一种中药荧光指纹图谱的光谱图像构建方法

　　0　引言

　　光谱成像法作为中药检测与鉴别的一种新手段,具有简便、实用、检测成本低、检测过程无损快速等优点.它对于中药材的质量检测、药品的等级划分具有重要的意义,在中药活性成分的定性定量分析方面也具有广阔的应用前景[1-2].

　　光谱成像分析法检测中药材是光谱分析技术和图像分析技术二者的结合,该方法不仅具有光谱分辨能力还具有空间分辨能力.中药成分极其复杂,单一指标并不能完全反应整体药性.构建中药指纹图谱可以对中药材进行宏观综合的检测分析,目前已成为国内外普遍公认的鉴别中药材的最有效手段之一.药材被纳入日、韩等国家质量标准管理体系中,要求中药材成品的指纹图谱与标准指纹图谱相一致[3-4].中药荧光指纹图谱采用现代信息技术采集获取中药材光谱信息,利用得到的光谱信息构建出中药材的特征指纹图谱,并用其对中药材进行真伪鉴别,品质评价等工作.而对于中药材的指纹图谱获取,不同的构建方法和不同光谱范围(如可见和红外)所构建的指纹图谱形态不同.其核心技术就是中药材光谱立方体图像的获取及光谱图像的数据处理.其中,有效像素点的提取是构建指纹图谱中光谱图像进行处理与分析问题的基础,是光谱数据信息处理的关键.如何正确地提取有效像素点,直接关系着指纹图谱的精确度、稳定性、重现性.目前从整体上看,针对中药指纹图谱的获取方法和图像的数据处理软件的研究还缺少科学化、规范化的分析检测手段[5].本文采用紫外光激发中药材发出荧光,利用光谱成像分析法检测其荧光光谱图像,提出了一种新的有效像素点提取方法即滤波器与像素点定位联用法.该方法能准确地反映物质的整体信息,光谱稳定性好,并且精确度高、选择性强、样品用量少,且无损,可以更好地满足中药指纹图谱构建的要求[6-8].

　　1　荧光光谱成像检测原理

　　当紫外光照射到某些物质的时候,这些物质会发出各种颜色和不同强度的可见光,即荧光.荧光现象与这些物质的分子结构及组份含量有关.荧光物质的分子结构不同,发射荧光的波长不同,据此可对物质进行定性鉴定;荧光物质的含量不同,发射荧光的强度也不同,据此可对物质进行定量分析.利用这种现象对物质进行检测的方法称为荧光分析法.将激发光均匀照射在被测物上,对发射的荧光进行光谱分光,同时以波长序列记录被测物二维空间的激发光强,最后视频采集卡采集被测物按波长顺序排列的光谱图像,即被测物的荧光光谱立方体,其原理如图1.

　　对光谱立方体提取有效像素点,经过初步数据处理后,取每张图片中有效像素点所对应灰度的平均值,然后以波长为横坐标,荧光强度为纵坐标,构建出中药荧光指纹图谱.此外,可在光谱立方体中选取相应的某一点或某个典型的区域,绘制中药特征光谱曲线.将其与对应的中药荧光指纹图谱比较,所得特征峰位置相同,特征峰强度不同.根据荧光分析法原理可以推断,峰值位置高,荧光强,所对应部位的有效物质含量多;峰值位置低,荧光弱,所对应部位的有效物质含量少[9].