ftiratr光谱用于地贫筛查指标分析的波长模型研究-study on wavelength model of ftir atr spectrum for analysis of ground poverty screening indicators.docx

摘要地中海贫血（简称“地贫”）是包含我国南方在内全球性流行、危害严重的单基因遗传病。地贫携带者筛查是该病防控的基础。血红蛋白（Hb）、平均红细胞红蛋白含量（MCH）和平均红细胞体积（MCV）是地贫筛查的基础性指标。上述指标的既有检测方法，需要消耗试剂、专业性强，不便于大人群的地贫筛查。本文采用傅里叶变换红外（FTIR）光谱和衰减全反射（ATR）技术结合化学计量学方法，研究无需试剂测定人外周血样品的Hb、MCH和MCV的快速定量分析方法。基于定标、预测集的多次划分，构建具有稳定性的定标、预测和检验框架。在此基础上，对移动窗口偏最小二乘（MW-PLS）方法进行改进，分别建立Hb、MCH和MCV的FTIR/ATR分析的定量模型和波长模型；Hb、MCH和MCV的最优MW-PLS波段分别为1722-1504cm-1、1653-901cm-1和1562-964cm-1。考虑到在专用光谱仪器的分光系统的设计过程中，由于材料的性能和成本等因素，对波长位置和波长个数有所限制，我们提出基于波长位置、波长个数的局部最优模型，以及与最优MW-PLS波段等效的模型集。我们发现，关于Hb的等效模型集的公共波段（1717-1510cm-1）、MCH 和MCV的等效公共波段（1562-901cm-1），与最优MW-PLS波段具有等效的预测性能，且模型复杂性低。采用不参与建模的样品进行检验：基于最优MW-PLS模型，Hb、MCH和MCV的检验预测均方根偏差（V_SEP）分别为7.7g.L-1、2.28pg、5.14fL，对应的地贫筛查的灵敏度（Sensitivity）与特异性（Specificity）分别达到100.0%、96.9%；基于等效模型集的等效公共波段，Hb、MCH和MCV的V_SEP分别为7.6g.L-1、2.22pg、5.25fL，对应的Sensitivity与Specificity分别达到100.0%、95.3%。本研究结果表明FTIR/ATR光谱结合MW-PLS方法筛选的波长模型可以高精度定量分析地贫筛查指标Hb、MCH和MCV。所提出的等效模型集可为相关专用仪器设计提供有价值的参考。本方法可以无需试剂快速测定人外周血样品，适合于大人群地贫筛查。关键词：地中海贫血，筛查指标，FTIR/ATR光谱，MW-PLS，等效模型集，稳定性AbstractThalassemiaisaserioushereditaryhemolyticdisease,anditaffectsindividualsfrommanypartsoftheworld,includingSouthChina.Thalassemiacarriersscreeningisfundamentalforpreventingandcontrollingseverethalassemia.Hemoglobin(Hb),meancorpuscularHb(MCH),andmeancorpuscularvolume(MCV)arethemostimportantthalassemiascreeningindicators.However,ancillaryreagentsandprofessionaloperatorsarealwaysrequiredinconventionaldetectionmethods,andarenotsuitableforscreeninglargepopulations.Inthepresentstudy,arapidquantitativeanalysismethodforreagent-freedeterminationforHb,MCHandMCVofthehumanperipheralbloodsampleswas developedwithFouriertransforminfrared(FTIR)spectrometersandattenuatedtotalreflection(ATR)combinedwithchemometrics.Basedonseveraldivisionsofcalibrationandpredictionsets,astability-dependentframeofcalibration,prediction,andvalidationwasconducted.Onthisbasis,movingwindow partialleastsquares(MW-PLS) methodwasimproved,andtoestablishquantitativemodelsandwavelengthmodelsforHb,MCHandMCVanalysisinFTIR/ATR,respectively;TheoptimalMW-PLS