方法学 · Scalp Fusion 坐标融合

统一坐标层是一个坐标对齐层:它把脑区定位的六套命名语言(MNI / CPC / EEG 10-20 / WHO 穴位 / 头针线 / 进针向量)对齐到同一条「以 MNI 为主键」的记录上。我们的坐标数学建立在并对齐到已确立的行业标准——CPC 比例坐标(Xiao 2018 / Liu 2023)、10-20 系统、MNI152、IDW 配准。这是有意为之、是可信度信号:我们外部验证了自己的 (u,v) 与已发表的 MNI2CPC 群体 CPC 一致到 ~10.3mm。

说清楚:我们没有发明一套新的私有坐标基元。我们的 (u,v) 是 CPC 的一个更简单的 IDW 近似,比群体 CPC 约粗 10mm——我们说它「对齐到 CPC 标准」,绝不说「更准」或「自创坐标系」。本层的工作在应用层:(1) 把六套命名系统统一到一条 MNI 主键记录;(2) 融合误差 + 置信光晕的审计层与内/外分离;(3) 与 120 靶点 / 19 疾病文献证据目录的整合。

一句话:坐标基准对齐行业标准(有意为之);本层做的是统一与审计,而非新的坐标数学。

我们不是把几张图叠在一起,而是建立一套以标志点锚定的归一化比例曲面坐标系(USC²),让三套定位语言落到同一坐标上,可量、可复现、可随文献更新。

USC² 五层:A 标准头模 + 基准点(Nz/Iz/LPA/RPA/Cz);B 比例曲面 (u,v)——u = 前后弧(鼻根→枕)归一化比例,v = 冠状弧(左耳→右耳)归一化比例,无量纲、头大小不变;C 三系统注册到 (u,v);D 在标准头模锚点上用反距离加权(欧氏弦长,非头皮网格测地)做最近邻融合;E 个体化精度分层 L1–L4(本阶段仅实现 L1 标准头模)。

EEG 10–20 以 Nz、Iz、LPA、RPA 之间弧线的 10%/20% 比例分割;头皮针/穴位用骨度分寸(如前发际→后发际正中线=12 寸),同身、无绝对单位;MNI152 提供脑区科学来源。三者的共同语言就是「标志点锚定的归一化比例」——这正是「同身寸自适配头大小」的数学解释。

EEG ↔ MNI: Jurcak 式比例配准(以标准 10–20/10–10 的 MNI 坐标为基准做比例插值),既有 Towle 1993 / Okamoto 2004 头皮电极图谱作交叉校验,差异记录。

皮层 → 头皮: 概率投影,参 MNI2CPC——一种概率性皮层到头皮映射(Liu F, Zhang Z, Chen Y, 等. Brain Stimulation 2023;16:1733–1742, doi:10.1016/j.brs.2023.11.011),含约 2.5 cm 保守皮层 mask 思路。说明:本阶段实现为对该 mask 概念对齐的 L1 径向深度「近似」,并非对 MNI2CPC 算法的重实现。

邻近 + 不确定性: 最近穴位/EEG/头针线用对标准头模锚点的欧氏弦长做反距离加权(Shepard IDW,power=2;本阶段无头皮网格,故非测地);唯一的弧长/角度计算仅服务于已弃用的 CPC 交叉核验。每个注册点带置信度——概率融合,而非硬点叠加。每个坐标对象都带 source + 版本号。

每个靶点都与其来源文献一并展示,并带有证据档位标签(Direct / Indirect / No direct study)。档位描述的是文献对该关联的支持方式,而不是某个靶点是否适合用于治疗。

证据档位仅为研究用途的文献标注,非疗效、安全、监管或诊治声明。

• C1 · 证据档位. 每个靶点都标注其来源文献与证据档位;档位描述文献支持关联的方式,不是疗效排名,也不是适用性判断。
• C2 · 疼痛系统. 疼痛涉及多节点(M1/SMA/mPFC 等)与情绪-睡眠共病枢纽;以解剖与证据呈现,不规定方案。
• C4 · 统计 vs 临床显著. 峰值 T / cluster 大小是统计定位强度,不等于临床获益。
• C5 · 单点 vs 多点. 同一病种常有多个候选靶点;是否单点或组合是临床判断,工具只呈现候选与证据。
• C6 · EEG 的角色. EEG 10–20 提供可量的标准化头皮坐标骨架,作为脑区↔头皮的中介参照,不作功能读出声明。
• C7 · 比例坐标. (u,v) 用欧氏弦长反距离加权比例(对 CPC 测地弧长比例的近似,标准头上一致到一阶),与三系统比例本质一致、头大小不变;比例关系在图上直接画出可量,而非仅文字。

统一口径:literature-derived association,非因果;为假设生成与前瞻验证的 candidate target,而非治疗推荐。

皮层↔头皮的定位我们用两条独立轨道互为交叉校验,而不是单一公式:

• 轨道 A · USC² 比例曲面: 以与 CPC 工业标准相同的五个基准点(Nz/Iz/LPA/RPA/Cz)锚定的归一化比例坐标 (u,v),闭式、无网格、可在 iPad 上实时计算。
• 轨道 B · MNI2CPC 概率投影: 已发表的皮层→头皮概率映射(Liu 2023),作为对 (u,v) 的外部参照与误差预算来源。

因为两条轨道共用 CPC 的同一组基准点,USC² 的 u≈pNZ、v≈pAL 由「共享端点」构造而成在标准头上一阶一致;我们不声称二者相等,而是测量并记录其差距(我们的欧氏弦 IDW 与其测地弧长之差)。

误差预算(引自外部文献,非本产品声明):

• 群体级 MNI2CPC 定位偏差约 4.0 ± 0.7 mm(头皮)与 3.3 ± 0.6 mm(皮层),引自 Liu 2023(Brain Stimulation 2023;16:1733–1742)。
• 在加上标记/相机标定的前瞻情形下,文献报告的最佳无标记期望约 2.3 mm。
• 最大误差来源是枕部 Iz 的个体间变异,因此本系统对枕/顶靶点自动下调置信(置信光晕更大)。

上述毫米数为引用的外部文献预期范围,用于说明方法的不确定性量级——不是本产品对任何个体的精度承诺、疗效或安全声明。

我们自己的内部交叉验证(LOO:内部插值 + 边界压力测试)部分

我们用两个目的不同的留一交叉验证(各移除一个 EEG 10-20 锚点、用其余锚点的同一前向映射重算),把「内部插值精度」与「边界外推压力测试」分开报告。两者都是我们自己的实测数:

• 内部插值精度(有意义的数):5.5 ± 6.3 mm(n=2560 = 128 内部皮层靶点 × 20 折;中位 3.4、p95 18.8、max 46.6 mm)。这是丢一个锚点后、内部靶点处插值结果的稳定度——即一个真实皮层靶点所处的内插区间。
• 边界外推压力测试(保守上界):57.3 ± 12.8 mm(n=20;中位 56.8、p95 75.7、max 75.8 mm)。此处被留出的锚点本身落在头壳边界,反距离插值无法外推、向其余锚点质心收缩——刻意当作上界报告,远大于内部插值误差。
• 并列(非持平):已发表 MNI2CPC 群体级 4.0 ± 0.7 mm(Liu 2023)。

诚实口径:这些数与 MNI2CPC 不在同一量纲上,绝非「持平」或优于。两个 LOO 都是几何自洽 / 稳定度检验,并非 114 受试者的群体验证;皮层靶点没有外部真值 (u,v),内部数测的是「丢一个控制点后的内插敏感度」(诚实的内部代理),刻意如此标注,以免被误读为绝对精度。与 MNI2CPC 并列呈现,绝不声称等同。

对外验证 · 对比 MNI2CPC(Liu 2023 Fig 2b)部分

我们的标准头 (u,v) 与 Liu et al. 2023 (Brain Stimulation 16:1733–1742) Fig 2b 已发表的群体 CPC,在 23 个引用皮层靶点上一致到 ~10.3 ± 5.9 mm across 23 引用皮层靶点。 这是「标准头与已发表群体 CPC 的一致度」,与 Liu 自报的留一受试者(n=114)逐人头皮误差 4.03 ± 0.69 mm 不在同一量纲;并列展示,绝非持平或超越。详见验证页。

输入 MNI152 坐标(或选一个公开标志点),实时得到 USC² 比例坐标 (u,v)、命名分区、人读局部地址、临床侧别与最近 10-20 电极。计算完全在本地浏览器内,使用标准头模 (L1) 的同一前向 IDW 映射。

比例坐标 (u,v)

0.336, 0.348

命名分区

FRONTAL-LEFT

局部地址

FRONTAL-LEFT,靠后 68%、偏侧 87%

临床侧别

左 (L)

最近 10-20

F3 · 1.9 cm

CPC 估计 ≈ (u,v)

0.336, 0.348 (对照 Liu 2023 Fig 2b:与已发表群体 CPC 一致 ~10.3±5.9mm;n=23)

弧长 CPC (pNZ, pAL) · 次要

0.198, 0.256 (弧长重实现,对 Liu 验证更差,已弃用为主估计;标准头,±~6.5mm)

皮层→头皮深度

Pro / 研究档

所有输出均为标准头模 (L1) 的近似定位与不确定性提示,属「文献衍生的相关关系,非因果」;非疗效、安全、监管、背书或诊治声明。CPC 前后轴 (pNZ) 由 NZ/IZ 基准点经 MNE standard_1020(仿射对齐到本仓 MNI 坐标系)求得——属带 ~6.5mm 不确定性的标准头估计,非个体化测量,绝不臆造。个体化精度仍待外部已引用来源。

统一坐标层(临床语言):

• 五个基准点。 与 CPC/EEG 临床实践完全相同的鼻根、枕外隆突、双耳前点、头顶(Nz/Iz/LPA/RPA/Cz),无需额外测量即可对齐。
• 5×3 命名分区。 比例方格被分为前额/额/中央/顶/枕 × 左/中线/右共 15 个可人读的分区,每个坐标都能说成「额-左,靠后 30%、偏左 35%」。
• 一族嵌套配准层。 默认始终是保守的标准头模,精度更高的配准层为可选。各层实现状态:L1 标准头模(默认、零回归)已实现L2 五点仿射 + 全局 TPS已实现L3 头形协变量/椭球(个体化,待个体头形数据)待引用源L4 完整 MRI / SimNIBS(预留)方法学
• 置信光晕。 在 /scd 渲染上,定位的不确定性以靶点周围光晕的大小表达——越收紧越精确,越发散越不确定。

所有定位均为「文献衍生的相关关系,非因果」;任何证据档位均为「文献标注,非疗效/安全声明」。内部毫米级审计数值不作为产品精度承诺对外展示。

• Jurcak V, Tsuzuki D, Dan I. 10/20, 10/10, and 10/5 systems revisited — standardized MNI scalp coordinates. NeuroImage 2007.
• Okamoto M, et al. Three-dimensional probabilistic cranio-cerebral correlation via the 10-20 system. NeuroImage 2004.
• Towle VL, et al. The spatial location of EEG electrodes. Electroenceph Clin Neurophysiol 1993.
• Koessler L, et al. Automated cortical projection of EEG sensors. NeuroImage 2009.
• Liu F, Zhang Z, Chen Y, et al. MNI2CPC: a probabilistic cortex-to-scalp mapping for non-invasive brain stimulation targeting. Brain Stimulation 2023;16:1733–1742. doi:10.1016/j.brs.2023.11.011.
• WHO Standard Acupuncture Nomenclature (1990/1991); GB/T 21709.2–2021 (scalp acupuncture).
• GRADE / Evidence-to-Decision framework.
• Wu Y, Kong Q, et al. Chin Med 2025;20:58 (PMID 40329319) — the SCD/cognitive target source.

引用仅列已核验来源。