[發(fā)明專利]基于主成分分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的中藥材產(chǎn)地鑒別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710877024.9
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107677647B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王金梅;廖香玉;鄭培超
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 周慶路

本發(fā)明公開了一種基于主成分分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的中藥材產(chǎn)地鑒別方法，包含以下步驟：步驟一，樣品制備；步驟二，樣品的光譜數(shù)據(jù)采集：步驟三，主成分分析：步驟四，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模：步驟五，產(chǎn)地識別。本發(fā)明將新型的LIBS檢測技術(shù)用于中藥材樣品進(jìn)行檢測，簡化了檢測過程；本發(fā)明用主成分分析對全譜數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，提取一定累計貢獻(xiàn)率的主成分?jǐn)?shù)可以剔除不必要的噪聲背景等信號；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后，可以實現(xiàn)對中藥材的快速識別，有效的保證中藥材的質(zhì)量和安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜識別技術(shù)領(lǐng)域，是一種基于主成分分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的中藥材產(chǎn)地識別方法。

技術(shù)背景

中藥是中華民族的瑰寶，千百年來，中藥在中華民族的醫(yī)學(xué)史上占據(jù)著不可替代的地位，為中華民族的繁衍生息做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。中藥材是我國傳統(tǒng)中醫(yī)治療的必要材料，能在中醫(yī)理論指導(dǎo)下用于預(yù)防、診斷、治療疾病或調(diào)節(jié)人體機能。中藥的藥性受很多方面的影響，特別是植物類中藥材，不同的產(chǎn)地、采集時間、和加工方法不同均會產(chǎn)生不同的性味和主治功能。不同產(chǎn)地的中藥材，它們所含有的化學(xué)組分有差異，這必然會影響到以后作為原料生產(chǎn)出的中成藥的臨床療效和質(zhì)量品質(zhì)。但是有不法商家為了獲取利益，常常會以次充好，使得藥材的藥效下降，從而對人們的身體產(chǎn)生不利的影響，最終損害消費者。而目前對中藥材的鑒別主要依靠人的經(jīng)驗進(jìn)行鑒別，相當(dāng)費時費力且成分本高。在面對外觀相似的不同產(chǎn)地的中藥材時，很難準(zhǔn)確的分辨出來。激光誘導(dǎo)擊穿光譜(laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)是一種基于原子發(fā)射光譜的檢測物質(zhì)成分與含量的分析技術(shù)。可用于各種形態(tài)的固體、液體甚至氣體分析，而且無需繁瑣的樣品前處理過程，分析過程簡便、快速。因此是一種極具使用價值和發(fā)展前景的光譜分析技術(shù)。目前LIBS已在地質(zhì)勘探、含能材料、生物醫(yī)藥分析、文物鑒定等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在我國已有一些研究機構(gòu)將LIBS技術(shù)運用于農(nóng)產(chǎn)品的檢測，例如水果中的微量元素進(jìn)行分析，對不同地區(qū)的土壤進(jìn)行識別等。

中國專利文獻(xiàn)《基于支持向量機和離子遷移譜的中草藥產(chǎn)地鑒別方法》(公告號CN103245713B)公開了一種以離子遷移譜分析技術(shù)為檢測手段，以支持向量機分析技術(shù)為識別方法的中草藥產(chǎn)地鑒別方法。雖然這種技術(shù)能夠很好的鑒別產(chǎn)地，但中草藥前處理十分復(fù)雜。專利《一種基于穩(wěn)定同位素指紋的三七塊根產(chǎn)地鑒別方法》(公告號CN104678019B)從三七本身具有的穩(wěn)定同位素指紋特征差異入手，利用C、H、O、N四個元素穩(wěn)定同位素特征建立產(chǎn)地判別模型對三七產(chǎn)地來源進(jìn)行判別。但此判別方法應(yīng)用質(zhì)譜技術(shù)及Fisher判別模型，處理周期長并且判別率不高。目前應(yīng)用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對中藥材的研究很少，應(yīng)用主成分結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法是未應(yīng)用在中藥鑒別中。

綜上，對不同產(chǎn)地的中藥材進(jìn)行鑒別，以防以次充好，甚至摻假是目前急需解決的問題。本實驗通過激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)結(jié)合主成分分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，實現(xiàn)對不同產(chǎn)地的中藥材的鑒別。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目地是針對上述存在的問題，提供了一種基于主成分分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的中藥材產(chǎn)地鑒別方法。

一種基于主成分分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的中藥材產(chǎn)地鑒別方法，包含以下步驟：

步驟一，樣品制備：將植物類中藥材根部粉碎、過篩得到均勻細(xì)膩的藥材粉末樣品，取同等質(zhì)量的粉末樣品制成厚度均勻的片狀樣品；

步驟二，樣品的光譜數(shù)據(jù)采集：對n個不同產(chǎn)地的中藥材進(jìn)行LIBS光譜數(shù)據(jù)采集，每種產(chǎn)地的中藥材樣品采集m個等離子光譜，共獲得N＝n*m個等離子光譜；

步驟三，主成分分析：將不同產(chǎn)地中藥材的光譜數(shù)據(jù)貼上標(biāo)簽，對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，再采用交叉驗證方法進(jìn)行主成分分析；通過方差極大旋轉(zhuǎn)將高維的光譜數(shù)據(jù)映射到低維空間，根據(jù)得分圖的聚類效果結(jié)合累計貢獻(xiàn)率選取主成分?jǐn)?shù)，提取主成分得分矩陣；