通过智能手机数字比色法快速定量脑脊液总蛋白：助力中枢神经系统疾病的早期诊断

本研究开发并验证了基于智能手机的脑脊液总蛋白快速检测系统，符合CLSI指南的检测性能（如LOD、LOQ及线性范围达标），与全自动分析仪结果高度一致（R²=0.991），为资源有限地区中枢神经系统疾病诊断提供新工具。

赵永华|梁丹丹|郭宇飞|李子祺|杨泽华

山西医科大学第一临床医学院，中国山西省太原市

摘要

目的

本研究评估了一种基于智能手机的系统，用于测量脑脊液（CSF）总蛋白，验证其是否符合临床要求，并探索其在偏远地区/医疗资源匮乏地区诊断中枢神经系统（CNS）疾病中的应用。

方法

该系统分析了脑脊液总蛋白的标准值，以建立标准曲线（浓度与R、G、Y值的关系）。根据临床和实验室标准协会（CLSI）的指南，评估了关键参数（精度、检测能力、线性范围[LR]、临床可报告范围[CRR]）。测试了42份来自神经科患者的临床样本，并将结果与Beckman Coulter AU5800分析仪的结果进行比较，以确保一致性。在三个医学决策水平上（基于脑脊液总蛋白的参考范围）验证了准确性。

结果

空白限（LOB）、检测限（LOD）和定量限（LOQ）分别为5.18 mg/dL（0.05 g/L）、11.78 mg/dL（0.12 g/L）和12.59 mg/dL（0.13 g/L）。线性范围（LR）为29.75–127.20 mg/dL（0.30–1.27 g/L），临床可报告范围（CRR）为12.59–508.80 mg/dL（0.13–5.09 mg/dL；通过1:3稀释），均符合临床要求。总不精确度变异系数（CVs）分别为3.83%（高浓度：91.52 mg/dL [0.92 g/L]）和3.59%（低浓度：31.32 mg/dL [0.31 g/L），均在可接受范围内。42份临床样本与AU5800的结果高度一致（R² = 0.991）。在评估基于智能手机的脑脊液总蛋白检测系统时，尽管在45 mg/dL（0.45 g/L）和60 mg/dL（0.60 g/L）处的95%置信区间超过了CLSI EP9-A2规定的总允许误差的1/4，但这些偏差在临床上并不显著——最大偏差（5.29 mg/dL [0.0529 g/L]）不会改变脑脊液总蛋白的病理阈值分类（≥45 mg/dL [0.45 g/L]），从而确认了该系统在辅助脑脊液蛋白检测方面的适用性。

结论

该系统符合临床标准，用户友好且成本效益高，具有在资源受限地区辅助诊断中枢神经系统疾病的巨大潜力。

引言

中枢神经系统（CNS）疾病被公认为一种医疗紧急情况，也是全球主要的死亡原因之一（Kazancioglu等人，2023年），包括多种疾病，如神经退行性疾病、感染性疾病、自身免疫性疾病和脑血管疾病。临床上，这些疾病通常表现为认知障碍、运动功能障碍、感觉异常和精神症状（Hasbun，2022年；Kalita、Misra和Vibhute，2022年；Patel、Jhala和Sharma，2024年）。鉴于CNS疾病的严重性和复杂性，迫切需要可靠的诊断工具和早期干预来确定患者的预后。神经组织的再生能力有限，这意味着损伤通常会引发炎症和兴奋性毒性级联病理反应，如果不加以治疗，可能会导致不可逆的神经功能缺损。

脑脊液（CSF）总蛋白的检测是评估CNS疾病的关键实验室生物标志物（Berek等人，2021年；Czarniak、Kamińska、Matowicka-Karna和Koper-Lenkiewicz，2023年）。脑脊液总蛋白水平升高通常表明血脑屏障受损、脑脊液循环受阻或脑组织受损。这一生物标志物为各种疾病提供了重要的诊断信息。例如，在阿尔茨海默病等神经退行性疾病中，脑脊液总蛋白的微妙变化可能反映了潜在的病理过程。在细菌性和结核性脑膜炎等感染性疾病中（Julión-Jiménez和Morales-Casado，2019年；Singh，2024年），通常观察到脑脊液总蛋白显著升高。此外，在吉兰-巴雷综合征、慢性炎症性脱髓鞘性多发性神经根神经病（Bourque、Brooks、Warman-Chardon和Breiner，2020年；Rahaman、Rahman和Emran，2024年）以及蛛网膜下腔出血（Berek、Lindner、Kindl等人，2025年）等炎症性和自身免疫性神经系统疾病中，脑脊液总蛋白水平在诊断中起着重要作用。目前，脑脊液总蛋白的定量检测方法主要包括浊度法、染料结合法和比色法等。浊度法操作简单且成本效益高，但容易受到温度、时间和采样方式的影响，试剂稳定性较差。染料结合法常用考马斯亮蓝染色：虽然灵敏度高，但对不同类型的蛋白质反应不一致，与白蛋白结合强烈而与球蛋白结合较弱，这会导致高球蛋白-白蛋白比值的病理样本结果被低估。比色法（焦性没食子酸红钼法）是目前主流的临床方法，操作简单且重复性好。然而，这种方法依赖于完全自动化的生化分析仪，购买成本高、体积庞大，并且需要操作人员具备高技术水平。这限制了其在紧急情况和资源受限医疗环境中的使用。在这种情况下，新兴技术提供了比传统实验室诊断更个性化的医疗方法（Takeshima、Tanaka、Mori等人，2020年）。即时检测（POCT）是一种近年来受到广泛关注的新型检测方式，具有简单、方便、低成本和高效的特点（Pujia等人，2025年）。如今智能手机已经非常普及，它们强大的传感器功能被用于监测各种生理参数，如血压、心率、体重和血糖（Groenland等人，2022年；Wang和Xu，2022年；Xia等人，2023年）。本研究介绍了一种基于智能手机的数字比色分析系统（Deng等人，2023年）。该系统结合了智能手机的强大成像和数字处理能力以及高通量微孔板检测技术，利用数字比色原理实现脑脊液总蛋白的快速定量检测。系统的性能（包括检测能力、精度和临床可报告范围[CRR]）根据临床和实验室标准协会（CLSI）的指南进行了严格评估。此外，收集了42份临床样本，将其检测结果与全自动生化分析仪的结果进行比较，以验证其符合相关标准，并探索其在资源有限和偏远地区的应用价值。该系统为中枢神经系统疾病的早期监测和诊断提供了有前景的辅助工具。

部分摘录

样本制备

共从山西医科大学第一医院的住院患者中回顾性收集了42份脑脊液样本。这些样本是常规临床检测后的剩余标本。每个样本以2000 rpm的速度离心3分钟，然后小心收集上清液。所有样本均储存在-20°C下，直到后续分析，以保持样本的完整性。

仪器和试剂

本研究使用了以下设备和试剂：Beckman Coulter AU5800

标准曲线的建立

反应前后对溶液的视觉观察显示浓度依赖性的颜色变化：随着样本浓度的增加，溶液逐渐从橙黄色变为浅紫色（图2a）。使用SigmaPlot 10.0绘制曲线，分析每个色度值与总蛋白浓度之间的关系。Y值与总蛋白浓度变化的相关性最强（图2b），得出的相关系数为

讨论

CNS疾病的早期临床表现往往复杂且非特异性，经常被误认为是其他系统性疾病。早期干预至关重要，因为它直接影响患者的恢复结果和长期生活质量。值得注意的是，大脑和脊髓中的成年神经元缺乏再生能力；一旦丧失，就不能被新细胞替代（Ying等人，2023年）。早期治疗的基本原则是中断

CRediT作者贡献声明

赵永华：撰写——原始草案、可视化、软件、方法学、调查、正式分析、数据管理、概念化。梁丹丹：验证、调查。郭宇飞：验证、调查。李子祺：验证、调查。杨泽华：撰写——审阅与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取、概念化。

伦理批准

本研究获得了山西医科大学第一附属医院机构审查委员会的批准（批准编号：KYLL-2024-180）。由于脑脊液样本是住院患者的剩余临床标本，因此委员会免除了知情同意的要求。

资金

本研究未获得任何公共、商业或非营利部门的资助。

未引用的参考文献

Ji等人，2022年

Xu、Yan和Liu，2022年

利益冲突声明

所有作者声明没有需要披露的利益冲突。具体来说，不存在雇佣关系、咨询关系、股票所有权、酬金、有偿专家证词、专利申请或注册、资助或其他形式的利益关系，也没有作为编辑或顾问委员会成员与期刊有不当影响或偏倚本工作的关系。我们选择“我没有需要声明的内容”这一选项。