بناء والتحقق من طريقة جديدة لاكتشاف بروتين S100B كمؤشر لإصابات الدماغ: قراءة وتحديد كمي باستخدام إطار تعلم عميق مستند إلى رقاقة السلسلة النانوية الفوتونية
摘要
الهدف هو بناء والتحقق من طريقة جديدة لاكتشاف بروتين S100B المرتبط بالكالسيوم بناءً على رقاقة سلسلة نانوية فوتونية وطريقة كمية للتعلم العميق تدعى ProSpect، لتحقيق قياس موثوق لمؤشر إصابة الدماغ هذا في مدى ديناميكي واسع عند مستوى pg/ml. استخدمت الطريقة رقاقة سلسلة نانوية فوتونية قائمة على بنية بولي ستايرين/سيلين (PS/Se) لاختبار عينات معيارية من S100B المعاد تركيبها (1 pg/ml~100 ng/ml)، بالإضافة إلى أوراق من 30 مريض إصابة دماغية رضحية تم جمعها في مستشفى الجيش التحريري بتاريخ 1 أكتوبر 2024 إلى 1 أكتوبر 2025، للحصول على صور ضوئية ميدانية عالية الدقة. تم بناء إطار تعلّم عميق كمية ProSpect لقراءة صور الرقاقة السابقة، والذي يحتوي على 4 وحدات: ترشيح المناطق المكانية وتطبيعها (SPIN)، تقدير التركيز على مستوى المنطقة (DENS)، تجميع احتمالية المناطق وتنسيق التركيز (PACHER)، وتقدير التركيز المستمر (QUANT). يقوم SPIN باستخراج مناطق عالية الجودة بخصائص هندسية للسلسلة باستخدام تقسيم Otsu والعمليات المورفولوجية وقيد نسبة الطول إلى العرض؛ يعتمد DENS على ResNet-50 لتصنيف تركيز المناطق إلى 6 مستويات؛ يجمع PACHER احتمالية المناطق على مستوى الصورة بشكل ناعم؛ يحسب QUANT التوقع المرجح في الفضاء اللوغاريتمي للتركيز ويستخدم معايرة خطية لتحقيق تقدير تركيز مستمر. تم تقييم أداء الإطار نصف الكمي والتقدير الكمي المستمر باستخدام التركيز الحقيقي للعيّنات المعيارية ونتائج اختبار ELISA، مع مؤشرات مثل أداء التصنيف، قيمة F1، معامل التحديد (R²)، ومتوسط الخطأ المطلق. النتائج أظهرت دقة تصنيف صور تغطي 6 مستويات تركيز لأجهزة S100B القياسية تزيد على 95٪ باستخدام رقاقة السلسلة النانوية الفوتونية مع إطار ProSpect العميق؛ كانت القيم المتوقعة للتركيز المستمر مرتبطة ارتباطًا عاليًا بالتركيز الحقيقي (R²=0.9997). في عينات بشرية سريرية مختلفة، أظهرت النتيجة ارتباطًا خطيًا قويًا مع ELISA (R²=0.9977)، وكان معظم العينات ضمن حدود اتفاق Bland-Altman. ثلاثة عينات لعاب أقل من حد الكشف ELISA (18.75 pg/ml) لم تُكتشف، ولكن باستخدام رقاقة السلسلة النانوية مع إطار ProSpect العميق كان من الممكن قياسها بدقة جيدة (CV<10%)، مما يشير إلى حساسية عالية للطريقة. الاستنتاج أن الطريقة المتكاملة “رقاقة السلسلة النانوية + إطار ProSpect الكمي العميق” قادرة على تحقيق تصنيف نصف كمي ثابت وتقدير تركيز مستمر لـ S100B بدقة جيدة عبر مدى ديناميكي واسع ومتسقة مع نتائج ELISA، مما يوفر استراتيجية جديدة للكشف السريع عن مؤشرات إصابات الدماغ.
关键词
رقاقة السلسلة النانوية الفوتونية;بروتين S100B;التعلم العميق;المؤشرات الحيوية;إصابة دماغ رضحية