基于光散射贫血筛查技术研究

发布时间：2020-08-06 07:20

【摘要】：贫血是一种分布广泛的疾病,高发于经济落后地区及偏远山区。目前,全球大约有1/3的人群仍然经受着贫血的困扰。在中国,缺铁性贫血和地中海贫血是两种最为常见的贫血类型。其中,缺铁性贫血(IDA)是由于机体无法从外界摄入足够的铁元素,导致红细胞内血红蛋白的合成受阻,继而引发机体贫血。此类患者可以通过补充铁剂得到有效的治疗。地中海贫血(TT)是一种遗传性疾病,是由于遗传的基因缺陷致使球蛋白链缺失或不足所导致的一种贫血。研究表明,地中海贫血患者本身并不缺少铁的摄入,对地中海贫血患者补充铁剂会导致患者铁中毒,继而会引发对患者肝脏功能的损伤,所以对不同贫血类型的正确诊断是有效治疗贫血的关键。两类贫血在红细胞形态上有显著差异:与正常细胞相比,缺铁性贫血患者的平均红细胞体积(MCV)较小,但是有较大的细胞分布宽度(RDW);对于地中海贫血患者,其具有更小的平均红细胞体积,并且分布宽度较小。一些研究机构基于红细胞形态参数提出了一系列的诊断指标来区分这两种贫血类型。但是其中大部分指标仅仅是对参数的一种简单的线性组合,这导致了该类指标缺乏严格的统计学意义和稳定性,灵敏度和特异性有待提高。本团队基于多变量统计学分析方法,将二次判别算法引入到贫血类型的诊断领域中,提出了一种基于MCV、MCHC(平均红细胞血红蛋白浓度)、RDW三参数的诊断指标。基于大量临床参数分析表明,该诊断指标的灵敏度大于94%,特异性超过90%,具有非常优异的诊断性能,能够应用于贫血的广泛筛查领域中。临床上这三个参数是通过流式细胞仪获得,由于其体积大而且维护复杂,不适合应用于资源匮乏地区。我们提出用低成本便携式的光散射系统来获得上述参数。本文将对系统的搭建及标定以及测试给出具体的描述,本文中我们还探讨了两个独立的分析模型,一个是结合米氏散射的物理模型,一个是机器学习方法。在我们的测试中,我们发现,基于物理的模型对于误差非常敏感,由于光强的变化和样本背景噪声的存在我们的模型从理论上是略有偏差的,而且高度贫血患者的散射条纹具有较低的对比度,导致物理模型不能准确地从这类样品中提取信息。进一步研究发现,利用机器学习方法直接对该仪器测得的血液散射曲线进行判别分析能够有更佳的诊断效果,该方法能够避免中间计算过程所带来的误差,作为我们最终的诊断算法。针对贫血高发于经济相对落后的偏远地区,我们使用廉价的零部件和优化的结构设计,使得整个系统具有成本低、便携式、高稳定性等优点。该仪器在250多名中国儿童的大规模试验研究中得到验证,结果显示出高灵敏度和特异性。综上所述,我们提出的贫血筛查方案能够很好的解决贫血广泛筛查领域所面临的关键问题,具有广泛的应用前景。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R556;R318.6
【图文】：

全球,公共健康,医疗资源,问题

贫血是一种广泛和持续的全球公共健康问题。全球约有１／４到１／３的人群不逡逑同程度地受到贫血这一疾病的影响，大部分的患病人群集中在经济落后地区［３］，逡逑如图１．２所示，这些地区由于医疗资源匮乏，使得贫血患者很难得到正确的诊断逡逑１０逡逑

集中注意力,风险,患者,地中海贫血

和有效的治疗。贫血的初期临床表现并不十分显著，通常情况下患者有容易疲劳，逡逑皮肤苍白，四肢酸痛等症状｜４），这导致在患病初期患者不能及时发现病因而延误逡逑病情，但是贫血对患者健康的潜在威胁和影响不容忽视，如图１．３所示，其中包逡逑括贫血儿童会导致身体发育和智力发育迟缓，妊娠期妇女患有贫血会增加妊娠风逡逑险和幼儿的死亡率，患有贫血的成人会导致其工作效率降低，耐力下降并且无法逡逑贫血类型逦逡逑缺铁忡贫．地中海贫血逡逑｜逦．．邋（１＾．逦＞们女—b&丨妊娠风险逡逑补充铁剂有逦补充铁剂打逦Ｖ逦＾免疫力下降，死逡逑＇效：邋烱广逦丨＇亡率土升：．，＇逡逑图１．３贫血的危害以及补偿铁剂的有效性逡逑集中注意力，老年贫血患者会降低自身免疫力，增加感染的风险，严重的会导致逡逑死亡Ｎ１。导致贫血的原因有很多。在我们的研宄中，将重点关注营养缺乏和由遗逡逑传因素导致的贫血症状。全世界最常见的贫血类型是缺铁性贫血（ＩＤＡ），该型逡逑贫血大约占所有贫血类型的９０％以上１８】

风险,地中海贫血,皮肤苍白,集中注意力

【参考文献】