研究目的
研究利用人体血液的红外分子指纹进行健康与治疗监测的可行性。
研究成果
该研究表明，基于红外分子指纹识别个体具有可行性，并指出这种方法适用于健康与治疗监测。红外分子指纹的稳定性为疾病检测开辟了新途径。
研究不足
该研究仅限于27名健康个体，该方法在更广泛人群中用于疾病检测的适用性需要进一步验证。
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC） - 德国慕尼黑（2019年6月23日-27日）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC） - 人类是否存在红外分子指纹？来自人体血液光谱分析的启示
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC） - 德国慕尼黑（2019年6月23日-27日）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC） - 人类是否存在红外分子指纹？来自人体血液光谱分析的启示
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8871555
出版年份：2019
更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要：
遗传、生活方式、环境因素以及生长发育和衰老过程会影响人体血液的分子组成。尽管许多疾病会在血液中留下痕迹，但关键问题在于这些痕迹能否被稳健且可重复地测量，并用于特定成年群体的健康监测。通过非侵入式、省时且经济高效的方法可获得血清的红外分子光谱，这种技术能从高度复杂的样本中提取所有分子种类的分子信息。我们证实宽带红外光谱可用于人体血液的可重复分子指纹分析。要评估某种介质是否足够稳定以实现疾病早期检测，必须量化分析个体差异和参考人群的变异程度——若个体内变异超过参考人群的个体间变异，该方法就不适用于疾病检测。为评估红外分子指纹的独特性及其生物变异性，我们开展了前瞻性纵向综合研究，收集27名健康受试者连续8次献血的血液样本。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）进行宽带红外分子指纹分析，同步研究血液中所有分子类别的个体间与个体内变异。实验数据证实：基于红外分子指纹（类似代谢指纹[1]）从群体中识别特定个体的方法是可行的。首先通过标准描述性分析发现，个体间变异幅度是个体内变异的3倍（图1左），这为疾病检测提供了可能。其次结合主成分分析（PCA）等降维方法和多种高精度机器学习算法[1]（随机森林、极限梯度提升、K近邻算法），建立分类规则并对未知测试集数据进行预测。针对6周内7次献血样本，分类准确率峰值超过95%（图1右），而随机预测的准确率仅3.7%。此外，我们评估了光谱特征对分离信号的重要性，从而识别与个体间变异相关的人血清成分。红外分子指纹表现出的稳健性表明其适用于健康与治疗监测。
作者：
Kosmas V. Kepesidis，Marinus Huber，Liudmila Voronina，Ma?a Bo?i?，Michael Trubetskov，Ferenc Krausz，Mihaela Zigman
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