關(guān)節(jié)軟骨的紅外光譜顯微成像及偏最小二乘法應(yīng)用研究.pdf

1、關(guān)節(jié)軟骨是骨與骨之間的功能性連接，對于緩沖人體運(yùn)動時關(guān)節(jié)之間產(chǎn)生的摩擦以及壓力等具有重要的作用。關(guān)節(jié)軟骨的損傷會導(dǎo)致關(guān)節(jié)運(yùn)動功能的逐步喪失，由此引發(fā)骨關(guān)節(jié)炎疾病，給病人帶來極大的痛苦并會嚴(yán)重影響病人的正常生活。目前大多數(shù)患者在出現(xiàn)臨床癥狀時已處在骨關(guān)節(jié)炎的中后期，且難以有效治療；而對于早期骨關(guān)節(jié)炎則較難發(fā)現(xiàn)，早期研究及診斷尚缺乏特異性的工具，導(dǎo)致相關(guān)早期研究較少。
　　傅里葉變換紅外光譜顯微成像技術(shù)（FTIRI）已被廣泛應(yīng)用于材料

2、科學(xué)、化學(xué)、藥理學(xué)、法醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等研究領(lǐng)域。該技術(shù)可同時獲取樣本組織的紅外光譜信息和顯微結(jié)構(gòu)信息。化學(xué)計量學(xué)算法可用于光譜信息的定性和定量分析，將FTIRI技術(shù)與化學(xué)計量學(xué)算法相結(jié)合用于軟骨組織中主成分（膠原蛋白和蛋白多糖）含量的定量研究和病變識別，對于探究正常和病變的關(guān)節(jié)軟骨組織內(nèi)生物大分子的分布變化和骨關(guān)節(jié)炎的變化過程具有顯著的優(yōu)勢。
　　基于此，本文旨在將FTIRI技術(shù)與偏最小二乘算法（PLS）相結(jié)合，定量研究牛鼻軟骨（

3、BNC）樣本、正常和病變的關(guān)節(jié)軟骨樣本中膠原蛋白和蛋白多糖兩種生物大分子的含量與分布；通過建立的PLS判別模型（PLS-DA），實現(xiàn)對正常和病變的關(guān)節(jié)軟骨組織的分類識別。論文的主要研究內(nèi)容以及創(chuàng)新點如下：
　　1.通過膠原蛋白和蛋白多糖的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜矩陣建立這兩種生物大分子的吸收光譜與濃度之間的PLS回歸模型。建模過程中采用多種光譜預(yù)處理方法減少光譜矩陣中的不利因素，采用留一交叉驗證方法驗證PLS模型的預(yù)測能力。文章用BNC的紅外

4、光譜數(shù)據(jù)結(jié)合其生化分析結(jié)果驗證PLS模型對軟骨組織的預(yù)測能力。
　　2.通過PLS模型，對正常關(guān)節(jié)軟骨組織和病變關(guān)節(jié)軟骨組織的紅外光譜進(jìn)行計算，可以得到膠原蛋白和蛋白多糖在正常和病變樣本中的含量分布情況。通過對比計算結(jié)果可知，在病變軟骨組織中，蛋白多糖的丟失主要集中在軟骨的表層區(qū)和過渡區(qū)。
　　3.建立了穩(wěn)定的PLS-DA模型，實現(xiàn)對正常關(guān)節(jié)軟骨組織和病變關(guān)節(jié)軟骨組織的判別。PLS-DA模型在校正集矩陣中的判別準(zhǔn)確率為100