一种25-羟基维生素D3的居家检测方法及系统与流程

本发明涉及25-羟基维生素d3检测领域，尤其涉及一种25-羟基维生素d3的居家检测方法及系统。

背景技术：

1、血清25-羟基维生素d3（25-hydroxyvitamin d3，25(oh)d3）浓度被公认为评估人体维生素d营养状况的金标准指标。

2、目前临床检测25(oh)d3的主要方法包括液相色谱-串联质谱法（lc-ms/ms）、化学发光免疫分析法（clia）和酶联免疫吸附试验（elisa）。上述方法均存在以下缺陷：样本处理复杂，需静脉采血并离心分离血清，无法在居家或无离心条件的基层场景下使用；检测周期长，从采血到获取报告通常需数小时至数天，无法实现即时决策；设备依赖性强，依赖大型仪器和专业检验人员，基层医疗机构和居家场景难以开展；监测依从性低，维生素d补充后需定期复查，频繁往返医院导致患者依从性差。

3、近年来，基于电化学传感器的25(oh)d3检测技术取得了一定进展，包括适配体传感器、分子印迹传感器及免疫传感器等。然而，目前电化学检测方案仍存在以下问题：

4、（1）批次间差异问题：丝网印刷电极生产过程中，碳浆粘度、识别元件固定密度、纳米材料涂布量等因素存在批次波动，导致不同批次试纸条对同一浓度样本的响应信号差异显著，影响定量结果的准确性；

5、（2）基质效应问题：25(oh)d3为脂溶性甾醇，与维生素d结合蛋白高度结合。高脂血、溶血、高胆红素等异常样本会显著干扰电极表面的电子转移过程，导致检测结果偏离真实值；

6、（3）缺乏有效的操作质量控制机制：居家场景下，用户的操作规范性无法保证，血量不足、反应未完成、温度异常等问题难以被自动识别，低质量数据直接输出可能误导临床决策；

7、（4）结果解读断层：现有设备仅输出浓度数值，未结合个体特征给出个性化补充建议。

8、因此，亟需一种兼具操作简便性、结果准确性和决策智能性的25(oh)d3居家检测方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种25-羟基维生素d3的居家检测方法及系统，在不依赖静脉采血和专业设备的前提下，实现25-羟基维生素d3的精准居家检测，同时消除批次差异与基质干扰、保障操作质量并输出个性化营养干预方案。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种25-羟基维生素d3的居家检测方法，包括以下步骤：

3、采集用户的指尖血样本，并将指尖血样本滴加至一次性电化学检测试纸条的采样区；

4、对一次性电化学检测试纸条施加电化学激励信号，伏安扫描采集响应信号，生成原始伏安曲线；

5、读取一次性电化学检测试纸上存储的批次标识信息，根据批次标识信息，从预构建的浓度预测模型库中调用对应的浓度预测子模型；所述浓度预测子模型包括：共享特征提取器和批次适配头；

6、将原始伏安曲线输入浓度预测子模型，依次通过共享特征提取器提取通用电化学特征，批次适配头根据该批次的固有偏移特性对通用电化学特征进行校正，得到初步浓度预测值；

7、提取原始伏安曲线中非目标电位区段的背景电化学特征作为基质指纹，输入预训练的基质效应识别模型，得到样本基质类型；

8、根据样本基质类型调用对应的基质补偿参数，对初步浓度预测值进行补偿校正，得到校准后的25-羟基维生素d3浓度；

9、根据原始伏安曲线的形态学特征计算操作质量评价指标，并基于操作质量评价指标生成检测结果的置信度评分；

10、当置信度评分低于预设阈值时，拦截浓度检测结果并输出对应异常提示。

11、本发明中的伏安扫描采用差分脉冲伏安法或方波伏安法，电位窗口设置为-0.2v~+1.0v，采样间隔为1mv~5mv，检测时间为30~90s。

12、优选地，所述一次性电化学检测试纸条采用丝网印刷工艺制备而成，自下而上依次包括：pet绝缘基板、三电极层、信号放大层、电子介体层、识别元件层和滤血层。

13、优选地，所述三电极层包括：碳质工作电极、ag/agcl参比电极和碳质对电极；

14、所述信号放大层由还原氧化石墨烯、碳纳米管和金纳米颗粒中的至少一种修饰形成；

15、所述识别元件层固定有抗25-羟基维生素d3单克隆抗体或特异性核酸适配体；

16、所述滤血层为玻璃纤维膜，用于分离指尖血中的红细胞并允许血浆组分渗透至反应区。

17、优选地，所述共享特征提取器为由多个不同生产批次的一次性电化学检测试纸标准品在多种基质下的伏安曲线联合训练得到的一维卷积神经网络；所述批次适配头用于修正对应批次一次性电化学检测试纸条的灵敏度偏移与基线漂移；

18、新增生产批次时，冻结共享特征提取器的全部网络参数，仅采用新增生产批次的出厂标定标准品数据训练对应的批次适配头。无需用户端执行手动校准操作。

19、优选地，所述非目标电位区段为伏安扫描起始电位至+0.3v之间的电位区段；

20、所述基质类型包括正常基质、高脂基质、溶血基质和高胆红素基质；

21、所述基质分类模型通过以下方式分别识别基质类型：

22、当背景电化学特征的背景电容值相对于出厂基准电容值降低超过第一阈值，且目标峰的半峰全宽相对于标准半峰全宽的展宽系数大于第二阈值时，判定为高脂基质；

23、当背景电化学特征在+0.30v~+0.40v电位区间内出现局部极大值或拐点时，判定为溶血基质；

24、当背景电化学特征在非目标电位区段内的基线斜率的绝对值大于第三阈值时，判定为高胆红素基质；

25、所述第一阈值、第二阈值和第三阈值由基质分类模型在训练阶段根据标准样本集确定。

26、优选地，所述操作质量评价指标包括：血量充足度指标、反应完成度指标、温度合规性指标和试纸条有效性指标；

27、所述血量充足度指标根据原始伏安曲线中目标电位响应峰处的峰电流绝对值与基线区段电流噪声均方根的比值计算得出；所述比值为信噪比；

28、所述反应完成度指标根据目标电位响应峰的对称因子计算得出；所述对称因子为响应峰的前半宽度与后半宽度的比值；

29、所述温度合规性指标根据目标电位响应峰的峰电位值与一次性电化学检测试纸条出厂标定的基准峰电位值之间的差值计算得出；

30、所述试纸条有效性指标根据由原始伏安曲线的背景双电层充电电流计算得到的电容值与一次性电化学检测试纸条出厂标定的基准电容值之间的相对偏差计算得出；

31、所述置信度评分由操作质量评价指标分别乘以各自对应的预设权重系数后求和得到；所述预设权重系数之和为1。本发明从伏安曲线形态学实时评估血量、反应完成度、温度、试纸条有效性等操作质量指标，对低质量检测进行拦截，避免误报，保障了操作质量。

32、优选地，所述25-羟基维生素d3的居家检测方法，还包括以下步骤：

33、获取用户的个体特征数据；所述个体特征数据包括：年龄、体重指数、地理位置信息和合并用药信息中的至少一项；所述地理位置信息包括：用户所在地的纬度数据或日照时长数据；

34、将校准后的25-羟基维生素d3浓度与个体特征数据输入营养评估引擎，生成个性化营养状态评估和补充建议；所述补充建议包括：推荐补充剂量和复查周期；所述营养评估引擎包括：规则引擎和神经网络；所述规则引擎中预设有浓度分级标准及与各浓度分级对应的基础补充剂量和基础复查周期。

35、优选地，将校准后的25-羟基维生素d3浓度与个体特征数据输入营养评估引擎，生成个性化营养状态评估和补充建议的具体内容包括：

36、将校准后的25-羟基维生素d3浓度输入规则引擎中，根据校准后的25-羟基维生素d3浓度所在的浓度区间，输出对应的基础补充剂量和基础复查周期；所述规则引擎中预设有多个连续且互不重叠的浓度区间，各浓度区间分别对应一个基础补充剂量和一个基础复查周期；

37、将个体特征数据输入神经网络中，得到剂量调整系数和周期调整系数；所述剂量调整系数和周期调整系数均为预设数值范围内的正数；

38、将基础补充剂量与剂量调整系数相乘，计算推荐补充剂量；

39、将基础复查周期与周期调整系数相乘，计算推荐复查周期。

40、本发明还提供了一种25-羟基维生素d3的居家检测系统，用于实现上述的25-羟基维生素d3的居家检测方法，包括：

41、样本采集模块，用于采集用户的指尖血样本，并将指尖血样本滴加至一次性电化学检测试纸条的采样区；

42、信号扫描模块，用于对一次性电化学检测试纸条施加电化学激励信号，伏安扫描采集响应信号，生成原始伏安曲线；

43、人工智能处理模块，用于读取一次性电化学检测试纸上存储的批次标识信息，根据批次标识信息，从预构建的浓度预测模型库中调用对应的浓度预测子模型；所述浓度预测子模型包括：共享特征提取器和批次适配头；用于将原始伏安曲线输入浓度预测子模型，依次通过共享特征提取器提取通用电化学特征，批次适配头根据该批次的固有偏移特性对通用电化学特征进行校正，得到初步浓度预测值；用于提取原始伏安曲线中非目标电位区段的背景电化学特征作为基质指纹，输入预训练的基质效应识别模型，得到样本基质类型；用于根据样本基质类型调用对应的基质补偿参数，对初步浓度预测值进行补偿校正，得到校准后的25-羟基维生素d3浓度；

44、输出模块，用于根据原始伏安曲线的形态学特征计算操作质量评价指标，并基于操作质量评价指标生成检测结果的置信度评分；当置信度评分低于预设阈值时，拦截浓度检测结果并输出对应异常提示。

45、优选地，所述人工智能处理模块，包括：信息识别模块、初步预测模块、基质类型确定模块和补偿校正模块；

46、所述信息识别模块用于读取一次性电化学检测试纸上存储的批次标识信息，根据批次标识信息，从预构建的浓度预测模型库中调用对应的浓度预测子模型；所述浓度预测子模型包括：共享特征提取器和批次适配头；

47、所述初步预测模块用于将原始伏安曲线输入浓度预测子模型，依次通过共享特征提取器提取通用电化学特征，批次适配头根据该批次的固有偏移特性对通用电化学特征进行校正，得到初步浓度预测值；

48、所述基质类型确定模块用于提取原始伏安曲线中非目标电位区段的背景电化学特征作为基质指纹，输入预训练的基质效应识别模型，得到样本基质类型；

49、所述补偿校正模块用于根据样本基质类型调用对应的基质补偿参数，对初步浓度预测值进行补偿校正，得到校准后的25-羟基维生素d3浓度。

50、综上所述，本发明提供的一种25-羟基维生素d3的居家检测方法及系统，相比传统技术，有益效果如下：通过共享特征提取器和批次适配头的浓度预测子模型架构，结合批次标识自动识别，实现不同生产批次一次性电化学检测试纸的检测结果一致性，变异系数可控制在8%以内，无需用户手动校准，消除了批次间差异；通过非目标电位区段的背景电化学特征自动识别样本基质类型，动态调用补偿模型进行校正，使异常样本的检测偏差从传统方法的±25%降低至±10%以内，这种补偿基质效应提高了结果准确性；

51、本发明将检测、评估、干预和复测整合，用户无需去医院即可获得浓度数值、个性化补充方案及复查提醒的完整健康管理服务，实现居家检测管理，而且相较于lc-ms/ms和化学发光法，单次检测成本大幅降低，适合大规模基层筛查和居家高频监测，降低了检测成本。

52、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。