Исследование качества лекарственных препаратов методами спектроскопии комбинационного рассеяния света и машинного обучения

Спектроскопия комбинационного рассеяния света представляет собой метод оптической спектроскопии, который позволяет получить своего рода «отпечаток» образца. Как оптический метод, комбинационное рассеяние света позволяет проводить неразрушающий анализ химического состава различных молекулярных соединений. Применение спектроскопии комбинационного рассеяния света в фармацевтическом, биомедицинском анализе резко возросло за последние три десятилетия по мере совершенствования технологии лазерного отбора проб и методов регистрации [1–5]. Благодаря этим технологическим достижениям спектроскопия комбинационного рассеяния света является практическим методом анализа как внутри лаборатории, так и за ее пределами. В то же время возрастает актуальность контроля качества лекарственных препаратов в виду их огромного разнообразия и сложностью выбора эффективного метода лечения пациентов. В данной работе проведено исследование качества лекарственных препаратов на примере аспирина различных коммерческих производителей, доступных в широкой продаже, с применением спектроскопии комбинационного рассеяния света.

Для регистрации спектров комбинационного рассеяния света тестовых веществ создана экспериментальная установка, представленная на рис. 1. Установка состоит из спектрометра Ocean Optics Ventana 785L (3), лазерного источника с длиной волны 785 нм. Спектрометр сопряжен с ноутбуком (4) посредством USB-порта.

В качестве тестовых веществ были выбраны образцы аспирина следующих производителей, доступных в аптеках: Renewal, Тромбо АСС 50, Тромбо АСС 100, Аспирин С, Фармстандарт, Аспирин Экспресс, Упсарин Упса, Аспирин Кардио. Экспериментальные спектры представлены на рис. 2.

В качестве эталонного спектра использован спектр комбинационного рассеяния чистого аспирина.

Эксперимент проведен следующим образом. Для каждого вида аспирина были зарегистрированы спектры комбинационного рассеяния света при изменении экспозиции с 10 мс до 1 с и шагом в 10 мс, и мощностью лазера от 10 до 100 мВт с шагом 10 мВт. При этом все тестовые образцы были извлечены из оболочки для обеспечения чистоты эксперимента. В результате было зарегистрировано 100 спектров для каждого тестового вещества. Для обработки полученных данных была применена неглубокая сверточная нейронная сеть [6]. Обучение нейронной сети происходило на выборке чистого аспирина, а проверка качества на выборке спектров комбинационного рассеяния коммерческого аспирина. По результатам работы были построенные ROC-кривые для каждого вида аспирина (рис. 3). Числовые результаты представлены в таблице.

Площадь под ROC-кривой для тестовых веществ

Из таблицы видно, что все виды аспирина сравнимы с качеством эталонного. Однако лучший результат показал аспирин производства Фармстандарт — с точностью 0,96.