血清胆红素的近红外光谱无创检测.pdf

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1、第41卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第2期2013年2月ChineseJournalofAnalyticalChemistry263—267DOI：10．3724／SP．J．1096．2013．20443血清胆红素的近红外光谱无创检测李刚李哲王蒙军林凌张宝菊(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072)(河：ICI业大学信息工程学院，天津300401)(天津师范大学物理与电子信息学院，天津300384)摘要血清胆红素的无创检测在疾病的预防、早期诊断与后期治疗等阶段都

2、具有极其重要的作用。本研究提出了一种基于近红外光谱技术的无创血清胆红素新方法。通过采集舌尖的近红外反射光谱并运用偏最小二乘法对采集到的光谱数据进行建模，从而实现对血清胆红素的快速无创检测。将采集到的全部57例样本按照4：1的比例分训练集和预测集，分别建立总胆红素(TBIL)、直接胆红素(DBIL)和间接胆红素(IBIL)的偏最小二乘回归模型。3个模型的相关系数分别为0．9922，0．9947和0．9486，预测均方根误差(RMSEP)分别为6．13，4．61和4．05~tmol／L。结果表明：舌

3、尖近红外反射光谱结合偏最小二乘法可用于血清胆红素含量的无创检测，并且为其它血液成分的无创检测开辟了新路径。关键词血清胆红素；近红外光谱；偏最小二乘；无创1引言胆红素(Bilirubin)是人体内血红蛋白等含铁卟啉化合物分解代谢的产物和代谢中间体，具有体内和体外的抗氧化功能】，血清总胆红素(Totalbilimbin，TBIL)是直接胆红素(Directbilirubin，DBIL)和间接胆红素(Indirectbilirubin，IBIL)二者的总和。临床上血清总胆红素的正常参考范围为4．1～1

4、7．7gmol／L，其浓度过低或过高都会引起严重的生理病理变化【3~，快捷准确地测量对于I临床诊断和医学研究都有着重要的作用。目前，广大患者检测血清胆红素的方法依旧是通过抽血化验这种有创的检验方式，且检验结果反馈时间长。近红外光谱技术和化学计量学的发展使得无创检验的实现成为可能，近红外光谱(NIRS)是介于可见光谱和中红外光谱之间的光谱，其光谱信息主要来源于近红外区域中有机化合物含氢基团(如c—H，0一H，N—H等)的振动嘲，因而近红外光谱技术具有无损无创、分析速度快、可用于定性或定量分析、投资

5、少成本低等独特优势。将其与化学计量学方法相结合应用于生物医学领域，不仅可以系统全面地反映组织细胞生理病理的信息，突出个体问的微小差异，而且能够充分利用全波段或多波长光谱数据建立回归模型，实现对目标样本准确快速地定性与定量分析。然而，国内外与此相关的研究小组大都选择人体皮肤作为测量对象。唯有Bender等采用漫反射方式对舌下组织展开研究，探寻其与血红蛋白含量的关系，但舌下的静脉血管粗大很难保证每次的测量部位相同，此外测量舌下组织操作不方便。本研究选择携带丰富人体血液成分信息的舌作为测量对象用于血清

6、胆红素的无创检测。现代生物和医学研究已经给出了充分的证明，Burmeister等[11,121用实验证明了舌体的组织结构特征使得舌体成为无创检测的很好测量点。此外，提出了“归一化反射光谱法”的光谱预处理方法，从原理上消除个体差异、光源光谱和外界环境光仪器本身暗电流等干扰因素的影响，更好地表征了血液本身所携带的有效信息。2实验部分2．1仪器设备血清胆红素的近红外光谱检测系统如图1所示。NIR一512光谱仪是美国海洋公司的一款即插即用2012-04-26收稿；2012-09—12接受本文系国家自然科

7、学基金(No．30973964)、天津市应用基础及前沿技术研究计划(No．11JCZDJC17100)与天津市科技计划项目：科技型中小企业创新基金(No．10ZXCXSY10400)共同资助E—mail：wdxyzbj@mail．tjnu．edu．Ctl264分析化学第41卷式温度可调的近红外光谱仪，采用512阵元InGaAs线阵探测器，信噪比为4000：1，光谱响应范围是855～1737rim，波长分辨率为3．1nin，积分时间范围为1ms～3S。NIR一512光谱仪通过USB接口与Pc机通信

8、，同时通过Y型石英光纤与定制的GY-30光纤耦合溴钨灯连接，Y型光纤的另一端为光纤探头，同时用于发出和接收光谱。2．2参数设置近红外光谱检测装置的各参数通过自主研发的安装在PC机中的光谱采集软件设置，如光谱仪积分时间、采样次数和舌体位置等参数。为了提高光谱信息的准确度应增加积分时间，但积分时间的增多又会增加诸多不稳定因素的影响，因而通过多次反复实验，最终选定NIR一512光谱仪的积分时间为35ms。在同一点采集次数设定为图1近红外光谱检测系统示意图50次，采集一个点所用时间为1．75S，同时软件