Unconstrained MW-PLS Method for Vis-NIR Spectroscopy and Its Application in Serum Bilirubin Analysis

TAN Hui; PAN Tao

doi:10.12452/j.fxcsxb.25021385

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Unconstrained MW-PLS Method for Vis-NIR Spectroscopy and Its Application in Serum Bilirubin Analysis

Experimental Techniques and Methods | 更新时间：2025-06-09

- Unconstrained MW-PLS Method for Vis-NIR Spectroscopy and Its Application in Serum Bilirubin Analysis
- Journal of Instrumental Analysis Vol. 44, Issue 6, Pages: 1183-1189(2025)
- 作者机构：
  
  1.湖南财经工业职业技术学院汽车工程学院，湖南衡阳 421000
  2.暨南大学物理与光电工程学院，广东广州 510000
  3.北京理工大学重庆微电子研究院，重庆 400000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.12452/j.fxcsxb.25021385
  CLC： O657.3;TB9
- Received：13 February 2025，
  
  Revised：20 March 2025，
  
  Accepted：02 April 2025，
  
  Published：15 June 2025
- 稿件说明：
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谭辉,潘涛.Vis-NIR光谱无约束MW-PLS方法及其在血清胆红素分析的应用[J].分析测试学报,2025,44(06):1183-1189.

TAN Hui,PAN Tao.Unconstrained MW-PLS Method for Vis-NIR Spectroscopy and Its Application in Serum Bilirubin Analysis[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(06):1183-1189.
谭辉,潘涛.Vis-NIR光谱无约束MW-PLS方法及其在血清胆红素分析的应用[J].分析测试学报,2025,44(06):1183-1189. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.25021385.

TAN Hui,PAN Tao.Unconstrained MW-PLS Method for Vis-NIR Spectroscopy and Its Application in Serum Bilirubin Analysis[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(06):1183-1189. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.25021385.

摘要

移动窗口-偏最小二乘（MW-PLS）采用有约束的双参数（起点波长、波长数）搜索，遍历所有子波段，是光谱分析的有效波段筛选方法。该文将MW-PLS扩展为无约束参数搜索，记为无约束MW-PLS（UMW-PLS），其兼顾前向和后向优化，可优选双波段组合。分别采用MW-PLS和UMW-PLS方法，建立了血清胆红素指标间接胆红素（IBil）、直接胆红素（DBil）和总胆红素（TBil）的可见-近红外（Vis-NIR）光谱模型。对于每个指标，最优2nd UMW-PLS和3rd UMW-PLS模型分别优选到双波段和三波段组合，严格优于最优MW-PLS模型，波长复杂性依次下降。经外部检验，三指标的最优3rd UMW-PLS模型的偏差性能比（RPD）分别为3.0、3.2和5.8，表明Vis-NIR光谱可用于胆红素指标IBil、DBil和TBil的无试剂同时定量分析。提出的UMW-PLS是一种简洁有效的多波段优选策略。

Abstract

Moving window-partial least squares（MW-PLS），using a constrained two-parameter search（initial wavelength，number of wavelengths） to traverse all sub-wavebands，is an effective waveband screening method of spectral analysis. In this study，MW-PLS was extended to unconstrained parametric search，denoted as unconstrained MW-PLS（UMW-PLS），which contained forward and backward optimizations，and could select dual-waveband combinations. The visible-near infrared （Vis-NIR） spectral analysis models of serum bilirubin indicators—indirect bilirubin （IBil），direct bilirubin（DBil） and total bilirubin（TBil） were established by MW-PLS and UMW-PLS methods，respectively. For each indicator，the selected optimal 2nd UMW-PLS and 3rd UMW-PLS models，corresponding separately the dual-waveband and three-waveband combinations，were strictly better than the optimal MW-PLS models，and the wavelength complexity decreased sequentially. In external validation，the ratio of performance-to-deviation（RPD） of the optimal 3rd UMW-PLS models of the three indicators reached 3.0，3.2 and 5.8，respectively. The results indicated that Vis-NIR spectroscopy can be used for the reagent-free simultaneous quantitative analysis of bilirubin indicators IBil，DBil and TBil. The proposed UMW-PLS was a concise and effective multi-waveband optimization strategy.

关键词

Keywords

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