基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法与流程

1.本发明涉及基于柱色谱法的检测领域，特别是涉及基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法。


背景技术：

2.现代工业生产中，随着工业自动化普及，员工脑疲劳(mental fatigue)成为工业生产中的主要疲劳形式，影响了现代工业生产的生产安全、效率和绩效，属于基于柱色谱法的检测领域。脑疲劳是一种生理变化造成的生理状态而非病理变化导致的病理状态，其研究对象是工业生产中从事生产活动的身体健康的工作人员；在工业安全生产中疲劳与否的判断，是与人员执行安全岗位职责能力相关，不同生产岗位是不尽相同的；进一步，即使相同岗位在不同的时段也是不同的。人体疲劳程度的划分是当前各工业领域安全生产的迫切需要，具有重要的现实意义。
3.近年来，现有技术公开了基于小分子代谢组学筛选疲劳标志物的方法，在人体的尿液样本筛选出疲劳相关生物标志物。在此基础上，现有技术还公开了一种基于人体尿液检测班组疲劳程度的方法、以及民航空中交通管制员班组轻度和中度疲劳程度的检测方法；这两种方法基于柱色谱法的代谢组学方法对尿液样本进行检测，并采用代谢组学数据处理专业软件筛选差异化表达生物标志物；基于柱色谱法的代谢组学方法对尿液样本进行检测包括：分别采用极性色谱柱hilic、弱极性色谱柱c
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和非极性色谱柱pfpp对尿液中的极性、弱极性和非极性组分进行分离检测。
4.上述两种方法仅仅例举了3个工作时间段的检测方法，即工作2-3小时、3-5小时、5-8小时后采集工作人员尿液样本，采用基于柱色谱法的小分子代谢组学方法筛选6种生物标志物，以分别判断这3个时段工作人员的疲劳程度。但是上述方法存在以下问题：对于工作0.5小时或者1小时、1.5小时、8小时以上的工作人员无法判断；无法确定在工作3小时的节点应该使用2-3小时判据还是3-5小时判据进行判断，同样无法确定在工作5小时的节点应该使用3-5小时判据还是5-8小时判据进行判断。


技术实现要素：

5.本发明目的在于，提供基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法，属于基于柱色谱法的检测领域，能够基于柱色谱法的代谢组学方法和代谢组学数据处理专业软件判断目标人员工作任意时间段后的脑疲劳程度，适用性更广，能够解决现有技术中无法判断目标人员工作任意时间段后的脑疲劳程度的问题，跨行业、跨工种、跨时间段（上午、下午和晚上，四季）人员之间脑疲劳程度相比较的问题；基于柱色谱法的代谢组学方法和代谢组学数据处理专业软件为工业生产中脑疲劳程度检测、划分和比较提供了新方法，为管控疲劳风险和保证安全生产奠定了基础。
6.根据本发明，提供了一种基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法，包括以下步骤：
s100，建立脑疲劳程度通用函数表达式f=f(n,c0,c1,
…
,ci,
…
,cn)，其中，f为目标人员的脑疲劳程度，f( )为函数，n为脑疲劳等级，n为大于等于0的整数，n的取值等于差异化表达的生物标志物的数量，ci为第i种差异化表达的生物标志物的相对浓度，i的取值范围为0到n；所述脑疲劳程度f包括两个精度的脑疲劳程度划分，第一个精度的脑疲劳程度划分是根据n数值解进行脑疲劳等级划分，第二个精度的脑疲劳程度划分是在该脑疲劳等级内根据生物标志物的相对浓度c0,c1,
…
,ci,
…
,cn详细划分；所述脑疲劳是一种生理变化造成的生理状态而非病理变化导致的病理状态。
7.s200，所述目标人员为工业生产中从事生产活动的身体健康的工作人员；采集目标人员在上班工作前的尿液样本，采集完成后，将样本在不高于-20℃条件下进行低温保存。
8.s300，采集目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本，采集完成后，将样本在不高于-20℃条件下进行低温保存。
9.s400，分别对s200采集的目标人员在上班工作前的尿液样本和s300采集的目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本进行预处理；所述预处理包括：将尿液样本进行离心，取上清液及将上清液进行稀释。
10.采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的目标人员在上班工作前的尿液样本和目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本进行检测，得到各个样本的检测数据。
11.s500，采用代谢组学数据处理专业软件对s400检测得到的数据进行分析处理及阈值设定，筛选出现差异化表达的生物标志物，得到脑疲劳等级为n数值解；所述分析处理包括数据对齐、峰提取和采用偏最小二乘法opls-da分析，所述阈值设定包括设置p《0.05、cv≤30%、vip》1.0和最大变化倍数大于等于1.2；p为显著性参数，cv为变异系数，vip为变量对模型的重要程度。
12.s600，获取n种出现差异化表达的生物标志物的相对浓度，根据n种出现差异化表达的生物标志物的相对浓度，得到该脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度；所述相对浓度为目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本中生物标志物对应的归一化峰面积与目标人员在目标人员在上班工作前的尿液样本中对应的生物标志物的归一化峰面积之比。
13.s700，将n数值和各差异化表达的生物标志物的相对浓度代入所述脑疲劳程度通用函数表达式，得到目标人员上班工作预设时间段后脑疲劳程度为n脑疲劳等级以及该脑疲劳等级内脑疲劳程度详细划分。
14.本发明对于工业生产中从事生产活动的身体健康的工作人员，采用基于柱色谱法的代谢组学方法和代谢组学数据处理专业软件得到了其脑疲劳程度，该脑疲劳是一种生理变化造成的生理状态而非病理变化导致的病理状态；本发明属于基于柱色谱法的检测领域，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：1）本发明的方法建立了脑疲劳程度通用函数表达式f=f(n,c0,c1,
…
,ci,
…
,cn)，包括两个精度的脑疲劳程度划分方法，通过采集目标人员的上班工作前的尿液样本和上班工作一段时间后的尿液样本，以及对尿液样本的保存和预处理，采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测，采用代谢组学数据处理专业软件对检测得到的数据进行分析处理，筛选出现差异化表达的生物标志物，得到脑疲劳等级为n数值解；
根据n种出现差异化表达的生物标志物的相对浓度，得到该脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度；将n数值和各差异化表达的生物标志物的相对浓度代入所述脑疲劳程度通用函数表达式，得到目标人员上班工作预设时间段后脑疲劳程度为n脑疲劳等级以及该脑疲劳等级内脑疲劳程度详细划分。
15.2）本发明的脑疲劳程度划分和检测方法通过采集目标人员的上班工作前的尿液样本和上班工作一段时间后的尿液样本，以及对尿液样本的保存和预处理，采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测，采用代谢组学数据处理专业软件对检测得到的数据进行分析处理，筛选出现差异化表达的生物标志物；本发明可以覆盖对人员任何时刻的脑疲劳程度判断，不管是工作不足1小时、1-2小时之间、2-3小时、3-5小时、5-8小时还是8小时以上，均可以使用本发明的检测方法判断脑疲劳程度，本发明的检测方法适用性更广，能够解决现有技术中存在的在工作0.5小时或者1小时、1.5小时、8小时以上的脑疲劳程度无法判断的问题。
16.3）本发明的检测方法通过采集目标人员的上班工作前的尿液样本和上班工作一段时间后的尿液样本，以及对尿液样本的保存和预处理，采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测，采用代谢组学数据处理专业软件对检测得到的数据进行分析处理，筛选出现差异化表达的生物标志物；本发明无需先判断人员的工作时长，不用基于工作时长的不同选择不同的检测方法，能够解决现有技术中存在的无法确定在工作3小时的节点应该使用2-3小时判据还是3-5小时判据进行脑疲劳程度判断和无法确定在工作5小时的节点应该使用3-5小时判据还是5-8小时判据进行脑疲劳程度判断的问题。
17.4）使用本发明的检测方法通过采集目标人员的上班工作前的尿液样本和上班工作一段时间后的尿液样本，以及对尿液样本的保存和预处理，采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测，采用代谢组学数据处理专业软件对检测得到的数据进行分析处理，筛选出现差异化表达的生物标志物；本发明不局限于具体的工作时长，可以实现对工作不同时长的比对，即跨工作时长的脑疲劳程度比对。具体的，如果想要比对工作不同时长的脑疲劳程度，只需要按照本发明的方法分别实现对每个时长的脑疲劳程度判断，然后再对每个时长对应的脑疲劳程度进行比对即可。
18.5）使用本发明的检测方法通过采集目标人员的上班工作前的尿液样本和上班工作一段时间后的尿液样本，以及对尿液样本的保存和预处理，采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测，采用代谢组学数据处理专业软件对检测得到的数据进行分析处理，筛选出现差异化表达的生物标志物；本发明不局限于具体的工作时间段，可以实现对不同工作时间段的人员的脑疲劳程度的比对，即跨时间段（上午、下午和晚上，四季）的脑疲劳程度比对。具体的，如果想要比对在上午工作的人员和在下午工作的人员的脑疲劳程度，只需要按照本发明的方法分别对在上午工作的人员的脑疲劳程度判断和在下午工作的人员的脑疲劳程度判断，然后再对脑疲劳程度进行比对即可。或者如果想要比对在春季工作的人员和在夏季工作的人员的脑疲劳程度，只需要按照本发明的方法分别对在春季工作的人员的脑疲劳程度判断和在夏季工作的人员的脑疲劳程度判断，然后再对脑疲劳程度进行比对即可。
19.6）使用本发明的检测方法通过采集目标人员的上班工作前的尿液样本和上班工作一段时间后的尿液样本，以及对尿液样本的保存和预处理，采用基于柱色谱法的代谢组
学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测，采用代谢组学数据处理专业软件对检测得到的数据进行分析处理，筛选出现差异化表达的生物标志物；本发明可以实现对不同人员的脑疲劳程度比对，即跨行业、跨工种的人员的脑疲劳程度比对。具体的，如果想要比对不同人员的脑疲劳程度，只需要按照本发明的方法分别实现对每个人员的脑疲劳程度判断，然后再对每个人对应的脑疲劳程度进行比对即可。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例提供的基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法的流程图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.根据本发明，提供了一种基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法，如图1所示，包括以下步骤：s100，建立脑疲劳程度通用函数表达式f=f(n,c0,c1,
…
,ci,
…
,cn)，其中，f为目标人员的脑疲劳程度，f( )为函数，n为脑疲劳等级，n为大于等于0的整数，n的取值等于差异化表达的生物标志物的数量，ci为第i种差异化表达的生物标志物的相对浓度，i的取值范围为0到n；所述脑疲劳程度f包括两个精度的脑疲劳程度划分，第一个精度的脑疲劳程度划分是根据n数值解进行脑疲劳等级划分，第二个精度的脑疲劳程度划分是在该脑疲劳等级内根据生物标志物的相对浓度c0,c1,
…
,ci,
…
,cn详细划分；所述脑疲劳是一种生理变化造成的生理状态而非病理变化导致的病理状态。
24.本发明建立的脑疲劳程度通用函数表达式见表1。
25.表1
26.当n=0时，f=f(0, c0)，f0=0，表示人体处于完全清醒的状态，脑疲劳程度为0。
27.当n=1时，f=f(1,c1)，f1=f(c1)，表示人体处于一级脑疲劳等级，在一级脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度随第一个差异化表达的生物标志物的相对浓度变化而变化。
28.当n=2时，f=f(2,c1,c2)，f2=f(c1,c2)，表示人体处于二级脑疲劳等级，在二级脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度随第一个和第二个差异化表达的生物标志物的相对浓度变化而变化。
29.以此类推，当n≥3时，f=f(n,c1,c2,
…
,cn)，fn=f(c1,c2,
…
,cn)，表示人体处于n级脑疲劳等级，在n级脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度随n个差异化表达的生物标志物的相对浓度变化而变化。
30.本发明的差异化表达的生物标志物表征矩阵（记为w）如下，其中矩阵的第i+1行为第n=i时对应的数据，即矩阵的第i+1行w
i+1
为当出现i个差异化表达的生物标志物时对应的数据；矩阵的第1列为i的取值，第2列为c0对应的数据，第3列为第1种差异化表达的生物标志物的数据，c
1,i
为差异化表达的第1种生物标志物在n=i时的相对浓度，第4列为差异化表达的第2种生物标志物的数据，c
2,i
为第2种差异化表达的生物标志物在n=i时的相对浓度，以此类推，c
i,i
为第i种差异化表达的生物标志物在n=i时的相对浓度，最后一列为差异化表达的第n种生物标志物的数据，c
n,n
为第n种差异化表达的生物标志物的相对浓度。
[0031][0032]
s200，所述目标人员为工业生产中从事生产活动的身体健康的工作人员；采集目标人员在上班工作前的尿液样本，采集完成后，将样本在不高于-20℃条件下进行低温保存。
[0033]
本发明中使用无菌尿杯采集目标人员在上班工作前的尿液样本，并分装于无菌离心管中在-80℃进行低温保存。
[0034]
为了避免非疲劳因素（比如疾病）对脑疲劳程度检测结果准确性的影响，需要保证目标人员为身体健康的人员。可选的，将体检合格的人员判定为身体健康的人员。
[0035]
s300，采集目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本，采集完成后，将样本在不高于-20℃条件下进行低温保存。
[0036]
本发明中使用无菌尿杯采集目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本，并分装于无菌离心管中在-80℃进行低温保存。
[0037]
s400，分别对s200采集的目标人员在上班工作前的尿液样本和s300采集的目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本进行预处理；所述预处理包括：将尿液样本进行离心，取上清液及将上清液进行稀释；采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的目标人员在上班工作前的尿液样本和目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本进行检测，得到各个样本的检测数据。
[0038]
本发明对尿液样本进行预处理和检测的过程为现有技术，作为现有技术的一种，请参见授权公告号为cn109425669b的中国专利，其中预处理的具体过程为：将尿液样本取出放置至室温，在4℃，12000rpm离心5分钟，取上清液100μl加入100μl水稀释；其中采用基于柱色谱法的代谢组学方法对尿液进行检测的具体过程为：对尿液样本进行检测分别采用极性色谱柱hilic、弱极性色谱柱c
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和非极性色谱柱pfpp对尿液中的极性、弱极性和非极性组分进行分离检测，其中，极性色谱柱hilic、弱极性色谱柱c
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和非极性色谱柱pfpp的相关说明分别为：采用极性hilic色谱柱的液相条件为：uplc beh amide hilic column(2.1mm
×
100mm,1.7μm)，流动相包括a相和b相，其中a相组成为95％乙腈和5％含有0.1％甲酸的水溶液，b相组成为含有0.1％甲酸的水溶液；柱温为40℃，进样量2.0μl，流动相流速0.3ml/min。
质谱条件为：正离子离子化模式检测，质量范围设置为50-1200m/z全扫描模式。电喷雾离子化器最佳毛细管电压为3000v，cone电压为30v。干燥气为氮气，去溶剂化流速为800l/h，cone气流速为30 l/h。去溶剂化温度为400℃，离子源温度为100℃。采用浓度为0.2ng/ml的leucineenkephalin(亮氨酸脑啡肽)作为质量数校准内标，校准离子质量为556.2771da([m+h]
+
)。
[0039]
采用弱极性c
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色谱柱的液相条件为：uplc csh c
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column(2.1mm
×
100mm,1.7μm)，流动相包括a相和b相，其中a相组成为含有0.1％甲酸的水溶液，b相组成为乙腈；柱温为40℃，进样量2.0μl，流动相流速0.3ml/min。质谱条件为：正离子和负离子两种离子化模式检测，质量范围设置为50-1200m/z全扫描模式。电喷雾离子化器最佳毛细管电压为3000v(正离子)或2200v(负离子)，cone电压为30v。干燥气为氮气，去溶剂化流速为800l/h，cone气流速为30l/h。去溶剂化温度为400℃，离子源温度为100℃。采用浓度为0.2ng/ml的leucineenkephalin(亮氨酸脑啡肽)作为质量数校准内标，校准离子质量为556.2771da([m+h]
+
)或554.2615da([mh]-)。
[0040]
采用非极性pfpp色谱柱的液相条件为：uplc hss pfpp column(2.1mm
×
100mm,1.7μm)，流动相为a相组成为含有0.1％甲酸的水溶液，b相组成为甲醇；柱温为40℃，进样量2.0μl，流动相流速0.3ml/min。质谱条件为：正离子和负离子两种离子化模式检测，质量范围设置为50-1200m/z全扫描模式。电喷雾离子化器最佳毛细管电压为3000v(正离子)或2200v(负离子) ，cone电压为30v。干燥气为氮气，去溶剂化流速为800l/h，cone气流速为30l/h。去溶剂化温度为400℃，离子源温度为100℃。采用浓度为0.2ng/ml的leucineenkephalin(亮氨酸脑啡肽)作为质量数校准内标，校准离子质量为556.2771da([m+h]
+
)或554 .2615da([m-h]-)。
[0041]
本发明中对目标人员在上班工作前的尿液样本和目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本均采用3种色谱柱分别检测其中的极性、弱极性和非极性组分，其中极性组分只检测正离子模式，弱极性和非极性组分检测正离子和负离子模式，即每个尿液样本检测5次，以便尽可能检测到尿液中全部的代谢化合物。分析检测过程中样品室温度保持4℃。
[0042]
s500，采用代谢组学数据处理专业软件对s400检测得到的数据进行分析处理及阈值设定，筛选出现差异化表达的生物标志物，得到脑疲劳等级为n数值解；所述分析处理包括数据对齐、峰提取和采用偏最小二乘法opls-da分析，所述阈值设定包括设置p《0.05、cv≤30%、vip》1.0和最大变化倍数大于等于1.2；p为显著性参数，cv为变异系数，vip为变量对模型的重要程度。
[0043]
本发明采用柱色谱法分别分析检测目标人员在上班工作前的尿液样本和目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本，可分别得到目标人员在上班工作前的尿液样本和目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本的检测数据。采用代谢组学数据处理专业软件progenesis qi检测数据进行数据对齐，峰提取，对上班前后样本进行配对分组，采用偏最小二乘法opls-da分组分析，以p《0.05、cv≤30％、vip》1.0、最大变化倍数≥1.2作为筛选阈值，筛选出现差异化表达的生物标志物。
[0044]
需要说明的是，当目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本中的某生化代谢物相较于该生化代谢物在目标人员在上班工作前的尿液样本中的含量有所上升时，上述最大变化倍数是该生化代谢物在目标人员上班工作预设时间段后的尿液样本中的含量与在
目标人员上班工作前的尿液样本中的含量的比较；当目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本中的某生化代谢物相较于该生化代谢物在目标人员在上班工作前的尿液样本中的含量有所下降时，上述最大变化倍数是该生化代谢物在目标人员上班工作前的尿液样本中的含量与在目标人员上班工作预设时间段后的尿液样本中的含量的比较。
[0045]
s600，获取n种出现差异化表达的生物标志物的相对浓度，根据n种出现差异化表达的生物标志物的相对浓度，得到该脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度；所述相对浓度为目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本中生物标志物对应的归一化峰面积与目标人员在目标人员在上班工作前的尿液样本中对应的生物标志物的归一化峰面积之比。
[0046]
若s500筛选出的出现差异化表达的生物标志物的数量n=0，那么f=f(0, c0)，f0=0，得到所述目标人员的脑疲劳程度为0。
[0047]
若s500筛选出的出现差异化表达的生物标志物的数量n=1，那么f=f(1,c1)，将出现差异化表达的1种生化代谢物的相对浓度代入f1=f(c1)即可得到所述目标人员在脑疲劳等级为1下的详细划分脑疲劳程度。作为一种可选的具体实施方式，将[max(c1,1/c1)]-1的值作为目标人员在脑疲劳等级为1下的详细划分脑疲劳程度，max( )为取最大值。
[0048]
若s500筛选出的出现差异化表达的生物标志物的数量n=2，那么f=f(2,c1,c2)，将出现差异化表达的2种生化代谢物的相对浓度代入f2=f(c1,c2)即可得到所述目标人员在脑疲劳等级为2下的详细划分脑疲劳程度。作为一种可选的具体实施方式，将[mean(max(c1,1/c1),max(c2,1/c2))]-1作为目标人员在脑疲劳等级为2下的详细划分脑疲劳程度，mean( )为取均值。
[0049]
以此类推，当n≥3时，f=f(n,c1,c2,
…
,cn)，将出现差异化表达的n种生化代谢物的相对浓度代入fn=f(c1,c2,
…
,cn)即可得到所述目标人员在脑疲劳等级为n下的详细划分脑疲劳程度。作为一种可选的具体实施方式，将[mean(max(c1,1/c1),max(c2,1/c2)
…
,max(ci,1/ci),
…
,max(cn,1/cn))]-1作为目标人员在脑疲劳等级为n下的详细划分脑疲劳程度。
[0050]
s700，将n数值和各差异化表达的生物标志物的相对浓度代入所述脑疲劳程度通用函数表达式，得到目标人员上班工作预设时间段后脑疲劳程度为n脑疲劳等级以及该脑疲劳等级内脑疲劳程度详细划分。
[0051]
本发明的方法建立了脑疲劳程度通用函数表达式f=f(n,c0,c1,
…
,ci,
…
,cn)，包括两个精度的脑疲劳程度划分方法，通过采集目标人员的上班工作前的尿液样本和上班工作一段时间后的尿液样本，以及对尿液样本的保存和预处理，采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测，采用代谢组学数据处理专业软件对检测得到的数据进行分析处理，筛选出现差异化表达的生物标志物，得到脑疲劳等级为n数值解；根据n种出现差异化表达的生物标志物的相对浓度，得到该脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度；将n数值和各差异化表达的生物标志物的相对浓度代入所述脑疲劳程度通用函数表达式，得到目标人员上班工作预设时间段后脑疲劳程度为n脑疲劳等级以及该脑疲劳等级内脑疲劳程度详细划分。
[0052]
本发明的脑疲劳程度划分和检测方法通过采集目标人员的上班工作前的尿液样本和上班工作一段时间后的尿液样本，以及对尿液样本的保存和预处理，采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测，采用代谢组学数据处理专业软件对检测得到的数据进行分析处理，筛选出现差异化表达的生物标志物；本发明可以覆盖对
人员任何时刻的脑疲劳程度判断，不管是工作不足1小时、1-2小时之间、2-3小时、3-5小时、5-8小时还是8小时以上，均可以使用本发明的检测方法判断脑疲劳程度，本发明的检测方法适用性更广，能够解决现有技术中存在的在工作0.5小时或者1小时、1.5小时、8小时以上的脑疲劳程度无法判断的问题。
[0053]
本发明的检测方法通过采集目标人员的上班工作前的尿液样本和上班工作一段时间后的尿液样本，以及对尿液样本的保存和预处理，采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测，采用代谢组学数据处理专业软件对检测得到的数据进行分析处理，筛选出现差异化表达的生物标志物；本发明无需先判断人员的工作时长，不用基于工作时长的不同选择不同的检测方法，能够解决现有技术中存在的无法确定在工作3小时的节点应该使用2-3小时判据还是3-5小时判据进行脑疲劳程度判断和无法确定在工作5小时的节点应该使用3-5小时判据还是5-8小时判据进行脑疲劳程度判断的问题。
[0054]
使用本发明的检测方法通过采集目标人员的上班工作前的尿液样本和上班工作一段时间后的尿液样本，以及对尿液样本的保存和预处理，采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测，采用代谢组学数据处理专业软件对检测得到的数据进行分析处理，筛选出现差异化表达的生物标志物；本发明不局限于具体的工作时长，可以实现对工作不同时长的比对，即跨工作时长的脑疲劳程度比对。具体的，如果想要比对工作不同时长的脑疲劳程度，只需要按照本发明的方法分别实现对每个时长的脑疲劳程度判断，然后再对每个时长对应的脑疲劳程度进行比对即可。
[0055]
使用本发明的检测方法通过采集目标人员的上班工作前的尿液样本和上班工作一段时间后的尿液样本，以及对尿液样本的保存和预处理，采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测，采用代谢组学数据处理专业软件对检测得到的数据进行分析处理，筛选出现差异化表达的生物标志物；本发明不局限于具体的工作时间段，可以实现对不同工作时间段的人员的脑疲劳程度的比对，即跨时间段（上午、下午和晚上，四季）的脑疲劳程度比对。具体的，如果想要比对在上午工作的人员和在下午工作的人员的脑疲劳程度，只需要按照本发明的方法分别对在上午工作的人员的脑疲劳程度判断和在下午工作的人员的脑疲劳程度判断，然后再对脑疲劳程度进行比对即可。或者如果想要比对在春季工作的人员和在夏季工作的人员的脑疲劳程度，只需要按照本发明的方法分别对在春季工作的人员的脑疲劳程度判断和在夏季工作的人员的脑疲劳程度判断，然后再对脑疲劳程度进行比对即可。
[0056]
使用本发明的检测方法通过采集目标人员的上班工作前的尿液样本和上班工作一段时间后的尿液样本，以及对尿液样本的保存和预处理，采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测，采用代谢组学数据处理专业软件对检测得到的数据进行分析处理，筛选出现差异化表达的生物标志物；本发明可以实现对不同人员的脑疲劳程度比对，即跨行业、跨工种的人员的脑疲劳程度比对。具体的，如果想要比对不同人员的脑疲劳程度，只需要按照本发明的方法分别实现对每个人员的脑疲劳程度判断，然后再对每个人对应的脑疲劳程度进行比对即可。
[0057]
第一实施例建立一个用于诱发飞行疲劳的模型系统，并将其进行计算机化；随机选取的志愿者22人，年龄在25-35之间，本科及以上学历，男女各半，身体健康，视力或矫正视力正常。实
验前1-2天睡眠充足，且禁止饮用咖啡和茶类饮料。自愿参与实验研究，签署知情同意书。
[0058]
诱发疲劳的程序以驾驶舱内的场景为操作界面，采用考察操作和监控的双重任务控制能力。本实施例双重任务的一个任务为飞行姿态仪表的控制，采用外部操作杆进行控制，电脑程序产生随机干扰，显示在电脑屏幕中飞行操作仪表盘的即时的随机变化，志愿者通过操作杆在x轴和y轴的操作反应表现在电脑屏幕上飞行操作仪表盘的两维变化中。测试者的操作表现即时反馈在屏幕显示上，从而进行调整。绩效结果以每5分钟累积的操作误差算数平均数作为绩效指标。
[0059]
本实施例双重任务的另一个任务是飞行仪表的监控，在电脑的显示屏中展现六个飞行模拟警告仪表指示灯的实时的随机变化，用户通过使用电脑键盘的相应键对多个飞行模拟警告仪表指示灯的变化进行实时监控，并按照不同科目的要求进行按键的判断反应，电脑即时反馈仪表指示灯的判断正误，从而实现仪表指示灯实时监控的效果。绩效结果以每5分钟正确按键个数、正确按键正确率和正确按键的反应时间作为绩效指标。
[0060]
在全部实验开始之前，项目组成员作为管理员设置节目表，节目表就是模拟飞行双任务操作诱发疲劳方案的“菜谱”。包括设置双任务介绍、中场休息的时长和时段、双任务的难度及其时长和时段。本次实验中在预实验基础上将任务难度设定为65级（任务难度范围为1-100级），设置双任务介绍和练习时间10分钟，中场休息2分钟，然后设置双任务操作，为防止长期连续操作引起肌肉酸痛或僵化，在每连续操作20分钟后设置1.5分钟休息用于被试者肌肉放松。整个实验，包括15分钟的练习，在确认志愿者理解测验内容，并熟悉操作任务后，开始正式诱发实验，正式诱发实验为60分钟。
[0061]
每个志愿者参与实验之前，首先项目组成员介绍整个实验过程，并与志愿者签署知情同意书。而后，采集每个志愿者的尿液样本并进行低温保存。此后，开始疲劳诱发程序，项目组成员作为主考官安排被试者参加模拟航空器驾驶操作，介绍模型、实验要求，并引导和教授被试者学会执行双任务操作，被试者端坐在模拟民用航空飞行的计算机化操作界面前，根据显示器显示的任务进行模拟航空器驾驶操作，项目组成员监督操作过程，利用模型采集实验数据。最后，在完成1小时正式的疲劳诱发模型之后，采集每个志愿者的尿液样本并进行低温保存。
[0062]
分别对采集的志愿者在开始疲劳诱发程序前的尿液样本和采集的志愿者在完成1小时正式的疲劳诱发模型后的尿液样本进行预处理，以及采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的开始疲劳诱发程序前的尿液样本和完成1小时正式的疲劳诱发模型后的尿液样本进行检测。
[0063]
将每个志愿者对应的开始疲劳诱发程序前的尿液样本和完成1小时正式的疲劳诱发模型后的尿液样本作为一组，采用代谢组学数据处理专业软件progenesis qi对检测得到的数据进行分析处理，检测尿液样本的色谱峰，以筛选出现差异化表达的生物标志物。分析处理结果为：在esi
+
模式下 hilic柱上检测到5319个化合物，在esi
+
模式下c
18
柱上检测到6916个化合物，在esi-模式下c
18
柱上检测到4189个化合物，在esi
+
模式下pfpp柱上检测到9222个化合物，在esi-模式下pfpp柱上检测到5075个化合物。未能筛选出符合上述阈值条件（p《0.05、cv≤30%、vip》1.0和最大变化倍数大于等于1.2）的生物标志物，即n=0，说明完成1小时正式的疲劳诱发模型后的志愿者的脑疲劳程度为0。
[0064]
对代谢组学研究而言，由于22个志愿者数量有限，又招募了54个管制员进行复训
训练1个小时，对复训前后的尿液样本进行采集并进行低温保存。
[0065]
分别对采集的志愿者在开始疲劳诱发程序前的尿液样本和采集的志愿者在完成1小时正式的疲劳诱发模型后的尿液样本进行预处理，以及采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的开始疲劳诱发程序前的尿液样本和完成1小时正式的疲劳诱发模型后的尿液样本进行检测。
[0066]
将每个志愿者对应的开始疲劳诱发程序前的尿液样本和完成1小时正式的疲劳诱发模型后的尿液样本作为一组，采用代谢组学数据处理专业软件progenesis qi对检测得到的数据进行分析处理，检测尿液样本的色谱峰，以筛选出现差异化表达的生物标志物。分析处理结果为：在esi
+
模式下 hilic柱上检测到6762个化合物，在esi
+
模式下c
18
柱上检测到10966个化合物，在esi-模式下c
18
柱上检测到8382个化合物，在esi
+
模式下pfpp柱上检测到9627个化合物，在esi-模式下pfpp柱上检测到8588个化合物。未能筛选出符合上述阈值条件（p《0.05、cv≤30%、vip》1.0和最大变化倍数大于等于1.2）的生物标志物，即n=0，说明完成1小时正式的疲劳诱发模型后的志愿者的疲劳程度为0。
[0067]
第二实施例招录99名志愿者，且这99名志愿者均签署了知情同意书。这99名志愿者包括45名女性和54名男性，年龄均在20-50岁之间，且这些志愿者没有伴随疾病、酗酒、药物滥用以及可能限制服从的心理或智力问题等医学禁忌症，而且，在进行尿液样本采集的之前，摄入咖啡因和茶的间隔时长大于4小时，摄入酒精的间隔时长大于24小时。
[0068]
为了保证实验不受外界影响，在一个安静的实验室里进行实验，并且在这个实验室里，志愿者被要求正常呼吸，并在驾驶过程中尽可能限制所有不必要的动作。最初的驾驶任务包括10分钟的驾驶学习操作，然后是2分钟的休息。随后，志愿者利用飞行模拟系统完成3个小时的双重任务驾驶模拟器的任务。在进行3个小时的双重任务驾驶模拟器的任务之前，采集这99名志愿者中每一个志愿者的尿液样本并进行低温保存。完成3个小时的双重任务驾驶模拟器的任务之后，采集这99名志愿者中每一个志愿者的尿液样本并低温保存。
[0069]
分别对采集的志愿者的尿液样本进行预处理，以及采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测。
[0070]
采用代谢组学数据处理专业软件progenesis qi对检测得到的数据进行分析处理，检测尿液样本的色谱峰，以筛选出现差异化表达的生物标志物。分析处理结果为：在esi
+
模式下 hilic柱上检测到9490个化合物，在esi
+
模式下c
18
柱上检测到12282个化合物，在esi-模式下c
18
柱上检测到24363个化合物，在esi
+
模式下pfpp柱上检测到13054个化合物，在esi-模式下pfpp柱上检测到7702个化合物。将每个志愿者进行3个小时的双重任务驾驶模拟器的任务之前采集的尿液样本和完成3个小时的双重任务驾驶模拟器的任务之后采集的尿液样本作为一组，采用偏最小二乘法opls-da分组分析，筛选出现差异化表达的生物标志物。
[0071]
根据esi-模式下c
18
柱获得的数据，发现尿液中只有一种生物标志物满足p≤0.05、cv≤30%、vip》1.0和最大变化倍数大于等于1.2的预设条件，判定该生物标志物发生显著变化。通过比较精确的分子量和检查hmdb数据库，确定该生物标志物为尿刊酸(urocanic acid，c6h6n2o2，hmdb 00301)。这99名志愿者的尿刊酸含量总体上升1.50倍，其中男性组的尿刊酸含量上升1.61倍，女性组的尿刊酸含量上升1.38倍；年轻组的尿刊酸含量上升1.62
倍，年长组的尿刊酸含量上升1.38倍。
[0072]
本实施例筛选出符合上述阈值条件的生物标志物的数量n=1，说明完成3个小时的双重任务驾驶模拟器的任务后的志愿者处于一级疲劳。进一步地，根据尿刊酸的相对浓度（即完成3个小时的双重任务驾驶模拟器的任务之后的样本尿液中尿刊酸对应的归一化峰面积与进行3个小时的双重任务驾驶模拟器的任务之前的尿液样本中尿刊酸对应的归一化峰面积之比）确定在第一脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度。本实施例中，志愿者在第一脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度为f1=f(c1)=1.50-1=0.5。
[0073]
本实施例中涉及到3个因素，分别为工作任务（模拟驾驶）、年龄和性别。其中，工作任务分为两个水平，分别为工作前和工作后；年龄分为两个水平，分别为小于35岁和大于等于35岁；性别分为两个水平，分别为男性和女性。
[0074]
比较结果表明：工作任务单因素对疲劳的影响非常显著（尿液检测结果对应的p《0.001）；年龄单因素对疲劳的影响不显著（尿液检测结果对应的p=0.973）；性别单因素对疲劳的影响不显著（尿液检测结果对应的p=0.734）；工作任务与年龄的交互作用显著(尿液检测结果对应的p=0.028)；工作任务与性别的交互作用边缘显著(尿液检测结果对应的p=0.051)；年龄和性别的交互作用不显著（尿液检测结果对应的p=0.083）；年龄、性别和工作任务三者交互作用不显著（尿液检测结果对应的p=0.879）。其中p为显著性参数，p《0.05为存在显著性。
[0075]
实施例三在国内某国际机场招募满足预设条件的行政后勤人员志愿者23人，所述预设条件为：身体健康，男性，无服药，年龄20-35岁。
[0076]
在秋季进行尿液样本采集：在白班工作8小时行政后勤人员志愿者上班上岗前采集一次尿液样本作为非疲劳样本，在行政后勤人员志愿者白班下班后采集一次尿液样本作为疲劳样本。使用无菌尿杯收集尿液并分装于无菌管中保存。尿液样本分装于无菌离心管保存于-80℃。
[0077]
分别对采集的志愿者的尿液样本进行预处理，以及采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测。
[0078]
采用代谢组学数据处理专业软件progenesis qi对检测得到的数据进行分析处理，检测尿液样本的色谱峰，以筛选出现差异化表达的生物标志物。分析处理结果为：在esi
+
模式下 hilic柱上检测到7903个化合物，在esi
+
模式下c
18
柱上检测到10463个化合物，在esi-模式下c
18
柱上检测到6014个化合物，在esi
+
模式下pfpp柱上检测到9739个化合物，在esi-模式下pfpp柱上检测到5996个化合物。
[0079]
发现尿液中有三种生物标志物满足p≤0.05、cv≤30%、vip》1.0和最大变化倍数大于等于1.2的预设条件，判定这三种生物标志物发生显著变化，这三种发生显著性变化的生物标志物为尿刊酸(urocanic acid，c6h6n2o2，hmdb 00301)、乙酰胞嘧啶(n4-acetylcytidine，c
11h15
n3o6，hmdb 05923)和5-羟色氨酸(5-hydroxy-l-tryptophan，c
11h12
n2o3，hmdb 00472)。其中，尿刊酸含量下降1.59倍、乙酰胞嘧啶含量下降1.37倍、5-羟色氨酸含量下降1.43倍。
[0080]
本实施例筛选出符合上述阈值条件的生物标志物的数量n=3，说明完成8个小时的行政后勤的任务后的志愿者处于三级疲劳。进一步地，根据尿刊酸的相对浓度（即完成8个
小时的行政后勤的任务后的样本尿液中尿刊酸对应的归一化的峰面积与进行8个小时的行政后勤的任务之前的尿液样本中尿刊酸对应的归一化峰面积之比）、乙酰胞嘧啶的相对浓度（即完成8个小时的行政后勤的任务后的样本尿液中乙酰胞嘧啶对应的归一化的峰面积与进行8个小时的行政后勤的任务之前的尿液样本中乙酰胞嘧啶对应的归一化峰面积之比）和5-羟色氨酸的相对浓度（即完成8个小时的行政后勤的任务后的样本尿液中5-羟色氨酸对应的归一化的峰面积与进行8个小时的行政后勤的任务之前的尿液样本中5-羟色氨酸对应的归一化峰面积之比）确定在第三脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度。本实施例中，志愿者在第三脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度为f3=f(c1,c2,c3)=[(1.59+1.37+1.43)/3]-1=0.463。
[0081]
实施例四在国内某国际机场招募民航空中交通管制员志愿者20人，入组条件：身体健康，男性，无服药，年龄20-35岁。
[0082]
在冬季进行样本采集：在白班工作8小时制管制员志愿者班组上班上岗前采集一次尿液样本作为非疲劳样本，在管制员志愿者班组白班下岗后下班前采集一次尿液样本作为疲劳样本。使用无菌尿杯收集尿液并分装于无菌管中保存。尿液样本分装于无菌离心管保存于-80℃。
[0083]
分别对采集的志愿者的尿液样本进行预处理，以及采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测。
[0084]
采用代谢组学数据处理专业软件progenesis qi对检测得到的数据进行分析处理，检测尿液样本的色谱峰，以筛选出现差异化表达的生物标志物。分析处理结果为：在esi
+
模式下 hilic柱上检测到6732个化合物，在esi
+
模式下c
18
柱上检测到10809个化合物，在esi-模式下c
18
柱上检测到5247个化合物，在esi
+
模式下pfpp柱上检测到11414个化合物，在esi-模式下pfpp柱上检测到6176个化合物。
[0085]
发现尿液中有20种生物标志物满足p≤0.05、cv≤30%、vip》1.0和最大变化倍数大于等于1.2的预设条件，判定这20种生物标志物发生显著变化。这20种生物标志物对应的名单（记为名单1）为：二甲基鸟苷(n2,n2-dimehtylguanosine，c
12h17
n5o5，hmdb 04284)、乙酰胞嘧啶(n4-acetylcytidine，c
11h15
n3o6，hmdb 05923)、alpha-cehc(c
16h22
o4，hmdb 01518)、尿刊酸(urocanic acid，c6h6n2o2，hmdb 00301)、乙酰苯胺(n-acetylarylamine，c8h9no，hmdb 01250)、5-羟色氨酸(5-hydroxy-l-tryptophan，c
11h12
n2o3，hmdb 00472)、2-辛烯酸(c8h
14
o2，hmdb 00392)、吲哚(c8h7n，hmdb 00738)、甲基鸟嘌呤(c6h7n5o，hmdb 03282)、3-甲基戊二酰肉碱(c
13h23
no6，hmdb 00552)、次黄嘌呤(c5h4n4o，hmdb 00157)、辅酶q(c
14h18
o4，hmdb 02012)、胞嘧啶(c4h5n3o，hmdb 00630)、甲基硫代核糖(c6h
12
o4s，hmdb 01087)、色氨醇(c
10h11
no，hmdb 03447)、鸟氨酸(c5h
12
n2o2，hmdb 00214)、甲基鸟苷(c
11h15
n2o5，hmdb 01563)、犬尿喹啉酸(c
10
h7no3，hmdb 00715)乙酰血清素(c
12h14
n2o2，hmdb 01238)、吡哆醛(c8h9no3，hmdb 01545)。
[0086]
对代谢组学研究而言，由于20个志愿者数量有限，且容易受到食物等其他因素的干扰，出现伪生物标志物，为克服上述因素的干扰，在第二年秋季又招募了25个管制员进行现场测试入组条件：身体健康，男性，无服药，年龄20-35岁。
[0087]
在秋季进行样本采集：在白班工作8小时制管制员志愿者班组上班上岗前采集一
次尿液样本作为非疲劳样本，在管制员志愿者班组白班下岗后下班前采集一次尿液样本作为疲劳样本。使用无菌尿杯收集尿液并分装于无菌管中保存。尿液样本分装于无菌离心管保存于-80℃。
[0088]
分别对采集的志愿者的尿液样本进行预处理，以及采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的尿液样本进行检测。
[0089]
采用代谢组学数据处理专业软件progenesis qi对检测得到的数据进行分析处理，检测尿液样本的色谱峰，以筛选出现差异化表达的生物标志物。分析处理结果为：在esi
+
模式下 hilic柱上检测到7903个化合物，在esi
+
模式下c
18
柱上检测到10463个化合物，在esi-模式下c
18
柱上检测到6014个化合物，在esi
+
模式下pfpp柱上检测到9739个化合物，在esi-模式下pfpp柱上检测到5996个化合物。
[0090]
发现尿液中有14种生物标志物满足p≤0.05、cv≤30%、vip》1.0和最大变化倍数大于等于1.2的预设条件，判定这14种生物标志物发生显著变化。这14种生物标志物对应的名单（记为名单2）为：二甲基鸟苷(n2,n2-dimehtylguanosine，c
12h17
n5o5，hmdb 04284)、乙酰胞嘧啶(n4-acetylcytidine，c
11h15
n3o6，hmdb 05923)、alpha-cehc(c
16h22
o4，hmdb 01518)、尿刊酸(urocanic acid，c6h6n2o2，hmdb 00301)、乙酰苯胺(n-acetylarylamine，c8h9no，hmdb 01250)、5-羟色氨酸(5-hydroxy-l-tryptophan，c
11h12
n2o3，hmdb 00472)、反式尿刊酸(c6h6n2o2，hmdb 00241)、肾上腺皮质醇(c
21h30
o5，hmdb 00063)、3b,17a,21-e三羟基孕烯醇酮(c
21h32
o4，hmdb 00382)、肾上腺皮质酮(c
21h28
o5，hmdb 02802)、羟嘌呤醇(c5h4n4o2，hmdb 00786)、甘油磷酰胆碱(c8h
20
no6p，hmdb 00086)、甲基肌苷(c
11h14
n4o5，hmdb 02721)、3-羟基甲基戊二酸(c6h
10
o5，hmdb 00355)。同样由于受到食物等其他因素的干扰，这14个生物标志物也有可能出现伪生物标志物。
[0091]
将上述筛选出的20种生物标志物（名单1）和14种生物标志物（名单2）进行比对，将2个名单中没有再现的生物标志物判定为受到食物等其他因素的干扰的伪生物标志物，将2个名单中再现的生物标志物作为脑疲劳的生物标志物。
[0092]
上述脑疲劳生物标志物的数量为六，这六种脑疲劳生物标志物为尿刊酸(urocanic acid，c6h6n2o2，hmdb 00301)、乙酰胞嘧啶(n4-acetylcytidine，c
11h15
n3o6，hmdb 05923)、5-羟色氨酸(5-hydroxy-l-tryptophan，c
11h12
n2o3，hmdb 00472)、二甲基鸟苷(n2,n2-dimehtylguanosine，c
12h17
n5o5，hmdb 04284)、乙酰苯胺(n-acetylarylamine，c8h9no，hmdb 01250)和alpha-cehc(c
16h22
o4，hmdb 01518)。其中，尿刊酸含量下降1.44倍、乙酰胞嘧啶含量下降1.36倍、5-羟色氨酸含量下降1.62倍、二甲基鸟苷含量下降1.50倍、乙酰苯胺含量下降1.78倍、alpha-cehc含量上升1.33倍。
[0093]
本实施例筛选出符合上述阈值条件的生物标志物的数量n=6，说明完成8个小时的管制员的工作后的志愿者处于六级疲劳。进一步地，根据尿刊酸的相对浓度（即完成8个小时的管制员的工作后的样本尿液中尿刊酸对应的归一化的峰面积与进行8个小时的管制员的工作之前的尿液样本中尿刊酸对应的归一化峰面积之比）、乙酰胞嘧啶的相对浓度（即完成8个小时的管制员的工作后的样本尿液中乙酰胞嘧啶对应的归一化的峰面积与进行8个小时的管制员的工作之前的尿液样本中乙酰胞嘧啶对应的归一化峰面积之比）、5-羟色氨酸的相对浓度（即完成8个小时的管制员的工作后的样本尿液中5-羟色氨酸对应的归一化的峰面积与进行8个小时的管制员的工作之前的尿液样本中5-羟色氨酸对应的归一化峰面
积之比）、二甲基鸟苷的相对浓度（即完成8个小时的管制员的工作后的样本尿液中二甲基鸟苷对应的归一化的峰面积与进行8个小时的管制员的工作之前的尿液样本中二甲基鸟苷对应的归一化峰面积之比）、乙酰苯胺含量的相对浓度（即完成8个小时的管制员的工作后的样本尿液中乙酰苯胺对应的归一化的峰面积与进行8个小时的管制员的工作之前的尿液样本中乙酰苯胺对应的归一化峰面积之比）和alpha-cehc的相对浓度（即完成8个小时的管制员的工作后的样本尿液中alpha-cehc对应的归一化的峰面积与进行8个小时的管制员的工作之前的尿液样本中alpha-cehc对应的归一化峰面积之比）确定在第六脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度。本实施例中，志愿者在第六脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度为f6=f(c1,c2,c3,c4,c5,c6)=[(1.59+1.37+1.43+1.50+1.78+1.33)/6]-1=0.5。
[0094]
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本发明的范围和精神。本发明的范围由所附权利要求来限定。

技术特征：
1.一种基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法，包括以下步骤：s100，建立脑疲劳程度通用函数表达式f=f(n,c0,c1,
…
,c
i
,
…
,c
n
)，其中，f为目标人员的脑疲劳程度，f( )为函数，n为脑疲劳等级，n为大于等于0的整数，n的取值等于差异化表达的生物标志物的数量，c
i
为第i种差异化表达的生物标志物的相对浓度，i的取值范围为0到n；所述脑疲劳程度f包括两个精度的脑疲劳程度划分，第一个精度的脑疲劳程度划分是根据n数值解进行脑疲劳等级划分，第二个精度的脑疲劳程度划分是在该脑疲劳等级内根据生物标志物的相对浓度c0,c1,
…
,c
i
,
…
,c
n
详细划分；所述脑疲劳是一种生理变化造成的生理状态而非病理变化导致的病理状态；s200，所述目标人员为工业生产中从事生产活动的身体健康的工作人员；采集目标人员在上班工作前的尿液样本，采集完成后，将样本在不高于-20℃条件下进行低温保存；s300，采集目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本，采集完成后，将样本在不高于-20℃条件下进行低温保存；s400，分别对s200采集的目标人员在上班工作前的尿液样本和s300采集的目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本进行预处理；所述预处理包括：将尿液样本进行离心，取上清液及将上清液进行稀释；采用基于柱色谱法的代谢组学方法分别对预处理后的目标人员在上班工作前的尿液样本和目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本进行检测，得到各个样本的检测数据；s500，采用代谢组学数据处理专业软件对s400检测得到的数据进行分析处理及阈值设定，筛选出现差异化表达的生物标志物，得到脑疲劳等级为n数值解；所述分析处理包括数据对齐、峰提取和采用偏最小二乘法opls-da分析，所述阈值设定包括设置p<0.05、cv≤30%、vip>1.0和最大变化倍数大于等于1.2；p为显著性参数，cv为变异系数，vip为变量对模型的重要程度；s600，获取n种出现差异化表达的生物标志物的相对浓度，根据n种出现差异化表达的生物标志物的相对浓度，得到该脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度；所述相对浓度为目标人员在上班工作预设时间段后的尿液样本中生物标志物对应的归一化峰面积与目标人员在目标人员在上班工作前的尿液样本中对应的生物标志物的归一化峰面积之比；s700，将n数值和各差异化表达的生物标志物的相对浓度代入所述脑疲劳程度通用函数表达式，得到目标人员上班工作预设时间段后脑疲劳程度为n脑疲劳等级以及该脑疲劳等级内脑疲劳程度详细划分。2.根据权利要求1所述的基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法，其特征在于，当n=0时，f=f(0, c0)，f0=0，表示人体处于完全清醒的状态，在完全清醒的状态下的详细划分脑疲劳程度f0为0；当n=1时，f=f(1,c1)，f1=f(c1)，表示人体处于一级脑疲劳等级，在一级脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度f1随第一个差异化表达的生物标志物的相对浓度变化而变化；当n=2时，f=f(2,c1,c2)，f2=f(c1,c2)，表示人体处于二级脑疲劳等级，在二级脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度f2随第一个和第二个差异化表达的生物标志物的相对浓度变化而变化；当n≥3时，f=f(n,c1,c2,
…
,c
n
)，f
n
=f(c1,c2,
…
,c
n
)，表示人体处于n级脑疲劳等级，在n级脑疲劳等级下的详细划分脑疲劳程度f
n
随n个差异化表达的生物标志物的相对浓度变化而变化。
3.根据权利要求2所述的基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法，其特征在于，当n=1时，f1=[max(c1,1/c1)]-1，max( )为取最大值；当n≥2时，f
n
=[mean(max(c1,1/c1),max(c2,1/c2)
…
,max(c
i
,1/c
i
),
…
,max(c
n
,1/c
n
))]-1，mean( )为取均值。4.根据权利要求1所述的基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法，其特征在于，所述脑疲劳程度通用函数表达式对应的差异化表达的生物标志物表征矩阵为：；其中，矩阵的第i+1行为第n=i时对应的数据，矩阵的第1列为i的取值，第2列为c0对应的数据，第3列为第1种差异化表达的生物标志物的数据，c
1,i
为差异化表达的第1种生物标志物在n=i时的相对浓度，第4列为差异化表达的第2种生物标志物的数据，c
2,i
为第2种差异化表达的生物标志物在n=i时的相对浓度，c
i,i
为第i种差异化表达的生物标志物在n=i时的相对浓度，最后一列为差异化表达的第n种生物标志物的数据，c
n,n
为第n种差异化表达的生物标志物的相对浓度。5.根据权利要求1所述的基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法，其特征在于，s500中采用基于柱色谱法的代谢组学方法对尿液样本进行检测包括：分别采用极性色谱柱hilic、弱极性色谱柱c
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和非极性色谱柱pfpp对尿液中的极性、弱极性和非极性组分进行分离检测。6.根据权利要求5所述的基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法，其特征在于，采用极性hilic色谱柱的液相条件为：uplc beh amide hilic column 2.1mm
×
100mm，1.7μm；流动相包括a相和b相，其中a相组成为95％乙腈和5％含有0.1％甲酸的水溶液，b相组成为含有0.1％甲酸的水溶液；柱温为40℃，进样量2.0μl，流动相流速0.3ml/min；质谱条件为：正离子离子化模式检测，质量范围设置为50-1200m/z全扫描模式；电喷雾离子化器最佳毛细管电压为3000v，cone电压为30v；干燥气为氮气，去溶剂化流速为800l/h，cone气流速为30 l/h；去溶剂化温度为400℃，离子源温度为100℃；采用浓度为0.2ng/ml的亮氨酸脑啡肽作为质量数校准内标，校准离子质量为556.2771da [m+h]
+
。7.根据权利要求5所述的基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法，
其特征在于，采用弱极性c
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色谱柱的液相条件为：uplc csh c
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column 2.1mm
×
100mm，1.7μm，流动相包括a相和b相，其中a相组成为含有0.1％甲酸的水溶液，b相组成为乙腈；柱温为40℃，进样量2.0μl，流动相流速0.3ml/min；质谱条件为：正离子和负离子两种离子化模式检测，质量范围设置为50-1200m/z全扫描模式；电喷雾离子化器最佳毛细管电压为3000v正离子或2200v负离子，cone电压为30v；干燥气为氮气，去溶剂化流速为800l/h，cone气流速为30l/h；去溶剂化温度为400℃，离子源温度为100℃；采用浓度为0.2ng/ml的亮氨酸脑啡肽作为质量数校准内标，校准离子质量为556.2771da[m+h]
+
或554 .2615da[mh]-。8.根据权利要求5所述的基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法，其特征在于，采用非极性pfpp色谱柱的液相条件为：uplc hss pfpp column 2.1mm
×
100mm，1.7μm，流动相包括a相和b相，其中a相组成为含有0.1％甲酸的水溶液，b相组成为甲醇；柱温为40℃，进样量2.0μl，流动相流速0.3ml/min；质谱条件为：正离子和负离子两种离子化模式检测，质量范围设置为50-1200m/z全扫描模式；电喷雾离子化器最佳毛细管电压为3000v正离子或2200v负离子，cone电压为30v；干燥气为氮气，去溶剂化流速为800l/h，cone气流速为30l/h；去溶剂化温度为400℃，离子源温度为100℃；采用浓度为0.2ng/ml的亮氨酸脑啡肽作为质量数校准内标，校准离子质量为556.2771da[m+h]
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或554.2615da[m-h]-。9.根据权利要求1所述的基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法，其特征在于，s200包括：使用无菌尿杯采集目标人员在上班工作前的尿液样本，并分装于无菌离心管中在-80℃进行低温保存。10.根据权利要求1所述的基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法，其特征在于，s400中预处理包括：将尿液样本取出放置至室温，在4℃，12000rpm离心5分钟，取上清液100μl加入100μl水稀释。

技术总结
本申请涉及基于柱色谱法的检测领域，特别是涉及基于柱色谱法的工业生产中健康人员脑疲劳程度划分方法。该方法基于的是柱色谱法，目的是分析工业生产中人的因素对生产安全、效率和绩效的影响。方法包括：建立通用函数表达式F=f(N,C0,C1,


技术研发人员：张建平 陈振玲 王丽伟 田小强 邹翔
受保护的技术使用者：中国民用航空总局第二研究所
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/31