空间分辨漫透射光谱法的血红蛋白浓度检测研究(附件)
血红蛋白浓度是评价某些变性血红蛋白症和血液系统疾病，相比细胞计数等其他指标，血红蛋白更能反映贫血程度，还可以体现出体内铁含量，所以快速准确地测定血红蛋白浓度有非常重要的临床意义，而基于空间分辨的漫透射光谱法的研究符合这一要求。本文采用近红外空间分辨漫透射光谱(NIRSRTS)和偏最小二乘回归(PLSR)预测人血液中血红蛋白浓度。利用空间分辨的近红外(900?1700 nm)光谱分析血红蛋白浓度。结果表明，该方法对血红蛋白浓度的预测能力优于单点透射光谱法。 本文论证了空间分辨漫透射光谱法用于血红蛋白浓度检测的可行性。关键词 血红蛋白浓度，空间分辨漫透射光谱，近红外光谱，偏最小二乘回归
目 录
1 绪论 1
1.1引言 1
1.2 近红外光谱法 2
1.2.1近红外光谱法的定义及发展 2
1.2.2近红外光谱法的应用 2
1.2.3近红外光谱法的特点 3
1.2.4近红外光谱法的发展 3
1.2.5传统近红外光谱法的局限性 4
1.3 空间分辨光谱 5
1.3.1空间分辨光谱法的原理 5
1.3.2空间分辨光谱法的优势 5
1.4化学计量学方法 6
1.5选题的目的与意义 8
2 材料和方法 9
2.1 血液样本 9
2.2 测量方法和系统 9
2.3 数据准备和统计处理 10
2.3.1建模过程 11
2.3.2训练集与预测集划分 13
3 结果 14
3.1 具有单点透射光谱的 PLSR 模型 14
3.2 具有空间分辨透射光谱的 PLSR 模型 16
结 论 19
致 谢 20
1 绪论
1.1引言
这些年来，随着经济的高速发展，人们生活水平也逐渐提高，从温饱到现在的追求养身之道，但人们的饮食习惯和生活方式的越来越不健康，人类生存环境受到破坏，这些因素使得患有特别是心脑血管疾病、糖尿病、血液系统疾病等疾病的概率成上升趋势。心脑血管疾病是由动脉硬化、高血压、动脉粥样硬化、高 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
血糖、高脂血症和微循环障碍等引起的心脏、大脑、血管疾病的总称。“2012年中国心血管疾病报告”是国家心血管疾病中心颁布的，它指出近年来心血管疾病已成为人们健康生活的头号杀手。中国大概有3亿人患有心血管疾病，每10秒就有一人死亡。糖尿病的实际情况并不是很好，糖尿病是由体内胰岛素分泌失调引起的身体供需不协调，状态不平衡或内分泌疾病，极易导致容易导致身体器官的小血管出现硬化甚至闭塞等情况。据估计，到2035年，全球将有近6亿人患有糖尿病；在估计世界各国家和地区的糖尿病发病率和发病趋势时，我国是世界上患糖尿病人数最多的国家，目前有将近1亿的患者[1]。此外，根据世界卫生组织的报告，全球贫血患病率约为25%，估计有20亿的贫血患者。从这些令人震惊的数据和事实可以看出，这类疾病已经对人体健康乃至生命造成不可逆的伤害，而且越来越明显地呈现出年轻化的趋势，对人类的健康及生存造成危害，并且给社会发展带来了沉重的经济负担[2]。所以，初步预防、鉴定和及时地治疗这类慢性疾病迫在眉睫，且任重而道远。
对血液样品各组分进行定量分析，进而与参考值进行比较，当差异值较大时要进行有效的干预，是临床预防和防治此类疾病最有效的方法之一。现在我们主要先采集患者的血液样本，然后通过生化或物理试验方法，来获取并分析相关数据。这使得血液样本定性和定量分析成为临床上最主要且最重要的检测项目，采血检测工作量也加大了，需要大量的精力和时间。该方法精密度高，可作为临床应用的金标准。
血红蛋白(Hemoglobin, Hb)是一种特殊的蛋白质，能在较高等生物体中运输氧气，因为它使血液呈现红色。血红蛋白浓度是指每单位血液中的血红蛋白的含量。成人的正常血红蛋白浓度正常范围在110~160g/l，血红蛋白浓度值受许多生理因素影响，但一旦测定值与参考值差异超过20%，则通常是病理因素所致异常[35]。血红蛋白浓度是评价某些变性血红蛋白症和血液系统疾病，相比于血红蛋白及细胞计数等可靠指标，血红蛋白更能反映贫血程度，还可以体现出体内铁含量，所以快速准确地测定其浓度有非常重要的临床意义[6]。但是影响血液光谱测量的因素有很多，包括血液自身的强吸收和强散射特性，检测信号较弱等，使得单点检测方法无法满足对血液成分检测的目的。了解光谱检测方法的优势，分析空间分辨漫透射光谱研究方向，掌握光谱处理和建模分析方法。
1.2 近红外光谱法
1.2.1近红外光谱法的定义及发展
近红外光指的是波长(700~2500 nm)处于可见光和中红外光之间的电磁波，该区域有机质的近红外光谱吸收主要是含氢基团(OH，CH，NH，SH，PH)等的整数倍频率和组合频率吸收[7, 8]。在近红外光谱中能找到差不多所有的有机化合物的主要组成部分，而且它们的光谱很稳定，容易得到准确的数据用于研究分析，所以近红外光谱法在分析领域不可或缺。早在1950年，近红外光谱的研究已经在工业化学和药物的成分分析领域有所应用。然而，由于那时近红外光谱得到的资金投入有限，设备较落后，所得图谱不稳定，在实际应用中令人失望，物质各组分的定量分析结果不准确不能达到预期，因此，近红外光谱法被人逐渐遗忘了，直到1968年，美国工程师诺里斯提出了多元线性回归法与近红外光谱法相结合的定量分析技术，才又为人所知。1990年以来，随着科技水平的提升，近红外光谱仪器的也在不断发展，统计学及数学方法对化学体系的测量系统的应用越来越广泛，近红外光谱法在工业应用中的作用越来越明显。它已被迅速地应用于各行各业的定量分析[9, 10]。近红外光谱(NIR)具有速度快、成本低、稳定性好等优点，被各个领域的研究者了解并加以应用，进行物质定性和定量分析，很多近红外光谱分析法是工业应用中所不可缺少的一部分。然而，近红外光谱技术在我国引入时间较晚，发展时间短暂，虽然有些方面小有所成，有很大的进步空间，但是与世界水平仍有很大的差距。这就要求我们集中人力资源和设备资源，利用现代网络技术，共享数据库资源，来促进农业工业中近红外光谱技术的普及程度。
目 录
1 绪论 1
1.1引言 1
1.2 近红外光谱法 2
1.2.1近红外光谱法的定义及发展 2
1.2.2近红外光谱法的应用 2
1.2.3近红外光谱法的特点 3
1.2.4近红外光谱法的发展 3
1.2.5传统近红外光谱法的局限性 4
1.3 空间分辨光谱 5
1.3.1空间分辨光谱法的原理 5
1.3.2空间分辨光谱法的优势 5
1.4化学计量学方法 6
1.5选题的目的与意义 8
2 材料和方法 9
2.1 血液样本 9
2.2 测量方法和系统 9
2.3 数据准备和统计处理 10
2.3.1建模过程 11
2.3.2训练集与预测集划分 13
3 结果 14
3.1 具有单点透射光谱的 PLSR 模型 14
3.2 具有空间分辨透射光谱的 PLSR 模型 16
结 论 19
致 谢 20
1 绪论
1.1引言
这些年来，随着经济的高速发展，人们生活水平也逐渐提高，从温饱到现在的追求养身之道，但人们的饮食习惯和生活方式的越来越不健康，人类生存环境受到破坏，这些因素使得患有特别是心脑血管疾病、糖尿病、血液系统疾病等疾病的概率成上升趋势。心脑血管疾病是由动脉硬化、高血压、动脉粥样硬化、高 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
血糖、高脂血症和微循环障碍等引起的心脏、大脑、血管疾病的总称。“2012年中国心血管疾病报告”是国家心血管疾病中心颁布的，它指出近年来心血管疾病已成为人们健康生活的头号杀手。中国大概有3亿人患有心血管疾病，每10秒就有一人死亡。糖尿病的实际情况并不是很好，糖尿病是由体内胰岛素分泌失调引起的身体供需不协调，状态不平衡或内分泌疾病，极易导致容易导致身体器官的小血管出现硬化甚至闭塞等情况。据估计，到2035年，全球将有近6亿人患有糖尿病；在估计世界各国家和地区的糖尿病发病率和发病趋势时，我国是世界上患糖尿病人数最多的国家，目前有将近1亿的患者[1]。此外，根据世界卫生组织的报告，全球贫血患病率约为25%，估计有20亿的贫血患者。从这些令人震惊的数据和事实可以看出，这类疾病已经对人体健康乃至生命造成不可逆的伤害，而且越来越明显地呈现出年轻化的趋势，对人类的健康及生存造成危害，并且给社会发展带来了沉重的经济负担[2]。所以，初步预防、鉴定和及时地治疗这类慢性疾病迫在眉睫，且任重而道远。
对血液样品各组分进行定量分析，进而与参考值进行比较，当差异值较大时要进行有效的干预，是临床预防和防治此类疾病最有效的方法之一。现在我们主要先采集患者的血液样本，然后通过生化或物理试验方法，来获取并分析相关数据。这使得血液样本定性和定量分析成为临床上最主要且最重要的检测项目，采血检测工作量也加大了，需要大量的精力和时间。该方法精密度高，可作为临床应用的金标准。
血红蛋白(Hemoglobin, Hb)是一种特殊的蛋白质，能在较高等生物体中运输氧气，因为它使血液呈现红色。血红蛋白浓度是指每单位血液中的血红蛋白的含量。成人的正常血红蛋白浓度正常范围在110~160g/l，血红蛋白浓度值受许多生理因素影响，但一旦测定值与参考值差异超过20%，则通常是病理因素所致异常[35]。血红蛋白浓度是评价某些变性血红蛋白症和血液系统疾病，相比于血红蛋白及细胞计数等可靠指标，血红蛋白更能反映贫血程度，还可以体现出体内铁含量，所以快速准确地测定其浓度有非常重要的临床意义[6]。但是影响血液光谱测量的因素有很多，包括血液自身的强吸收和强散射特性，检测信号较弱等，使得单点检测方法无法满足对血液成分检测的目的。了解光谱检测方法的优势，分析空间分辨漫透射光谱研究方向，掌握光谱处理和建模分析方法。
1.2 近红外光谱法
1.2.1近红外光谱法的定义及发展
近红外光指的是波长(700~2500 nm)处于可见光和中红外光之间的电磁波，该区域有机质的近红外光谱吸收主要是含氢基团(OH，CH，NH，SH，PH)等的整数倍频率和组合频率吸收[7, 8]。在近红外光谱中能找到差不多所有的有机化合物的主要组成部分，而且它们的光谱很稳定，容易得到准确的数据用于研究分析，所以近红外光谱法在分析领域不可或缺。早在1950年，近红外光谱的研究已经在工业化学和药物的成分分析领域有所应用。然而，由于那时近红外光谱得到的资金投入有限，设备较落后，所得图谱不稳定，在实际应用中令人失望，物质各组分的定量分析结果不准确不能达到预期，因此，近红外光谱法被人逐渐遗忘了，直到1968年，美国工程师诺里斯提出了多元线性回归法与近红外光谱法相结合的定量分析技术，才又为人所知。1990年以来，随着科技水平的提升，近红外光谱仪器的也在不断发展，统计学及数学方法对化学体系的测量系统的应用越来越广泛，近红外光谱法在工业应用中的作用越来越明显。它已被迅速地应用于各行各业的定量分析[9, 10]。近红外光谱(NIR)具有速度快、成本低、稳定性好等优点，被各个领域的研究者了解并加以应用，进行物质定性和定量分析，很多近红外光谱分析法是工业应用中所不可缺少的一部分。然而，近红外光谱技术在我国引入时间较晚，发展时间短暂，虽然有些方面小有所成，有很大的进步空间，但是与世界水平仍有很大的差距。这就要求我们集中人力资源和设备资源，利用现代网络技术，共享数据库资源，来促进农业工业中近红外光谱技术的普及程度。
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