pesquisador para a identifica¸c˜ao de pontos-chave em ambas as imagens. Mais recente- mente, algoritmos para registro inteiramente autom´atico, utilizando a maximiza¸c˜ao da informa¸c˜ao m´utua, vem se tornando cada vez mais confi´aveis (Holden et al., 2000; Ash- burner,2003a;Skerl et al.,2006).

caracter´ıstica adotada para dirigir o mapeamento de um c´erebro a outro, as estrat´egias podem ser divididas em dois grupos principais (Toga e Thompson,1999). Nas abordagens dirigidas pela intensidade, uma medida da similaridade da intensidade dos voxels, como a informa¸c˜ao m´utua entre as imagens, ´e computada. Parˆametros de transforma¸c˜ao a serem aplicados na imagem fonte s˜ao ajustados sucessivamente, usualmente de forma iterativa, at´e que a medida de similaridade com a imagem alvo seja m´axima¹³ (Ashburner,2000).

Por outro lado, nas abordagens dirigidas por modelo, os algoritmos procuram criar modelos geom´etricos representando elementos anatˆomicos identific´aveis tanto na imagem fonte quanto na imagem alvo. Esses elementos comumente incluem pontos ou superf´ıcies de forte interesse fisiol´ogico. Os elementos da imagem fonte s˜ao a seguir “casados” com os elementos correspondentes na imagem alvo, guiando a transforma¸c˜ao do volume como um todo (Bookstein,1997).

O atlas de Talairach-Tournoux

O atlas estereot´axico de Talairach-Tournoux (TT) foi originalmente desenvolvido para auxiliar na interpreta¸c˜ao de exames de pneumoencefalografia e para o planejamento pr´e- cir´urgico [Talairach e Szikla (1967) apud Collins (1994); Toga (2002)]. Posteriormente o trabalho foi modificado, adaptando-se ao uso em t´ecnicas mais modernas de neuroima- gem (Talairach e Tournoux,1988), e rapidamente transformou-se em padr˜ao internacional para a publica¸c˜ao de resultados de estudos utilizando PET e fMRI, permitindo aos pes- quisadores comparar resultados de diferentes laborat´orios. A publica¸c˜ao foi inovadora ao definir um sistema de coordenadas e um sistema de transforma¸c˜ao espacial para ajustar o c´erebro em estudo ao atlas. O sistema de coordenadas ´e baseado em um plano hori- zontal que passa pelas comissuras anterior e posterior do enc´efalo, e que mant´em rela¸c˜oes relativamente constantes com o telencef´alo, e auxilia na identifica¸c˜ao de sulcos e giros individuais (Tamraz e Comair,2000).

Contudo, o atlas TT apresenta v´arias limita¸c˜oes. O atlas foi criado a partir da dissec¸c˜ao post-mortem de um ´unico c´erebro, que pertencia a uma mulher de cerca de 60 anos, europ´eia. Esse c´erebro n˜ao ´e necessariamente representativo de nenhuma popula¸c˜ao, e

´e particularmente diferente dos c´erebros da maioria dos volunt´arios de experimentos de fMRI, tipicamente jovens saud´aveis (Collins,1994). Com efeito, o uso disseminado do atlas

13Procedimentos automatizados dirigidos pela intensidade, em associa¸c˜ao com segmenta¸c˜ao das imagens e testes de significˆancia estat´ıstica deram origem a novos m´etodos de estudo da morfologia e densidade de tecidos cerebrais: morfometria baseada em voxels (VBM –voxel-based morphometry), morfometria baseada em campos de deforma¸c˜ao (DBM –deformation-based morphometry) e morfometria baseada em tensores (TBM –tensor-based morphometry) (Ashburner e Friston,2000;Ashburner,2003b). A VBM vem sendo utilizada para estudo das mais variadas desordens cerebrais, e mesmo para estudo de c´erebros normais (Mechelli et al.,2005). H´a contudo v´arias cr´ıticas ao m´etodo (Bookstein,2001;Crum et al.,2003).

de Talairach-Tournoux come¸cou devido principalmente `a falta de substitutos melhores quando os exames de neuroimagem funcional ainda estavam apenas iniciando (Toga e Thompson,1999).

O atlas MNI

Um atlas baseado exclusivamente em imagens adquiridas por ressonˆancia magn´etica in vivo foi desenvolvido na d´ecada de 1990 no Instituto de Neurologia de Montreal (MNI – Montreal Neurological Institute). O atlas MNI utiliza um sistema de coordenadas seme- lhante ao utilizado no atlas TT. Entretanto, por ser baseado em um conjunto de c´erebros e n˜ao em apenas um ´unico esp´ecime, o atlas ´e mais representativo da popula¸c˜ao do qual foram selecionados os volunt´arios. A primeira vers˜ao do atlas, denominada MNI-305, foi criada a partir de imagens de 305 volunt´arios, registradas automaticamente para a ima- gem m´edia de um conjunto de 241 c´erebros, os quais previamente haviam sido registrados para o atlas TT de forma manual (Collins,1994). A atual vers˜ao, chamada de MNI-152, foi gerada a partir de imagens de 152 volunt´arios registradas para o MNI-305 utilizando algoritmos de registro autom´atico (Brett et al.,2002).

Embora o MNI-152 seja, portanto, indiretamente baseado no atlas TT, os dois c´erebros n˜ao s˜ao idˆenticos. Os lobos temporais no atlas MNI est˜ao cerca de 10 mm abaixo das mes- mas estruturas no atlas TT, por exemplo. As diferen¸cas entre os modelos costumam ser fonte de confus˜ao na literatura (Brett et al.,2002). Alguns pacotes de software identifi- cam como “coordenadas de Talairach” as coordenadas dos mapas estat´ısticos, mesmo que o conjunto de dados tenha sido normalizado utilizando o MNI-152. Embora essa identi- fica¸c˜ao esteja tecnicamente correta, por referir-se ao sistema de coordenadas, que mesmo no atlas MNI ´e baseado no atlas de Talairach-Tournoux, o pesquisador que desconhe¸ca esse detalhe pode erroneamente identificar as estruturas ao tentar nome´a-las tomando o pr´oprio atlas TT como referˆencia.

Atlas probabil´ısticos

O uso de atlas fixos, como os modelos TT ou MNI, pressup˜oem que uma determinada es- truturaest´a em uma determinada posi¸c˜ao. Por outro lado, se para cada coordenada fosse indicada a probabilidade de que a mesma perten¸ca a uma determinada estrutura, seria poss´ıvel afirmar com um grau maior ou menor de certeza se tal estrutura est´a, efetiva- mente, contribuindo para o padr˜ao de ativa¸c˜ao observado no experimento. As inferˆencias seriam relativizadas dentro de intervalos de confian¸ca, e seria poss´ıvel adaptar o atlas para diferentes popula¸c˜oes (Toga e Thompson, 1999). Um atlas com essas caracter´ısticas vem lentamente sendo desenvolvido ao longo dos ´ultimos 12 anos por um cons´orcio interna- cional, o ICBM (International Consortium for Brain Mapping). A primeira etapa inclui estudos em cerca de 7000 sujeitos normais, de ambos os sexos, com idade entre 18 e 90

O atlas probabil´ıstico proposto e em desenvolvimento pelo ICBM ´e muito mais com- plexo e apresentar´a muito mais informa¸c˜ao do que qualquer outra tentativa j´a reali- zada. Est˜ao previstos mapeamento macro e microanatˆomico, funcional e genotipagem.

Informa¸c˜oes demogr´aficas, cl´ınicas e comportamentais dos sujeitos tamb´em est˜ao sendo colhidas. Sendo assim, o uso dessa base de dados para a normaliza¸c˜ao ´e somente uma fra¸c˜ao do potencial desse atlas. A proposta para a cria¸c˜ao do atlas ICBM e m´etodos est˜ao detalhados emMazziotta et al.(1995,2001), bem como no endere¸co do cons´orcio na rede¹⁴.