符娟娟， 马丹英， 唐金兰， 包一麟， 赵 远， 尚林伟， 尹建华

南京航空航天大学自动化学院生物医学工程系， 江苏 南京 211106

引 言

关节软骨是覆盖于骨关节表面的半透明、 光滑的结缔组织， 具有弹性和韧性， 能减少关节面间的摩擦、 承受高负荷和缓冲震动[1]。 关节软骨主要由软骨细胞(占总体积的1%～2%)和软骨基质(占总体积的98%～99%)组成[2]。 软骨基质从外表面到软骨下骨之间具有明显的板层状结构， 一般分为3层： 表层区(SZ， 软骨总厚度的10%)、 过渡区(TZ， 软骨总厚度的10%)、 深层区(DZ， 软骨总厚度的80%)[3]。 基质中主要含有水、 胶原蛋白(Collagen)、 蛋白多糖(PG)和少量无机盐离子[4]。 其中胶原蛋白排列成网架结构， 维持软骨的结构和形状， 并能有效固定PG[5]。 而PG可以保证关节软骨的弹性和耐压性。 在3个分区中， 深度不同其基质主成分结构和含量也不同[3]。 肥胖、 增龄、 负伤和过度使用等因素都可能会导致关节软骨整体结构和成分含量的变化， 从而导致骨关节炎(OA)[6]。 OA的初级病变主要表现在细胞外基质成分含量和软骨细胞形态的变化， 在临床上的表现并不明显， 且现有的临床方法和实验方法并不能较准确的识别OA的早期病变[7-10]， 对OA的早期诊断造成极大困难。

傅里叶变换近红外(FTNIR)光谱技术近年来因为其分析速度快、 成本低、 易于穿透组织并含有对应组织成分信息等特点而发展应用较为迅速， 已被用于手术导航、 无损检测和疾病诊断等各个领域。 NIR光谱范围内的光谱吸收主要来自O—H， C—H， N—H和S—H键泛频的伸缩振动， 不同的基团或是同一基团在不同的化学环境中NIR吸收的波长和强度存在差异[11]。……