無損檢測中藥原藥材的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于藥材鑒別領(lǐng)域，具體涉及無損檢測中藥原藥材真?zhèn)蔚姆椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002] 冬蟲夏草Cordyceps sinensis(Berkeley)Saccardo為麥角菌科真菌冬蟲夏草菌 寄生在鱗翅目蝙蝠蛾科蝠蛾屬(Hepialus)幼蟲上形成的蟲生子囊真菌，為麥角菌科蟲草屬 真菌冬蟲夏草的子座及其寄主鱗翅目蝙蝠蛾科昆蟲蝙蝠蛾的幼蟲尸體的復(fù)合物，性甘平， 補(bǔ)肺益腎，止血化痰，用于久咳虛喘，勞咳咯血，陽痿遺精，腰膝酸痛，是我國傳統(tǒng)的名貴中 藥材。
[0003] 冬蟲夏草生長環(huán)境特殊，主要分布于我國青藏高原海拔3000~5000米的高山草甸 和高山灌叢。青海、西藏、四川、甘肅和云南是冬蟲夏草的主要產(chǎn)區(qū)，青海的產(chǎn)量和質(zhì)量居各 省區(qū)之首，玉樹、果洛等是青海冬蟲夏草主產(chǎn)地。冬蟲夏草目前尚不能進(jìn)行人工培育，而野 生冬蟲夏草的分布區(qū)域狹小，自然寄生率低，對環(huán)境條件要求苛刻，加之近年來的生態(tài)破壞 和掠奪式采挖，使冬蟲夏草的產(chǎn)量逐年下降，價格不斷攀升。因此，市場上存在嚴(yán)重的摻偽、 增重等造假現(xiàn)象。除了冬蟲夏草之外，其他蟲草屬真菌寄生在昆蟲體上形成的復(fù)合體也被 稱為"蟲草"，其中一些常被用作冬蟲夏草的偽品，性狀相似而難以區(qū)分。
[0004] 因此建立快速準(zhǔn)確的中藥原藥材鑒別方法，對規(guī)范市場、保證藥材質(zhì)量具有非常 重要的意義。傳統(tǒng)技術(shù)中的鑒定方法主要是依據(jù)中藥的來源、品種形態(tài)、性狀、顯微特征、理 化鑒別、檢查、含量測定等依靠經(jīng)驗或者精密儀器進(jìn)行檢驗，尤其是顯微特征、理化鑒別、檢 查、含量測定等方法均需要消耗原材料，通過藥材表面的特征很難進(jìn)行鑒定。
[0005] 近年來，使用DNA分子標(biāo)記的檢測方式進(jìn)行藥材的檢測與鑒別也常見報道。但是， 這種檢測方式操作繁瑣，試劑和檢測費(fèi)用較高，樣品準(zhǔn)備程序復(fù)雜，難以推廣。
[0006] 最重要的是，目前的各種檢測方法都需要消耗樣品，故只能抽樣檢測，不可能做到 全部產(chǎn)品的檢測，因此難以滿足中藥材產(chǎn)業(yè)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提出一種無損檢測中藥原藥材真?zhèn)蔚姆椒ǎ鉀Q傳 統(tǒng)技術(shù)中檢測方式存在操作繁瑣、檢測成本高、需要消耗樣品的問題。
[0008] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:無損檢測中藥原藥材的方法，包 括以下步驟：
[0009] 建立某種中藥原藥材PLS-DA預(yù)測模型，在進(jìn)行該種類中藥原藥材鑒別時，將待檢 測樣品放置入高光譜反射圖像采集系統(tǒng)中，利用所述高光譜反射圖像采集系統(tǒng)采集所述待 檢測樣品的高光譜信息，并對采集的高光譜信息進(jìn)行圖像處理后輸入已建立的該種類中藥 原藥材PLS-DA預(yù)測模型進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)預(yù)測輸出值對該樣品進(jìn)行鑒別。
[0010] 具體的，在進(jìn)行該種類中藥原藥材鑒別時，利用高光譜反射圖像采集系統(tǒng)采集的 高光譜信息為待檢測樣品的像元光譜信息。
[0011] 具體的，所述建立某種中藥原藥材PLS-DA預(yù)測模型的步驟包括：
[0012] A1.選取該種類原藥材樣品分別經(jīng)預(yù)處理后作為正樣品集；
[0013] A2.選取易與該種類原藥材混淆的樣品分別經(jīng)預(yù)處理后作為負(fù)樣品集；
[0014] A3.分別將正樣品集中的正樣品和負(fù)樣品集中的負(fù)樣品放置入高光譜反射圖像采 集系統(tǒng)中，利用所述高光譜反射圖像采集系統(tǒng)采集樣品的高光譜信息；
[0015] A4.對采集的高光譜信息進(jìn)行圖像處理后提取光譜特征，將提取的光譜特征錄入 數(shù)據(jù)庫；
[0016] A5.重復(fù)步驟A3-A4,直至完成正、負(fù)樣品集中的所有樣品的光譜特征的提取和錄 入；
[0017] A6.隨機(jī)選取一定數(shù)量樣品的光譜特征建立PLS-DA預(yù)測模型。
[0018]具體的，在建立某種中藥原藥材PLS-DA預(yù)測模型時，步驟A3和A4中，所述高光譜反 射圖像采集系統(tǒng)采集的樣品高光譜信息為該樣品的平均光譜信息。
[0019] 具體的，步驟A1中，選取全國不同產(chǎn)地的該種類原藥材樣品分別經(jīng)預(yù)處理后作為 正樣品集;步驟A2中，選取市面上多種易與該種類原藥材混淆的樣品分別經(jīng)預(yù)處理后作為 負(fù)樣品集。
[0020] 作為優(yōu)選，所述中藥原藥材為冬蟲夏草原草。
[0021] 步驟A1中，所述選取全國不同產(chǎn)地的該種類原藥材樣品具體包括:選自全國主產(chǎn) 區(qū)青海玉樹、青海果洛、青海海南、青海海東、四川、西藏、甘肅、云南八個地區(qū)冬蟲夏草樣 品。
[0022] 步驟A2中，所述易與該種類原藥材混淆的樣品包括但不僅限于:麻脊背、蛹蟲草、 亞香棒、涼山蟲草和新疆蟲草等。
[0023] 具體的，步驟A1和A2中，所述預(yù)處理是指依次經(jīng)過干刷、清洗、40°C低溫干燥。
[0024]具體的，步驟A4中，對采集的高光譜信息進(jìn)行圖像處理后按照正、負(fù)樣品光譜方差 最大
[0025]化原則提取光譜特征。
[0026]具體的，步驟A6中，隨機(jī)選取一定數(shù)量樣品的光譜特征的方法是：
[0027]隨機(jī)選取等比例的正、負(fù)樣品的光譜特征。
[0028]具體的，所述根據(jù)預(yù)測輸出值對該樣品進(jìn)行鑒別具體方法是:若該樣品的某個像 元經(jīng)過PLS-DA模型預(yù)測其輸出值介于-1.5~0.45之間，則判定該像元為偽藥材像元;若該 樣品的某個像元經(jīng)過PLS-DA模型預(yù)測其輸出值介于0.55~1.5之間，則判定該像元為真藥 材像元;若該樣品的某個像元經(jīng)過PLS-DA模型預(yù)測其輸出值介于0.45~0.55之間，則判定 該像元為未知類別像元；
[0029]最后由系統(tǒng)分別自動統(tǒng)計真藥材像元、偽藥材像元、未知類別像元的個數(shù)并計算 在該樣品總像元數(shù)中的比例，根據(jù)比例分布情況鑒別該樣品的真?zhèn)巍?br>[0030]所述根據(jù)比例分布情況鑒別該樣品的真?zhèn)?，具體方法是：
[0031 ]若真藥材像元的個數(shù)在該樣品總像元數(shù)中的比例2 60%，則判定該樣品為真。
[0032]具體的，所述高光譜反射圖像采集系統(tǒng)采用碲鎘汞二維陣列檢測器，光源為石英 鹵素?zé)?光譜采集范圍為短波紅外波段940-2537nm，像素為320乂256，像素大小15(^111\150 ym，采用視場為50mm鏡頭；掃描方式為高速推掃式高光譜成像，推掃速度3mm/s，采集速度 lOOfpso
[0033] 具體的，利用所述高光譜反射圖像采集系統(tǒng)采集該樣品的高光譜信息，具體步驟 如下：
[0034] ①采集獲得該樣品(mXn)個像元在k個波段下的連續(xù)光譜曲線，每一波段對應(yīng)的 光譜信號響應(yīng)值為Ik，k=l，2~K;
[0035] ②利用標(biāo)準(zhǔn)白板標(biāo)定圖像的光強(qiáng)值，計算每幅圖像在第k個波段下高光譜反射圖 像的相對光強(qiáng)值1= 其中ζ為第k個波段下每個冬蟲夏草高光譜反射圖像的相 對強(qiáng)光值；Ik為第k個波段下每個冬蟲夏草高光譜反射圖像的光強(qiáng)值;Jf為第k個波段下標(biāo) 準(zhǔn)白板高光譜反射圖像的光強(qiáng)值;Dk為第k個波段下采集的全黑標(biāo)定圖像光強(qiáng)值；
[0036] ③將計算出來的相對光強(qiáng)值經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為光譜曲線。
[0037] 具體的，所述對采集的高光譜信息進(jìn)行圖像處理后提取成份相關(guān)特征，具體包括： [0038]對采集各像元數(shù)據(jù)按光譜維分別進(jìn)行均值中心化變換后，進(jìn)行PCA變換，保留目標(biāo) 對象所在像元光譜和位置信息，扣除無用的背景單元；
[0039]以每個樣品為單元，計算獲得每個樣品的平均光譜，并對平均光譜構(gòu)成的數(shù)據(jù)集 依次進(jìn)行Savitsky-Golay平滑、標(biāo)準(zhǔn)正太變量校正、均值中心化處理和PCA變換，在保證累 積方差2 90%的情況下，取前N個主成分的特征信息。
[0040] 作為進(jìn)一步優(yōu)化，N=3。
[0041 ]具體的，所述扣除無用的背景單元的方法是：
[0042]人機(jī)交互式選擇樣品在PCA得分空間中的R0I像元，計算背景像元與樣本像元之間 的歐式距離并顯示為直方圖形式，尋找能將背景和樣本像元顯著分離的閾值，刪除無用的 背景單元。
[0043]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用整根藥材的平均光譜建立PLS-DA預(yù)測模型，預(yù) 測采用藥材的各像元光譜作為輸入，在完成預(yù)測的同時，完成保留了藥材外形，表面結(jié)構(gòu)特 征等空間位置信息。準(zhǔn)確、直觀、簡便、快速地對藥材進(jìn)行鑒別。具有客觀量化、結(jié)果準(zhǔn)確、操 作簡便、測試迅速、成本低廉等諸多優(yōu)點。
【附圖說明】
[0044]圖1為【具體實施方式】中無損檢測中藥原藥材真?zhèn)蔚姆椒鞒虉D；
[0045]圖2為實施例1中的果洛冬蟲夏草PLS-DA預(yù)測圖；
[0046]圖3為實施例2中的偽草亞香棒PLS-DA預(yù)測圖。
【具體實施方式】
[0047] 本發(fā)明旨在提出一種無損檢測