本文選題：肝病　切入點(diǎn)：血清　出處：《中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院》2017年碩士論文

【摘要】：目的肝病的早期檢測(cè)診斷對(duì)于病人的及時(shí)治療意義重大,而現(xiàn)有的檢測(cè)手段存在著檢測(cè)周期長(zhǎng),成本較高等缺點(diǎn),因而針對(duì)現(xiàn)有肝病早期診斷檢測(cè)手段的一些不足,通過(guò)對(duì)正常人、幾種慢性乙肝病患者(慢性乙型肝炎、慢乙肝肝硬化代償期、慢乙肝肝硬化失代償期)、肝癌四分期患者(極早期、早期、中期、晚期)和食管癌患者血清表面增強(qiáng)拉曼光譜(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,SERS)進(jìn)行研究,比較其光譜差別,并基于多元統(tǒng)計(jì)分析方法分析不同類型血清差異,建立肝病診斷模型,探索一種基于SERS的肝病快速無(wú)損檢測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)肝病的早期診斷和及早防治。方法通過(guò)比較金溶膠和銀溶膠對(duì)血清的拉曼信號(hào)增強(qiáng)效果,選擇一種對(duì)血清拉曼信號(hào)增強(qiáng)效果較好的納米增強(qiáng)基底�；趦�(yōu)化后的增強(qiáng)拉曼基底,分別對(duì)304例正常人血清、48例慢性乙型肝炎患者血清、49例慢乙肝肝硬化代償期患者血清、48例慢乙肝肝硬化失代償期患者血清、46例肝癌極早期患者血清、46例肝癌早期患者血清、49例肝癌中期患者血清、47例肝癌晚期患者血清和99例食管癌患者血清進(jìn)行表面增強(qiáng)拉曼光譜信號(hào)測(cè)量;對(duì)拉曼光譜進(jìn)行光譜平滑和基線扣除、歸一化處理后,對(duì)不同類型血清拉曼光譜之間差異進(jìn)行分析,并判斷其拉曼峰歸屬�；谟斜O(jiān)督學(xué)習(xí)的正交偏最小二乘判別分析法(Orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA)多元統(tǒng)計(jì)分析方法,分別比較了正常人、所有肝病患者及食管癌患者的血清SERS譜的差別,慢性乙肝病和肝癌患者血清SERS譜的差別,慢性乙肝肝炎和慢乙肝肝硬化代償期和失代償期患者血清SERS譜的差別,肝癌極早期與肝癌早期、肝癌中期、肝癌晚期四者血清SERS譜的差別,使用主成分得分圖、受試者工作特征曲線(Receive Operating Characteristic,ROC)對(duì)每種分類方法的模型進(jìn)行分類效能評(píng)估,使用十折交叉驗(yàn)證對(duì)模型泛化能力進(jìn)行評(píng)估,使用200次置換檢驗(yàn)對(duì)觀測(cè)值和模型穩(wěn)健性進(jìn)行評(píng)估;在模型分類效果較好情況下,分析模型的變量投影重要性值(Variable important projection,VIP),篩選VIP1的拉曼位移,并對(duì)所對(duì)應(yīng)的拉曼峰的歸屬進(jìn)行查找,進(jìn)而對(duì)不同類別肝病間代謝物質(zhì)差異查找原因�；跓o(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)的主成分分組分析(Principal Component Analysis CLASS,PCA-CLASS)的多元統(tǒng)計(jì)分析方法,同樣比較了正常人、肝病患者和食管癌患者,慢性乙肝病和肝癌患者,慢性乙型肝炎和慢乙肝肝硬化代償期和失代償患者、肝癌四分期患者之間的血清SERS譜差異,且在按照不同分類方法比較時(shí),分別建立了每個(gè)分組的獨(dú)立PCA模型,保證了每個(gè)分組可以最大程度的保留樣本的原始信息,使用Coomans’plot對(duì)模型的預(yù)測(cè)分組情況進(jìn)行直觀反映,根據(jù)樣本到各個(gè)模型即坐標(biāo)軸的距離,來(lái)對(duì)樣本的分類狀況進(jìn)行大體評(píng)估,后使用ROC曲線對(duì)分類器效能進(jìn)行整體評(píng)估。對(duì)分類效果較好的模型,同樣使用十折交叉驗(yàn)證的方法對(duì)模型對(duì)于未知樣本的泛化能力進(jìn)行整體評(píng)估。結(jié)果銀溶膠對(duì)血清拉曼光譜的增強(qiáng)效果強(qiáng)于金溶膠4~5倍,因而本研究選用銀溶膠作為SERS增強(qiáng)基底;比較了不同分組之間的血清SERS譜差異后,其差異峰多在以下位移處:556 cm-1、638 cm-1、724 cm-1、760 cm-1、811 cm-1、853 cm-1、888 cm-1、958 cm-1、1021 cm-1、1095 cm-1、1132 cm-1、1218 cm-1、1326 cm-1、1339 cm-1、1438 cm-1、1580 cm-1、1655 cm-1,其歸屬分別分:色氨酸、乳糖、乙酰輔酶A、色氨酸、L-絲氨酸,谷胱甘肽、酪氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、D-甘露糖、酰胺Ⅲ帶、脂質(zhì)、腺嘌呤、乙酰乙酸鹽、酰胺I帶�；贠PLS-DA比較正常人、肝病患者和食管癌患者血清SERS譜差異時(shí),主成分得分圖顯示三類樣本有明顯分離趨勢(shì),受試者工作特征曲線(ROC)圖中,各分類的曲線下面積(Area Under The Curve,AUC)如下:AUC(正常人)=0.998,AUC(肝病患者)=0.997,AUC(食管癌患者)=0.997。十折交叉驗(yàn)證后,訓(xùn)練集和測(cè)試集的正確率分別為97.03%,95.33%。200次置換檢驗(yàn)結(jié)果顯示模型穩(wěn)健。VIP篩選得到12個(gè)拉曼峰在組間差異大,且差異多由氨基酸、糖類、脂質(zhì)等物質(zhì)造成�；赑CA-CLASS比較三者時(shí),ROC曲線圖中,AUC(正常人)為1,AUC(肝病)為0.651,AUC(食管癌患者)為1。對(duì)模型進(jìn)行十折交叉驗(yàn)證后,訓(xùn)練集的平均正確率為74.02%,測(cè)試集的平均正確率為57.53%。綜合比較發(fā)現(xiàn),PCA-CLASS區(qū)分肝病患者和正常人的分類效能低于有監(jiān)督的OPLS-DA的分類效能�；贠PLS-DA比較慢性乙肝和肝癌患者血清SERS譜差異,得分圖中兩類組間分離趨勢(shì)明顯,ROC曲線圖中,兩類患者的AUC值均為0.997。十折交叉驗(yàn)證后訓(xùn)練集和測(cè)試集的平均值分別為96.33%和94.27%,200次置換檢驗(yàn)結(jié)果表明模型穩(wěn)健。VIP篩選后得到8個(gè)位移處的拉曼信號(hào)強(qiáng)度在兩組病人之間存在顯著性差異,這多與肝臟器官進(jìn)行的氨基酸代謝、糖代謝等代謝活動(dòng)相關(guān)�；赑CA-CLASS分析,ROC曲線圖中顯示,慢性乙肝病患者AUC為0.765,肝癌患者的AUC為0.740,十折交叉驗(yàn)證后訓(xùn)練集和測(cè)試集的平均正確率分別為96.00%和85.00%,與OPLS-DA相比,兩種方法用于臨床樣本判別分析的可行性都較高�；贠PLS-DA比較慢乙肝和肝硬化代償期和失代償期之間差別,三類患者的主成分得分值在得分圖上往三個(gè)方向延伸,分類趨勢(shì)明顯,ROC曲線圖中,三者的曲線下面積分別為0.993,0.997,0.972。經(jīng)十次交叉驗(yàn)證后,訓(xùn)練集和測(cè)試集的平均正確率分別為91.00%和87.00%;置換檢驗(yàn)結(jié)果表明模型穩(wěn)定;VIP篩選了14個(gè)拉曼位移在組間具有顯著差異,其中,肝硬化不同階段的谷胱甘肽、脂質(zhì)和酪氨酸等物質(zhì)含量存在差異;基于PCA-CLASS方法,三類患者的工作特征曲線下面積分別為0.837,0.933,0.954,十折交叉驗(yàn)證后訓(xùn)練集和測(cè)試集的正確率為87.81%和67.00%�；贠PLS-DA比較肝癌四分期之間血清SERS譜差異,得分圖顯示四分期樣本有往四方向分離趨勢(shì),但中間仍有交叉重疊,繪制的ROC曲線圖中,肝癌四分期曲線下面積分別為0.996,0.998,0.989,0.992。在進(jìn)行十次交叉驗(yàn)證后,訓(xùn)練集和測(cè)試集的平均正確率為88.77%,81.76%;200次置換檢驗(yàn)回歸線截距正常,表明模型穩(wěn)健。依據(jù)VIP值,篩選出有效位移值有13個(gè),這些物質(zhì)在機(jī)體的生物轉(zhuǎn)化、監(jiān)視免疫過(guò)程、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝等一系列的生化反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用�；跓o(wú)監(jiān)督的PCA-CLASS算法,繪制ROC曲線后,AUC(stage0)=0.857,AUC(stage1)=0.756,AUC(stage 2)=0.809,AUC(stage3)=0.940,訓(xùn)練集和測(cè)試集正確率為78.71%和54.85%,表明PCA模型相比OPLS-DA模型,其泛化能力一般。結(jié)論基于SERS并結(jié)合OPLS-DA和PCA-CLASS兩種多元統(tǒng)計(jì)分析方法的血清檢測(cè)方法,對(duì)幾種肝病的判別分類有較高正確率,且檢測(cè)快速靈敏。綜合各指標(biāo)比較OPLS-DA與PCA-CLASS兩種方法,有監(jiān)督的OPLS-DA對(duì)各疾病的分類效果較好,且模型對(duì)未知樣本的泛化能力較強(qiáng),后期可同時(shí)參照兩種分析方法,綜合對(duì)樣本進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。初步研究表明,本文建立的這種基于多元統(tǒng)計(jì)分析方法結(jié)合SERS的肝病血清快速無(wú)損檢測(cè)技術(shù),可為臨床上肝病早期診斷的提供一種輔助手段。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O657.37;R575

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1722637