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基于近红外光谱的SG-MSC-MC-UVE-PLS算法在全血血红蛋白浓度检测中的应用

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Author:

孙代青 (孙代青.) | 谢丽蓉 (谢丽蓉.) | 周延 (周延.) | Unfold

Indexed by:

EI SCIE CSCD WF

Abstract:

为提高全血血红蛋白浓度预测模型的预测精度,基于近红外光谱分析,首先对原始全血透射光谱数据分别进行均值中心化、标准化、标准正态变量变换(SNV)、多元散射校正(MSC)以及Savitzky-Golay(SG)卷积平滑结合MSC的预处理操作,最终选择预处理效果最好的SG-MSC方法作为数据预处理方法,其最大相关系数达到0.9441.对SG平滑的平滑窗口宽度进行讨论,找出平滑效果最好的窗口宽度为27.数据预处理消除了全血吸收光谱的基线失真,提高了全血吸收光谱数据的信噪比.将190个样本(190个血红蛋白浓度对应的透射光谱数据)分为具有相近血红蛋白浓度分布的校正集和测试集,其中校正集为143个样本(对应血红蛋白浓度分布为10.6~17.3 g·dL-1),测试集为47个样本(对应血红蛋白浓度分布为10.3~17.3 g·dL-1),确保建立模型的适用性.对校正集数据预处理后利用蒙特卡洛无信息变量消除(MC-UVE)方法对其进行波长变量选择,剔除含信息量少的波长点,提高含信息量多的波长占比.设置蒙特卡洛迭代次数为1000,最终从全血吸收光谱的700个波长变量中筛选出191个波长变量用于建立全血血红蛋白浓度偏最小二乘(PLS)回归模型.对比分析原始全血透射光谱全谱PLS模型、原始全血吸收光谱全谱PLS模型、预处理全血吸收光谱全谱PLS模型、SG-MSC-MC-UVE-PLS模型以及已有二阶导数PLS模型的模型效果,表明基于SG-MSC-MC-UVE-PLS算法的全血血红蛋白浓度预测模型效果较其他模型效果更优,预测相关系数由0.6763提高到0.9791,预测集均方根误差由0.8981减小到0.2203,最大绝对误差由2.4261减小到0.4112.同时,利用MC-UVE方法进行波长变量选择,在保证预测精度的前提下,筛选出建模的波长个数更少,有利于提高模型计算效率.研究结果表明,SG-MSC-MC-UVE-PLS方法能够提高全血吸收光谱信号的信噪比,简化模型结构,提高模型的预测精度和计算效率,对推动血红蛋白浓度检测技术的发展具有进步意义.

Keyword:

光谱信号预处理 近红外光谱 全血血红蛋白浓度预测 无信息变量消除

Author Community:

  • [ 1 ] [孙代青]新疆大学电气工程学院,新疆 乌鲁木齐 830047;西安交通大学能源动力工程学院,陕西 西安 710049
  • [ 2 ] [谢丽蓉]新疆大学
  • [ 3 ] [周延]西安交通大学
  • [ 4 ] [郭煜涛]新疆大学
  • [ 5 ] [车少敏]西安交通大学

Reprint Author's Address:

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Source :

光谱学与光谱分析

ISSN: 1000-0593

Year: 2021

Issue: 9

Volume: 41

Page: 2754-2758

0 . 5 8 9

JCR@2020

ESI Discipline: CHEMISTRY;

ESI HC Threshold:32

CAS Journal Grade:4

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