基于神经网络模式识别的糖尿病无创风险评估方法研究

晚期糖基化终末产物在人体皮肤组织中的浓度与高血糖水平密切相关,且具有自发荧光特性。使用自行研制的光学无创检测装置对人体皮肤组织的自体荧光光谱进行测量,建立神经网络模式识别模型对检测对象患有糖尿病的可能性进行风险评估。利用检测装置获取荧光光谱后对光谱数据进行主成分分析,选取前4个主成分作为光谱的特征,建立一个具有4个输入层节点、6个隐层节点、1个输出节点的神经网络模式识别模型。选取在安徽省立医院测量的487例对象数据训练该模型,以70%数据作为训练集,15%数据作为验证集,15%数据作为测试集。模型可给出测试对象罹患糖尿病的风险,或直接给出是否糖尿病的判断。结果显示该模型的受试者工作特性曲线的线下面积为0.81,标准误差为0.02;以模型输出0.5为分类界限时的敏感性为72.4%,特异性为77.6%,整体准确率为74.9%。本研究首次提出使用皮肤组织自体荧光结合神经网络模式识别模型对糖尿病进行无创风险评估,实验结果表明该方法的筛查效果优于目前常用的空腹静脉血浆血糖值法和糖化血红蛋白法。

晚期糖基化终末产物荧光测量及其预校正技术研究

分析了检测晚期糖基化终末产物的必要性,利用晚期糖基化终末产物特定的激发谱和荧光发射谱,设计了皮肤晚期糖基化终末产物荧光测量装置。采用370 nm的单色光作为激发光源,分别对30例志愿者(糖尿病患者11人和对照组19人)的皮肤前臂内侧组织进行了荧光光谱检测。发现同一测试对象在前臂内侧不同部位的测试结果存在差异,肤色对测试结果也会产生很大的影响。利用光谱预校正技术消除了测量位置和皮肤肤色对测试结果的影响,结果表明该预校正技术具有一定的校正效果,重复性较好。

晚期糖基化终末产物荧光光谱检测法在糖尿病筛查中的应用研究

主要研究人体皮肤晚期糖基化终末产物(Advanced glycation end products,AGE)荧光光谱的检测方法,并对AGE荧光光谱在糖尿病检测中的应用价值进行评估。利用研制的AGE荧光光谱检测装置,分别对73例受试者前臂内侧皮肤组织中AGE的荧光进行检测。同时,采用酶联免疫吸附法(ELISA)对受试者血清中的AGE水平进行检测,并利用ROC曲线分别对这两种方法的检测结果进行对比分析。结果表明,AGE荧光光谱法检测糖尿病的最佳诊断阂值为1.919AU,该点对应的敏感性为80.0%,特异性为70.4%。在特异性水平相同的情况下,荧光光谱法的敏感性优于ELISA法。AGE荧光光谱检测法具有无创、快速且受试者更容易接受等优点,在糖尿病筛查中具有重要的应用价值。

皮肤晚期糖基化终末产物的自体荧光光谱特性

在分析晚期糖基化终末产物(Advanced glycation end products,AGEs)标准品三维荧光光谱和皮肤中AGEs自体荧光光谱的基础上,确定了皮肤中AGEs的最佳激发波长为370 nm。使用自行设计的皮肤荧光光谱检测装置对正常人和糖尿病患者皮肤AGEs的荧光光谱进行了检测,结果表明:在418,450,470 nm处存在3个峰值结构。对光谱归一化处理后发现,450 nm和470 nm处荧光与皮肤中AGEs含量密切相关。因此,使用370 nm激发的皮肤自体荧光可以定量分析AGEs浓度,并可用于AGEs相关疾病的临床诊断。

基于扩散理论的生物组织固有荧光光谱复原方法研究

组织固有荧光光谱定义为未受生物组织吸收、散射作用影响的荧光光谱,能够直接反映组织微观结构和生物化学性质信息。为了减少吸收和散射特性对组织荧光光谱的干扰,从实测的组织荧光光谱中复原更能反映组织荧光特性的组织固有荧光光谱,搭建了基于光纤探头的组织光谱测量系统,实现生物组织相同位置处的荧光光谱和漫反射光谱测量。提出运用扩散理论从实测的漫反射光谱中提取组织生理参数,包括组织中血液体积分数、血氧饱和度、黑色素含量以及波长500nm处约化散射系数和瑞利散射在总散射中的比例,进而计算可见波段范围内的组织光学参数;然后,根据组织光学参数和实测的漫反射光谱,从实测的荧光光谱中复原得到组织固有荧光光谱。进行临床试验验证,采集受试者皮肤组织荧光光谱与组织漫反射光谱,并复原皮肤固有荧光光谱。通过复原得到的固有荧光光谱反映人体皮肤糖基化终产物积聚量,并最终用于糖尿病无创筛查。结果显示,分别使用实测的荧光光谱和复原得到的固有荧光光谱用于糖尿病筛查时,在特异性水平同为75%时,敏感性分别为69%和90%。

皮肤自发荧光与颈动脉粥样硬化斑块的关系研究

背景颈动脉粥样硬化斑块是心脑血管疾病重要的危险因素,多用超声评价,但超声检查对设备、人员、经费要求较高。皮肤自发荧光(SAF)能够独立预测心脑血管事件发生及死亡等,操作简便、迅速、无创,因此探讨SAF与颈动脉粥样硬化斑块的关系对于颈动脉病变的预测有一定意义。目的探讨在我国社区人群中SAF与颈动脉粥样硬化斑块病变的相关性。方法2018年9-12月对北京某社区年龄>40岁的6055例居民进行横断面调查研究,对所有受访者进行SAF检测、临床病史采集、体格检查、血液学检测及颈动脉B超检查。根据B超结果是否存在颈动脉粥样硬化斑块分为颈动脉粥样硬化斑块组和无颈动脉粥样硬化斑块组。以颈动脉粥样硬化斑块为因变量,以标准化性别、年龄、BMI、吸烟、糖尿病、高血压、脂代谢紊乱、高尿酸血症、慢性肾功能不全等传统心脑血管病变危险因素及SAF为自变量进行Logistic回归分析,探讨SAF对颈动脉粥样硬化斑块的影响。结果6055例调查对象B超提示存在颈动脉粥样硬化斑块者2953例,无颈动脉粥样硬化斑块者3102例。颈动脉粥样硬化斑块组SAF测量值为77.2(70.8,85.1)AU,明显高于无颈动脉粥样硬化斑块组SAF测量值73.4(68.0,80.1)AU(P<0.001)。Logistic回归分析结果显示,SAF是颈动脉粥样硬化斑块的影响因素〔OR=1.006,95%CI(1.000,1.012),P=0.043〕。以SAF值的第25、50、75百分位值69.2、75.1、82.4 AU为界,分为SAF低、中、高、明显升高4组,SAF明显升高组颈动脉粥样硬化斑块风险是SAF低值组的1.200倍〔OR=1.200,95%CI(1.012,1.423),P=0.036〕。亚组分析显示,校正传统心血管危险因素后,年龄<60岁人群中SAF明显升高组颈动脉粥样硬化斑块风险是SAF低值组的1.751倍〔OR=1.751,95%CI(1.270,2.415),P=0.001〕;吸烟人群中SAF明显升高组颈动脉粥样硬化斑块风险是SAF低值组的1.903倍〔OR=1.903,95%CI(1.297,2.792),P=0.001〕。结论SAF与颈动脉粥样硬化斑块独立相关,在<60岁人群及吸烟人群中SAF明显升高者相比SAF低值者与颈动脉粥样硬化斑块相关性更明显。

晚期糖基化终末产物的特性及其检测

晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products,AGEs)是机体长寿蛋白质或核酸等大分子物质被糖化的产物,它参与了糖尿病慢性并发症、动脉粥样硬化、尿毒症、阿尔茨海默病、白内障等疾病和衰老的发生、发展。检测人体内AGEs含量对上述疾病的研究和干预具有重要意义。本文简要概述了AGEs的来源、性质、致病机制及其检测方法。

皮肤晚期糖基化终末产物与2型糖尿病合并下肢动脉病变的相关性

目的分析2型糖尿病伴下肢动脉病变患者皮肤晚期糖基化终末产物(AGEs)水平变化及其临床意义。方法 111例2型糖尿病患者,依据ABI(ankle-brachial index,踝肱指数)不同将其分为DM1组(0.9≤ABI≤1.3,n=46)、PAD1组(0.5≤ABI<0.9,n=51)、PAD2组(ABI<0.5,n=14),正常对照组35例,为同期体检健康人群。分别测定皮肤AGEs、糖化血红蛋白、ABI等指标。结果与正常对照组相比,糖尿病患者皮肤AGEs水平明显升高(P<0.05);与DM1组相比,PAD组皮肤AGEs水平明显增高(P<0.05),且PAD2组皮肤AGEs水平明显高于PAD1组。结论 2型糖尿病患者皮肤AGEs水平升高并可能参与了糖尿病下肢血管病变的发生,可以作为反映糖尿病下肢血管病变程度的指标之一。

基于支持向量机的皮肤自体荧光光谱分类方法在糖尿病筛查中的应用

将63例Ⅱ型糖尿病患者以及140例正常人皮肤的自体荧光光谱分为训练集和测试集两类,针对常用的四种核函数,运用交叉验证、网格寻优法计算最优分类参数,然后结合训练集建模并对测试集分类,结果显示使用径向基核函数时分类效果相对最佳。在此基础上,构建了一种基于线性核函数与径向基核函数的混合核函数,该核函数对人体皮肤自体荧光光谱的分类效果较之于径向基核函数更优,其分类正确率为82.61%,敏感性为69.57%,特异性为95.65%。研究结果表明支持向量机可用于人体皮肤自体荧光光谱的分类,有助于提高糖尿病筛查的正确率。

GC-TEA同时测定化妆品中的5种挥发性亚硝胺

建立了化妆品中5种挥发性亚硝胺的气相色谱-热能分析仪联用（GC-TEA）同时分析测定方法。利用丙酮在超声条件下将5种挥发性亚硝胺从水溶性或脂溶性化妆品样品中萃取出来,经过高速冷冻离心后,用二氯甲烷分三次萃取提取上清液,收集上清液于底部加入无水硫酸钠试管中,水相在氮吹仪上浓缩后添加内标N-亚硝基二丙胺,再经微孔滤膜过滤到棕色色谱瓶进样检测。该方法能够有效地检测出化妆品中的5种挥发性亚硝胺,方法定量限为13.5~27μg/kg,回收率为86.2%~95.4%,精密度为2.0%~6.5%。本方法杂质峰少,准确度、灵敏度高,线性范围宽,能够满足化妆品中5种挥发性亚硝胺的测定要求。

皮肤AGEs检测和血清AGEs测定相关性研究

目的探讨2型糖尿病患者皮肤晚期糖基化终末产物(AGEs)与血清AGEs的相关性,评估皮肤AGEs检测的可靠性。方法 2型糖尿病患者74例(糖尿病组),分别使用皮肤荧光光谱法检测皮肤AGEs和ELISA法测定血清AGEs,正常对照组33例,为同期体检健康人群。结果糖尿病组皮肤AGEs和血清AGEs水平明显高于正常对照组,差异有统计学意义,P<0.01;皮肤AGEs与血清AGEs呈显著正相关(r=0.939,P<0.01)。结论皮肤荧光光谱法测定皮肤AGEs可反映人体体内AGEs水平。

GC-TEA测定化妆品中的NDELA

建立了化妆品中N-亚硝基二乙醇胺的气相色谱-热能分析仪联用分析测定方法。化妆品以水为溶剂进行超声提取,经高速冷冻离心后,上清液用纯氮吹干,残渣经混合溶剂溶解,再经净化等处理后,通过微孔滤膜过滤到色谱瓶进样检测。样品经DB-624（30 m×0.25 mm,1.4μm）石英毛细管色谱柱分离后进入亚硝胺检测器进行定性和定量检测。NDELA的方法定量限为20μg/kg,回收率为87%-105%。有部分化妆品检出NDELA阳性,最高浓度达48μg/kg。本方法能够满足化妆品中NDELA的测定要求。

细菌自体荧光检测装置的研究与设计

细菌感染会造成伤口愈合延迟,增加患者和医疗卫生系统的负担,因此非常需要对伤口细菌进行及时检测和适当的处理。基于细菌自发荧光原理,设计了一种对伤口常见细菌快速检测成像的系统,可用于辅助识别伤口细菌负荷和判断感染情况,无需采样培养或染色鉴定。使用智能手机采集细菌荧光图像,以405 nm LED作为细菌激发光源,配合荧光图像信息提取和定量算法能够快速识别提取图像上的感兴趣区域并对荧光信号进行量化,定位细菌荧光信号区域。梯度浓度实验证实了荧光强度与细菌浓度高度相关,荧光强度与浓度之间存在线性关系,随着细菌浓度的降低,荧光信号强度呈下降趋势,系统最小检测限约为105 CFU/mL。与传统细菌检测方法相比,本装置具有操作简单、检测速度快、成本低等特点,为伤口细菌检测提供了一种新的手段。

2型糖尿病患者皮肤晚期糖基化终末产物和血清肌肽酶-1与糖尿病微血管并发症的关系研究

背景高血糖在糖尿病并发症发生、发展中起重要作用。尽管肌肽是晚期糖基化终末产物(AGEs)的潜在清除剂,但其在组织中的有效性受血清肌肽酶-1(CN-1)活性的限制。目前2型糖尿病患者皮肤AGEs与血清CN-1的相关性及其与糖尿病微血管并发症的关系尚未明确。目的探究2型糖尿病患者皮肤AGEs、血清CN-1与糖尿病微血管并发症的关系,以评估皮肤AGEs和血清CN-1预测糖尿病并发症的临床价值。方法选取2021年1—3月在安徽医科大学第一附属医院内分泌科住院的2型糖尿病患者134例为研究对象,收集患者的临床资料。采用Pearson相关分析和Spearman秩相关分析探究皮肤AGEs与血清CN-1的相关性,皮肤AGEs、血清CN-1分别与一般资料、糖尿病微血管并发症及其他疾病、实验室检查指标的相关性,采用多元线性回归分析探究皮肤AGEs、血清CN-1变化的影响因素。结果134例患者中糖尿病视网膜病变(DR)13例(9.7%)、糖尿病肾病(DN)38例(28.4%)、糖尿病周围神经病变(DPN)56例(41.8%)、糖尿病周围血管病变79例(59.0%),皮肤AGEs(80.2±10.6),血清CN-1(6.9±3.4)μg/L。相关性分析结果显示,性别、年龄、DR与皮肤AGEs呈正相关(P<0.05),估算肾小球滤过率(eGFR)、CN-1与皮肤AGEs呈负相关(P<0.05)。多元线性回归分析结果显示,性别(B=7.630)、年龄(B=0.408)、DR(B=7.183)是皮肤AGEs的影响因素(P<0.05)。相关性分析结果显示,年龄、舒张压(DBP)与血清CN-1呈正相关(P<0.05),皮肤AGEs与血清CN-1呈负相关(P<0.05)。结论皮肤AGEs、血清CN-1与大部分糖尿病微血管并发症(DN、DPN及糖尿病周围血管病变)间无明显相关关系;与血清CN-1不同,皮肤AGEs与DR存在相关性。

漫反射光谱技术快速无创检测皮肤胆固醇

针对皮肤胆固醇无创检测的迫切需求,设计了一种基于微型光谱仪的便携式和智能化的皮肤漫反射光谱实时测量系统。配制毛地黄皂苷—辣根过氧化物酶共聚物溶液,利用毛地黄皂苷可与皮肤胆固醇分子中的羟基特异性结合和辣根过氧化物酶能与TMB试剂（主要成分为3,3’,5,5’-四甲基联苯胺）反应显色的特性,实现皮肤胆固醇的高灵敏和高特异的识别与指示,并通过测量反应后颜色的变化程度来定量皮肤胆固醇的浓度。以与人体皮肤结构相近的猪皮肤为实验对象,采用萃取法获得梯度浓度的胆固醇样本,利用上述光谱测量系统检测样本内的胆固醇浓度来验证该方法的可行性。实验结果显示,相对漫反射率能够区分不同浓度的胆固醇样本,在特征单波长（442,450和463nm）处和特征波段442-500nm内,漫反射率强度因子均可以定量反映样本内的胆固醇浓度,经线性拟合,判定系数R2分别为0.960,0.959,0.958和0.958。研究结果表明,使用漫反射光谱技术可以实现皮肤胆固醇的快速无创检测,将其应用于动脉粥样硬化性疾病风险评估,对于该类疾病的防控具有重要意义。

基于吸收光谱技术的皮肤胆固醇无创检测系统设计

利用STM32微处理器,设计了一种基于吸收光谱技术的皮肤胆固醇无创检测系统,通过微型光谱仪获得有色产物的吸收光谱信息,间接得到人体皮肤胆固醇相对含量。本系统设计了一款高精度可调LED恒流源,LED光强的波动范围控制在±1%以内。还设计了一种结构简单、试剂用量少、不需要确切的检测试剂体积的液体限位装置,实现被测液体浓度的准确测量。通过检测梯度浓度CuSO_4溶液,验证了系统应用于不同浓度溶液定量检测的准确性。采用本系统对动脉粥样硬化性疾病患者和对照人群的皮肤胆固醇进行检测,检测结果在统计学上有显著性差异,初步验证系统可用于人体皮肤胆固醇的检测。

微流控PCR装置中温度控制技术评述

在微流控PCR装置中,温度直接影响PCR扩增结果,精确控制温度是微流控PCR的一个关键问题。温度控制包括系统加热方式和冷却方式,温度的测量和控制算法。加热和冷却有多种不同的实现方式,控制算法基本采用PID算法。总结了微流控PCR温度控制系统的加热方式、冷却方式和测量方式,并比较了各种方法的优缺点。

皮肤无创晚期糖基化终末产物测定在社区2型糖尿病血管性并发症筛查中的作用研究

背景随着人们生活水平的提高及经济的发展,2型糖尿病(T2DM)及其慢性并发症发病率逐年增高,研究表明皮肤晚期糖基化终末产物(AGEs)与糖尿病血管病变关系密切,但在我国缺乏在社区中的大型筛查及研究。目的研究经皮无创检测AGEs与T2DM血管性并发症的相关性及在社区筛查中的临床意义。方法选取2017年8月-2018年5月与安徽医科大学第一附属医院签署医联体协议的2个社区卫生服务中心体检的30~75岁T2DM患者97例,其中44例T2DM未合并糖尿病并发症(单纯T2DM组),53例T2DM合并糖尿病并发症(T2DM伴并发症组),同时选取同期体检健康者272例作为对照组。分别测定受试者三酰甘油(TG)、总胆固醇(TC)、肌酐(Cr)、空腹血糖(FBG)、糖化血红蛋白(HbA1c)及皮肤AGEs水平。测定踝肱指数(ABI)作为下肢血管病变评估标准,并将T2DM患者分为无周围血管病变、轻度周围血管病变、中度周围血管病变。测定尿白蛋白/肌酐比值(A/C比值),并将T2DM患者分为正常白蛋白尿、微量白蛋白尿、大量白蛋白尿。测定神经缺陷评分(NDS)作为周围神经病变指标,并将T2DM患者分为无周围神经病变、轻度周围神经病变、中度周围神经病变、重度周围神经病变。结果三组皮肤AGEs水平比较,差异有统计学意义(P<0.05);其中单纯T2DM组和T2DM伴并发症组皮肤AGEs水平高于对照组;T2DM伴并发症组皮肤AGEs水平高于单纯T2DM组(P<0.05)。同一年龄段,T2DM伴并发症组皮肤AGEs水平高于单纯T2DM组(P<0.05)。随着T2DM伴周围血管病变、白蛋白尿、周围神经病变程度加重及T2DM并发症数目增多,皮肤AGEs水平均逐渐升高(P<0.05)。多因素Logistic回归分析结果显示,年龄〔OR=0.84,95%CI(0.73,0.97)〕和皮肤AGEs〔OR=1.35,95%CI(1.17,1.57)〕是T2DM伴周围血管病变发生的影响因素(P<0.05);性别〔OR=0.14,95%CI(0.03,0.61)〕、FBG〔OR=1.49,95%CI(1.10,2.02)〕、皮肤AGEs〔OR=1.09,95%CI(1.02,1.16)〕是T2DM伴白蛋白尿发生的影响因素(P<0.05);性别〔OR=0.23,95%CI(0.06,0.86)〕、HbA1c〔OR=1.68,95%CI(1.04,2.71)〕是T2DM伴周围神经病变发生的影响因素(P<0.05)。皮肤AGEs筛查T2DM并发症的受试者工作特征(ROC)曲线下面积(AUC)为0.833〔95%CI(0.753,0.914)〕,AGEs最佳切点值为71.5 AU,灵敏度为71.7%,特异度为86.4%。结论皮肤AGEs检测可作为T2DM伴周围血管病变、肾脏病变的预测指标,为其用于社区T2DM伴并发症的无创筛查提供理论依据,但在皮肤AGEs与周围神经病变关系中需进一步研究证实。

皮肤晚期糖基化终末产物与2型糖尿病视网膜病变的相关性

目的探讨2型糖尿病患者皮肤晚期糖基化终末产物(AGEs)的水平变化及其与糖尿病视网膜病变(DR)的关系。方法选取2020年3月至2021年9月在蚌埠医学院第二附属医院内分泌科住院治疗的2型糖尿病患者110例,依据眼底检查结果,按有无视网膜病变分为无视网膜病变组(NDR组)36例、非增殖期视网膜病变组(NPDR组)40例、增殖期视网膜病变组(PDR组)34例;选取健康对照组(NC组)35例,分别测定皮肤AGEs和糖化血红蛋白(HbA1c)等指标。结果与NC组相比,糖尿病组患者皮肤AGEs水平明显升高(P<0.01);与NDR组相比,NPDR组、PDR组皮肤AGEs明显增高(P<0.05),且PDR组皮肤AGEs水平明显高于NPDR组(P<0.05)。NPDR组HbA1c与NDR组、PDR组相比,差异有统计学意义。多因素logistic回归分析表明皮肤AGEs、糖尿病病程、HbA1c是DR的独立相关因素。结论AGEs可能参与了DR的发病,皮肤无创检测AGEs对DR的诊治及预防有一定的指导意义。

基于近红外光谱技术的脑氧检测系统研究进展

基于近红外光谱(NIRS)技术的脑组织血氧监测设备最初用于手术或重症监护中的氧饱和度监测,不同于传统血气分析仪和指端脉搏血氧仪,近红外组织血氧监测设备可无创、连续、实时地对脑血氧参数进行定量监测。近十年来,随着光电传感和测量技术的发展,衍生出的功能性近红外脑成像设备,在认知神经科学研究、精神疾病诊断等领域得到了广泛应用。本文首先介绍了基于NIRS技术的脑组织血氧参数监测和功能性脑成像的基本原理,并从传感器构造、信号分离提取处理方法和血氧参数定量反演算法等方面重点介绍了脑组织血氧监测与功能性脑成像的最新研究进展,最后对其实际应用进行了总结和展望。