基于尿液拉曼光谱的绝经后女性骨质疏松诊断方法的初步研究

发布时间：2018-04-15 13:28

本文选题：骨质疏松 + 拉曼光谱　；参考：《东南大学》2017年硕士论文

【摘要】：目的:探究尿液拉曼光谱检测用于诊断绝经后女性骨质疏松症的可行性。方法:选择绝经后女性作为研究对象,根据双能X线(Dual energy X-ray absorptiometry,DXA)检测结果分为骨质疏松组(n=30),骨量减少组(n=27)以及骨量正常组(n=28)。所有研究对象均进行尿液与血清采集,分别进行尿液表面增强拉曼光谱(Surface enhanced Raman spectroscopy,SERS)检测以及性腺激素、血清骨转换标志物、血脂检测,应用单因素方差分析(ANOVA)、主成分分析(principal component analysis,PCA)、线性判别分析(linear Discriminant Analysis,LDA)方法比较各组拉曼光谱检测结果。结果:1.研究对象基本特征三组研究对象年龄、体重指数(body mass index,BMI)、性腺激素、骨代谢指标、血脂指标均呈正态分布,行单因素方差分析显示三组BMI、睾酮、总Ⅰ型前胶原氨基端前肽(TPINP)、骨钙素、总维生素D、低密度脂蛋白(LDL)差异无统计学意义。骨质疏松组和骨量正常组年龄分别为(67.72 ± 11.50)岁和(57.46± 10.23)岁,差异有统计学意义(p0.01)。骨质疏松组、骨量减少组及骨量正常组雌二醇(E2)分别为(26.43±13.51)pg/mL、(36.68±17.22)pg/mL及(45.89±27.50)pg/mL,差异有统计学意义(p0.01)。骨转换标志物Ⅰ型胶原羧基末端肽(CTX)水平分别是(0.55 ± 0.25)ng/mL、(0.48 ± 0.22)ng/mL、(0.36 ±0.22)ng/mL,其差异具有统计学意义(p0.01)。血脂指标骨质疏松组甘油三酯(TG)(1.92 ± 1.51)mmol/L、总胆固醇(TC)(4.72±1.13)mmol/L、骨量减少组(1.83±1.11)mmol/L、(4.56±0.99)mmol/L 与骨量正常组(1.22±1.92)mmol/L、(3.74±1.34)mmol/L差异有统计学意义(p0.01),骨量减少组高密度脂蛋白(HDL)(1.20±0.27)mmol/L与骨量正常组(1.35±0.32)mmol/l差异有统计学意义(p0.01)。以上结果表明年龄、雌激素、骨转换标志物水平及血脂水平在骨质疏松发生发展中具有一定影响作用。2.三组尿液平均拉曼光谱图形比较对比经平滑和归一化处理的骨量正常组、骨量减少组和骨质疏松组的平均拉曼光谱,结果显示骨量异常组未发生明显左右偏移。以次强峰1000cm-1处位移为例,三组间差异无统计学意义。在200cm-1-2000 cm-1范围内共找到特征峰10个,分别位于254 cm-m-1、450 cm-1、576 cm-1、723 cm-1、786 cm-1、894 cm-1、1000 cm-1、1462 cm-1、1598 cm-1、1715 cm-1 处。在1OOOcm-1之前骨量异常组整体平均峰强较骨量正常组减弱,拉曼谱线明显向下移位,在1000cm-1之后,骨量减少组和骨量正常组拉曼谱线基本未见明显差异,而骨质疏松组较之强度增加,谱线上移,其中各拉曼峰的物质归属主要是脂质及蛋白质,与血液中TC、TG及LDL升高相一致。在723 cm-1骨质疏松组、骨量减少组与骨量正常组相比差异有统计学意义(p0.01),在786cm-1处骨质疏松组与骨量减少组拉曼谱线强度有差异(p0.05),在1000 cm-1处,骨量减少组与骨质疏松组、骨量正常组相比,拉曼光谱强度有差异(p0.05),而后两组间差异无统计学意义。3.骨质疏松组与骨量正常组I723相对强度对比结果计算骨质疏松组与骨量正常组58名研究对象在特征峰723 cm-1处的相对峰强度(波峰/波谷),并根据结果绘制散点图,如图3所示。图中骨质疏松患者与骨量正常者的散点图分布有差异,以1.14为分界值,骨质疏松患者大多集中在其之下,而多数骨量正常者尿液拉曼光谱I723/I705大于1.14。因此可见,通过尿液拉曼光谱在特征峰723 cm-1处相对峰强度,可以对骨质疏松患者与骨量正常者进行区分,为进一步验证这种区分方法的准确性,利用判别分析方法对区分结果进行进一步验证,结果如表4所示。采用该区分方法对骨质疏松患者中的25例做出了正确诊断,5例误诊;28例骨量正常者中的19例做出了正确诊断,9例误诊为骨质疏松。经计算,其诊断的灵敏度及特异度分别是83.3%和67.9%,综合正确率为75.9%,准确率较低。由此可见,以拉曼光谱在特征峰723 cm-1处相对峰强度为判别依据可以在一定程度上对骨质疏松患者和健康人进行辨别和区分,但由于其包含的光谱信息较少,可作为判别依据的信息量不足以对两组数据进行较为彻底的区分,因而得到的诊断正确率较低。4.三组尿液拉曼光谱主成分分析-判别分析(PCA-LDA)结果将3组研究对象,共85例拉曼光谱以各自723cm-1处拉曼峰为基准对其余9个特征峰进行峰值归一化处理,计算每例拉曼光谱归一化特征值的PCA得分,得到特征值大于1的2个主成分,累计贡献率为91.94%。计算各组第1、第2主成分得分制作散点图,结果示骨质疏松组及骨量减少组相互聚集较难区分,而骨量正常组与其有明显的区分线。根据PCA得分进行判别分析及交叉验证,其诊断骨质疏松的灵敏度为66.7%,特异度为92.9%,总体判别的准确度为79.3%;诊断骨量减少的灵敏度为63.0%,特异度为92.9%,总体判别的准确度为78.2%。结论:1、骨量异常组与骨量正常组对比尿液拉曼光谱图有差异,主要体现在强度的变化而无明显位移;2、骨量异常组尿液拉曼光谱所提供的生物分子信息与疾病生理生化改变相一致;3、尿液拉曼光谱检测可以在一定程度上提示骨量异常,但不能很好区分骨质疏松及骨量减少,其应用于临床有待于进一步研究。
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【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R580

【参考文献】