老中醫(yī)“聞香識(shí)藥”的本事,，從來(lái)都讓人嘆為觀止,；現(xiàn)代科技專家開發(fā)的智能系統(tǒng),，有望全面繼承這項(xiàng)“神技”。日前,，清華大學(xué)自動(dòng)化系劉沭華,、張學(xué)工和化學(xué)系孫素琴等，用近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù),、應(yīng)用多類支持向量機(jī)方法分析白芷,、丹參產(chǎn)地，取得高達(dá)92%的識(shí)別精度,，不但為建立快速準(zhǔn)確的中藥材產(chǎn)地自動(dòng)鑒別系統(tǒng)提供了技術(shù)原型,，也為進(jìn)一步探索不同產(chǎn)地的中藥材在化學(xué)成分上的細(xì)微差異,、進(jìn)而研究它們與藥效的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。
“中藥質(zhì)量的科學(xué)控制和管理,，是中藥現(xiàn)代化,、國(guó)際化的必由之路；而對(duì)中藥材產(chǎn)地和栽培條件的鑒別,，是其中一個(gè)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié),。”張學(xué)工教授任職于清華大學(xué)自動(dòng)化系信息處理研究所和生物信息學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，從事模式識(shí)別與生物信息學(xué)的教學(xué)和科研,。他介紹,，紅外光譜法是鑒別化合物和確定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的常用手段之一，也是各國(guó)共同采用的藥物鑒定手段,。但由于中藥材是比西藥成分復(fù)雜得多的混合物體系,，圖譜解析困難較大，使紅外光譜尤其是近紅外光譜在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)未能在中藥材鑒別中充分發(fā)揮作用,，目前仍然主要依靠藥材專家的人工定性鑒定,，這種狀況已經(jīng)制約了中藥現(xiàn)代化的發(fā)展。
自動(dòng)化專家和化學(xué)家的合作,，使張學(xué)工等認(rèn)識(shí)到,，盡管中藥材是十分復(fù)雜的混合物體系，但對(duì)于不同產(chǎn)地和栽培條件的藥材,，其藥效差別是由所含的化學(xué)成分和各成分含量的比例不同所造成的，這種差異會(huì)造成紅外圖譜的差異,。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道和之前一系列前期研究,，他們發(fā)現(xiàn)：雖然這些差異有時(shí)看上去很細(xì)微，但仍能通過(guò)模式識(shí)別,、機(jī)器學(xué)習(xí)的方法,，發(fā)現(xiàn)其中有規(guī)律性的模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)地和栽培條件的自動(dòng)識(shí)別,。
張學(xué)工介紹,，與經(jīng)典的紅外光譜法分析相比，近紅外漫反射光譜分析的倍頻,、合頻吸收系數(shù)小,，因此樣品無(wú)需稀釋即可直接測(cè)定，并可排除微量雜質(zhì)的干擾,；另外,，近紅外區(qū)波長(zhǎng)短，不被玻璃吸收,，可用玻璃樣品池,，樣品大多不需預(yù)處理,，所以操作費(fèi)用低；而且不需壓片直接檢測(cè),，測(cè)定速度極快,。因此，利用近紅外光譜鑒別中藥材產(chǎn)地具有更好的推廣應(yīng)用前景,。但與此同時(shí),，近紅外光譜存在譜峰重疊、信噪比低,、光譜穩(wěn)定性差等技術(shù)難點(diǎn),，也對(duì)模式識(shí)別技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)。
研究小組以白芷,、丹參為例,，探索了這一新型鑒別方法的實(shí)用性。他們對(duì)采集自河南,、河北,、四川、浙江4個(gè)產(chǎn)地的353個(gè)白芷樣本,，和采集自山東,、山西、河南,、四川,、浙江、河北6個(gè)產(chǎn)地的459個(gè)丹參樣本,，測(cè)量其近紅外漫反射光譜,，在采用近鄰法和支持向量機(jī)對(duì)其一階導(dǎo)數(shù)譜進(jìn)行鑒別分析取得成功的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步用遞歸支持向量機(jī)研究了對(duì)于鑒別產(chǎn)地和栽培類型最有效的特征譜段,。結(jié)果在白芷產(chǎn)地分類中,，初步確定兩個(gè)關(guān)鍵波數(shù)范圍，僅用5個(gè)特征譜段即在獨(dú)立測(cè)試集上達(dá)到92.9%的分類正確率,。在丹參生長(zhǎng)條件和產(chǎn)地分類中,，分別選定5個(gè)和8個(gè)特征譜段，在獨(dú)立測(cè)試集上達(dá)到94.5%和91.7%的分類正確率,。這項(xiàng)研究發(fā)表在最近出版的《科學(xué)通報(bào)》上,。
張學(xué)工表示，目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅顯示了這項(xiàng)技術(shù)在中藥材鑒別應(yīng)用中的巨大潛力,，更指示通過(guò)進(jìn)一步研究所選擇出的關(guān)鍵特征譜段范圍,，可為今后分析不同產(chǎn)地和生長(zhǎng)條件下中藥材的成分差異和決定中藥藥效的關(guān)鍵因素提供重要線索。
