基于光散射貧血篩查技術(shù)研究.pdf

1、貧血是一種分布廣泛的疾病，高發(fā)于經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)及偏遠(yuǎn)山區(qū)。目前，全球大約有1/3的人群仍然經(jīng)受著貧血的困擾。在中國(guó)，缺鐵性貧血和地中海貧血是兩種最為常見(jiàn)的貧血類型。其中，缺鐵性貧血(IDA)是由于機(jī)體無(wú)法從外界攝入足夠的鐵元素，導(dǎo)致紅細(xì)胞內(nèi)血紅蛋白的合成受阻，繼而引發(fā)機(jī)體貧血。此類患者可以通過(guò)補(bǔ)充鐵劑得到有效的治療。地中海貧血(TT)是一種遺傳性疾病，是由于遺傳的基因缺陷致使球蛋白鏈缺失或不足所導(dǎo)致的一種貧血。研究表明，地中海貧血患者本身

2、并不缺少鐵的攝入，對(duì)地中海貧血患者補(bǔ)充鐵劑會(huì)導(dǎo)致患者鐵中毒，繼而會(huì)引發(fā)對(duì)患者肝臟功能的損傷，所以對(duì)不同貧血類型的正確診斷是有效治療貧血的關(guān)鍵。兩類貧血在紅細(xì)胞形態(tài)上有顯著差異:與正常細(xì)胞相比，缺鐵性貧血患者的平均紅細(xì)胞體積(MCV)較小，但是有較大的細(xì)胞分布寬度(RDW);對(duì)于地中海貧血患者，其具有更小的平均紅細(xì)胞體積，并且分布寬度較小。一些研究機(jī)構(gòu)基于紅細(xì)胞形態(tài)參數(shù)提出了一系列的診斷指標(biāo)來(lái)區(qū)分這兩種貧血類型。但是其中大部分指標(biāo)僅僅是對(duì)

3、參數(shù)的一種簡(jiǎn)單的線性組合，這導(dǎo)致了該類指標(biāo)缺乏嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義和穩(wěn)定性，靈敏度和特異性有待提高。本團(tuán)隊(duì)基于多變量統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，將二次判別算法引入到貧血類型的診斷領(lǐng)域中，提出了一種基于MCV、MCHC(平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度)、RDW三參數(shù)的診斷指標(biāo)?；诖罅颗R床參數(shù)分析表明，該診斷指標(biāo)的靈敏度大于94％，特異性超過(guò)90％，具有非常優(yōu)異的診斷性能，能夠應(yīng)用于貧血的廣泛篩查領(lǐng)域中。臨床上這三個(gè)參數(shù)是通過(guò)流式細(xì)胞儀獲得，由于其體積大而且維護(hù)

4、復(fù)雜，不適合應(yīng)用于資源匱乏地區(qū)。我們提出用低成本便攜式的光散射系統(tǒng)來(lái)獲得上述參數(shù)。本文將對(duì)系統(tǒng)的搭建及標(biāo)定以及測(cè)試給出具體的描述，本文中我們還探討了兩個(gè)獨(dú)立的分析模型，一個(gè)是結(jié)合米氏散射的物理模型，一個(gè)是機(jī)器學(xué)習(xí)方法。在我們的測(cè)試中，我們發(fā)現(xiàn)，基于物理的模型對(duì)于誤差非常敏感，由于光強(qiáng)的變化和樣本背景噪聲的存在我們的模型從理論上是略有偏差的，而且高度貧血患者的散射條紋具有較低的對(duì)比度，導(dǎo)致物理模型不能準(zhǔn)確地從這類樣品中提取信息。進(jìn)一步研究

5、發(fā)現(xiàn)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法直接對(duì)該儀器測(cè)得的血液散射曲線進(jìn)行判別分析能夠有更佳的診斷效果，該方法能夠避免中間計(jì)算過(guò)程所帶來(lái)的誤差，作為我們最終的診斷算法。針對(duì)貧血高發(fā)于經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的偏遠(yuǎn)地區(qū)，我們使用廉價(jià)的零部件和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得整個(gè)系統(tǒng)具有成本低、便攜式、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。該儀器在250多名中國(guó)兒童的大規(guī)模試驗(yàn)研究中得到驗(yàn)證，結(jié)果顯示出高靈敏度和特異性。綜上所述，我們提出的貧血篩查方案能夠很好的解決貧血廣泛篩查領(lǐng)域所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，具有