一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统

本发明涉及医学影像分析与神经认知，尤其涉及一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统。

背景技术：

1、代谢功能障碍相关脂肪性肝病（masld）是全球高发的慢性肝脏疾病，近年研究发现其与认知功能障碍风险升高密切相关，多模态脑磁共振成像是探究其神经机制的核心手段。当前脑影像数据分析多依赖分步式手动处理，存在诸多不足：

2、其一，缺乏针对多分层患者群体的批量自动化分析流程，需手动完成结构、功能多模态数据的分步处理与统计，效率低下且易引入人为误差；

3、其二，功能连接分析依赖人工筛选种子点，难以实现大量差异脑区的批量建模，结果可重复性差；

4、其三，脑影像-认知的中介效应分析需跨工具整合数据，操作繁琐，且难以批量验证多条神经通路；

5、其四，现有系统无法同时覆盖多模态指标提取、多组批量统计、功能连接建模与中介效应检验的全流程，难以满足masld等代谢性疾病分层脑机制研究的高效、精准分析需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统，实现多模态脑磁共振影像全流程自动化分析，支持多组别批量统计对比、功能连接批量建模与中介效应自动检验，提升脑影像研究的分析效率与结果一致性，为代谢性疾病的神经认知机制研究提供可靠工具。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统，包括：

3、数据预处理模块，用于对多组被试的多模态脑磁共振影像数据及认知行为数据进行标准化预处理，并提取多维度脑结构与脑功能量化指标；

4、多组对比批量统计模块，用于对提取的脑结构与功能指标进行多组别间的批量统计学差异分析，自动纳入混杂协变量并执行多重比较校正，筛选得到组间显著差异脑区；

5、功能连接批量建模模块，用于以组间显著差异脑区为种子点，批量计算全脑功能连接强度并执行组间差异检验；

6、中介效应分析模块，用于构建分组因素-脑影像指标-认知行为指标的中介效应结构方程模型，检验脑影像指标在分组与认知关联中的中介作用；

7、结果输出与可视化模块，用于生成统计分析结果报表与脑影像可视化图谱。

8、优选的，数据预处理模块包括结构像预处理单元、静息态功能像预处理单元和行为数据标准化单元；结构像预处理单元用于处理t1加权结构影像，提取皮层厚度、脑区体积类结构指标；所述静息态功能像预处理单元用于处理静息态功能磁共振影像，提取低频振幅、局部一致性类功能指标；所述行为数据标准化单元用于对认知量表数据进行标准化编码。

9、优选的，结构像预处理单元基于皮层表面分析流程完成脑组织分割与脑区图谱划分，输出全脑皮层分区的厚度、表面积，以及皮层下核团、小脑结构的体积，并计算估计颅内总体积作为体积分析的校正协变量。

10、优选的，静息态功能像预处理单元依次完成时间层校正、头动校正、空间标准化与平滑去噪处理，计算全脑体素维度的低频振幅与局部一致性指标，同时生成平均头动位移参数作为功能分析的协变量。

11、优选的，多组对比批量统计模块支持两组独立样本检验与三组单因素协方差分析模式，自动纳入年龄、性别、受教育程度作为通用协变量；针对皮层形态指标采用错误发现率校正，针对体素级功能影像指标采用高斯随机场校正，组间两两比较采用bonferroni校正。

12、优选的，功能连接批量建模模块自动提取种子点区域的平均时间序列，计算其与全脑体素时间序列的相关系数并经fisher z转换得到功能连接值，批量完成所有种子点的全脑功能连接组间差异检验。

13、优选的，中介效应分析模块采用中介效应结构方程模型构建中介路径，通过自助法重复抽样检验间接效应的显著性，自动判别完全中介、部分中介与无中介效应类型。

14、优选的，中介效应结构方程模型以分组因素为自变量、脑影像量化指标为中介变量、认知行为得分为因变量，自动控制混杂协变量并输出模型拟合优度指标与路径系数。

15、优选的，结果输出与可视化模块生成包含组间差异、相关性分析、中介效应结果的标准化报表，同时输出脑区统计参数图、相关性散点图、功能连接网络图与中介路径图。

16、因此，本发明采用上述的一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统，具有以下好处：

17、（1）整合了多模态脑影像预处理、多组批量统计、功能连接批量建模与中介效应分析的全流程，无需跨工具手动切换，大幅提升分析效率；

18、（2）采用自动化的协变量控制与多重比较校正，减少人为操作误差，提升结果可重复性；

19、（3）支持按疾病亚型分层的多组对比分析，可精准识别疾病特异性的神经影像生物标志物，尤其适用于masld等代谢性疾病的脑机制研究。

20、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统，其特征在于：数据预处理模块包括结构像预处理单元、静息态功能像预处理单元和行为数据标准化单元；结构像预处理单元用于处理t1加权结构影像，提取皮层厚度、脑区体积类结构指标；所述静息态功能像预处理单元用于处理静息态功能磁共振影像，提取低频振幅、局部一致性类功能指标；所述行为数据标准化单元用于对认知量表数据进行标准化编码。

3.根据权利要求2所述的一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统，其特征在于：结构像预处理单元基于皮层表面分析流程完成脑组织分割与脑区图谱划分，输出全脑皮层分区的厚度、表面积，以及皮层下核团、小脑结构的体积，并计算估计颅内总体积作为体积分析的校正协变量。

4.根据权利要求2所述的一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统，其特征在于：静息态功能像预处理单元依次完成时间层校正、头动校正、空间标准化与平滑去噪处理，计算全脑体素维度的低频振幅与局部一致性指标，同时生成平均头动位移参数作为功能分析的协变量。

5.根据权利要求1所述的一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统，其特征在于：多组对比批量统计模块支持两组独立样本检验与三组单因素协方差分析模式，自动纳入年龄、性别、受教育程度作为通用协变量；针对皮层形态指标采用错误发现率校正，针对体素级功能影像指标采用高斯随机场校正，组间两两比较采用bonferroni校正。

6.根据权利要求1所述的一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统，其特征在于：功能连接批量建模模块自动提取种子点区域的平均时间序列，计算其与全脑体素时间序列的相关系数并经fisher z转换得到功能连接值，批量完成所有种子点的全脑功能连接组间差异检验。

7.根据权利要求1所述的一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统，其特征在于：中介效应分析模块采用中介效应结构方程模型构建中介路径，通过自助法重复抽样检验间接效应的显著性，自动判别完全中介、部分中介与无中介效应类型。

8.根据权利要求7所述的一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统，其特征在于：中介效应结构方程模型以分组因素为自变量、脑影像量化指标为中介变量、认知行为得分为因变量，自动控制混杂协变量并输出模型拟合优度指标与路径系数。

9.根据权利要求1所述的一种多组对比脑功能连接批量建模与中介效应分析系统，其特征在于：结果输出与可视化模块生成包含组间差异、相关性分析、中介效应结果的标准化报表，同时输出脑区统计参数图、相关性散点图、功能连接网络图与中介路径图。