太赫兹时域光谱测量冠心病患者血液中甘油三酯含量的研究

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冠心病是一种常见的疾病且发病率逐年提升,发病年龄也趋于年轻化,已经成为严重影响国人身体健康的一种慢性疾病。在临床上,人体血液的血脂检测是检测冠心病的一个重要途径,其中,甘油三酯(Triglyceride,简称TG)的含量是重要的指标之一。目前,临床上采用指尖刺破等方式来进行抽血,再利用酶法来测定血液之中甘油三酯的含量。近年来,太赫兹时域光谱技术(Terahertz time domain spectroscopy,简称THz-TDS)逐渐在临床医学上得到了广泛的应用。在人体血液中,水含量约占80%,葡萄糖、胆固醇、甘油三酯等成分的含量约为0.1%。水分子与生物分子之间的相互作用会导致THz波的共振吸收增大,而且极化的溶质可以改变氢键的集体弯曲振动,水溶液的太赫兹吸收对各种溶质的浓度具有高度敏感性,因此,THz波对水的响应可以直接提供水溶液中生物分子的一些重要信息。此外,THz波的光子能量仅为X射线光子能量的百万分之一,低于各种化学键的键能,且THz辐射不会导致光致电离,不会对人体造成伤害。因此,利用THz技术有望实现对人体血液疾病的临床检测。本论文利用太赫兹时域光谱技术深入研究冠心病患者的血液,对病人血液中的甘油三酯含量进行了定量分析,并结合理论分析,初步发展了以THz吸收系数为标准的人体血液甘油三酯含量的检测技术,且具有临床运用潜力。具体工作内容包括以下几个方面:(1)对103例人体血液样品(其中,10例正常人,93例冠心病患者)进行了太赫兹时域光谱检测,获取了103例人体血液样品在太赫兹波段的吸收系数,并深入分析了人体血液中甘油三酯含量的变化对太赫兹波的吸收影响。研究发现,不同含量甘油三酯的人体血液样品的THz吸收有较大的差异,通过吸收谱可以清楚的反映人体血液中甘油三酯的含量,为定量检测人体血液甘油三酯含量奠定了基础。(2)对所获取的血液样品的THz吸收系数和利用全自动分析仪所获得的血液甘油三酯含量,进行了皮尔森(Pearson)相关分析和Pearson相关系数的显著性检验,证实了人体血液样品的THz吸收系数和甘油三酯含量二者之间呈线性负相关,且在0.2 THz时,THz吸收系数和血液中甘油三酯含量相关性最高。(3)通过多元线性回归和最小二乘法拟合得到在0.2 THz的THz吸收系数和人体血液甘油三酯含量之间的最优直线拟合方程。依据此方程,可以直接将THz测定血液的吸收系数转换为甘油三酯含量。通过对比利用线性拟合方程所得到的甘油三酯含量和利用全自动分析仪所检测到的甘油三酯含量,发现实验检测结果和临床检测结果的偏差低于15%,证明THz检测方法可以独立的完成血样检测。
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