基于红外拉曼紫外荧光超连续谱的血液鉴别方法

摘要

本发明公开了一种基于红外拉曼紫外荧光超连续谱的血液鉴别方法。该方法包括仪器启动及超连续谱测试进样；超连续谱激光漫综合光谱测试；拉曼荧光光谱测试进样；红外激光拉曼光谱及紫外激光荧光测试；数据分析及融合；血液鉴别与判定等六个步骤。本发明的有益效果是，硬件采用Y形光纤联接两进两出光纤复用光谱仪，软件上采用分段加权叠加，实现红外拉曼光谱、紫外荧光光谱及超连续漫综合光谱数据信息融合。本发明的血液鉴别仪可适用于全血、血浆及血清的自动识别。

主权项

一种基于红外拉曼紫外荧光超连续谱的血液鉴别方法，该方法是在基于红外拉曼、紫外荧光结合超连续漫综合激光光谱的密封血液鉴别仪器上实现的,所述的密封血液鉴别仪器包括电源模组(1)、可见谱段光谱仪(2)、红外谱段光谱仪(3)、两进两出光纤(5)、主控及数据分析系统(7)、积分球(35)、试管机械手(10)、连接杆(11)、导轨(12)、机械手运动控制器(13)、样品室外盖板(18)、底板(22)、支架(29)、光源室外盖板(30)、光纤准直接头(31)、激光器尾纤(32)、超连续谱激光器(34)、物镜支架(39)、显微物镜(40)、物镜联接器(41)、光纤准直镜(42)、Y形同轴光纤(43)、第一光纤联接器(44)、第二光纤联接器(50)、Y形光纤(51)、红外窄线宽激光器(49)、紫外窄线宽激光器(52)；其特征在于密封血液鉴别方法如下：1)仪器启动及超连续谱测试进样开启电源模组，对可见谱段光谱仪、红外谱段光谱仪、主控及数据分析系统、超连续谱激光器、红外窄线宽激光器、紫外窄线宽激光器及机械手运动控制器进行供电；用户通过触摸屏人机交互界面启动测试主程序，此时，主控及数据分析系统发出进样指令给机械手运动控制器，机械手运动控制器控制试管机械手抓取试管进样至其沿装卸主轴方向进入积分球，试管底部位置高于发射光轴且与接收光轴不相交，避免激光束直接照射待检试管，并避免试管的透反射光线直接沿发射光轴传输并被两进两出光纤收集；2)超连续谱激光漫综合光谱测试主控及数据分析系统发出指令启动超连续谱激光器、可见谱段光谱仪及红外谱段光谱仪，超连续谱激光器输出的超连续谱准直激光束沿发射光轴进入积分球，激光束照射到漫反射涂层后，其反射光为漫反射，即在积分球内沿各方向传输，变成了均匀光线；试管受不同方向的超连续谱光线照射后，试管、试管的外贴标签与待检血液的漫反射、漫透射、吸收、发射后的光线将沿空间任意方向传输，遇到漫反射涂层漫反射至任意方向，其对积分球内的光线传输具有漫综合光谱影响；沿发射光轴传输的漫反射光线被两进两出光纤收集后，分别送至可见谱段光谱仪及红外谱段光谱仪进行光电转换变成光谱数据。可见谱段光谱仪的采样点为N1，采样点数取N1＝1300，红外谱段光谱仪的采样点为N2，采样点数取N2＝512；可见谱段光谱仪及红外谱段光谱仪输出的共N＝N1+N2个光谱数据经USB接口送至主控及数据分析系统进行存储；3)拉曼荧光光谱测试进样主控及数据分析系统发送出样指令给机械手运动控制器，机械手运动控制器控制试管机械手带动试管至其沿装卸主轴方向移出积分球及样品室，至光谱测试点位于试管内待检血液的中心位置，此时完成拉曼荧光光谱测试进样；4)红外激光拉曼光谱及紫外激光荧光测试主控及数据分析系统发出指令启动红外窄线宽激光器、紫外窄线宽激光器、可见谱段光谱仪及红外谱段光谱仪；紫外窄线宽激光器发出的紫外连续激光束经准直聚焦后会聚到光谱测试点处的待检血液，紫外窄线宽连续激光所诱导的荧光光谱信号依次经显微物镜及光纤准直镜后由Y形同轴光纤端面的外圈同心圆环区域，即信号接收光纤排列收集，再经信号接收光纤、两进两出光纤至可见谱段光谱仪进行光电转换变成光谱数据，对荧光光谱采用与超连续谱测试可见谱段一样的采样位置与采样点数，即N3＝N1；可见谱段光谱仪输出的N3个光谱数据经USB接口(6)送至主控及数据分析系统(7)进行存储；同时，红外窄线宽激光器发出的红外连续激光束经准直聚焦后会聚到光谱测试点处的待检血液，红外窄线宽连续激光所诱导的斯托克斯拉曼光谱信号依次经显微物镜及光纤准直镜后由Y形同轴光纤端面的外圈同心圆环区域，即信号接收光纤排列收集，再经信号接收光纤、两进两出光纤至红外谱段光谱仪进行光电转换变成光谱数据，对拉曼光谱采用与超连续谱测试红外谱段一样的采样位置与采样点数，即N4＝N2。红外谱段光谱仪输出的N4个光谱数据经USB接口送至主控及数据分析系统进行存储；5)数据分析及融合将可见谱段的超连续谱激光漫综合光谱的N1个光谱数据与荧光光谱的N3个光谱数据进行加权叠加，得到N1个可见谱段的融合光谱数据。其中荧光光谱的权重值为F，权重值取值F＝0.7，超连续谱激光漫综合光谱的权重值为1‑F；将红外谱段的超连续谱激光漫综合光谱的N2个光谱数据与拉曼光谱的N4个光谱数据进行加权叠加，得到N2个红外谱段的融合光谱数据，其中拉曼光谱的权重值为L，权重值取值L＝0.4，超连续谱激光漫综合光谱的权重值为1‑L；将N1个可见谱段的融合光谱数据与N2个红外谱段的融合光谱数据组成共N个光谱数据用于后续分析。基于主成分分析法计算这N个光谱数据的M个主成分数值，进行降维处理，主成分数M取为7；6)血液鉴别与判定将待检血液的M个主成分数值，得到其在M维主成分空间的特征向量，将该特征向量与M维主成分空间的由本血液鉴别仪获得的人与动物全血、血浆、血清M维主成分空间数据库的聚类中心特征向量进行对比，根据特征向量相似度首先确定待检血液的血液类型，即是全血、血浆还是血清。然后，再将待检血液的M个主成分数值，与该血液类型下的人与动物不同种属的M维主成分空间数据库的聚类中心特征向量进行对比，根据特征向量相似度再确定种属，即是人还是动物血液，如果是动物血液，是何种动物血液，完成待检血液的血液类型与种属的判定；然后，主控及数据分析系统将待检血液的红外激光诱导拉曼光谱、紫外激光诱导荧光光谱及可见红外超连续漫综合激光光谱的光谱曲线以及判定结果显示在触摸屏人机交互界面上，以供用户参考。至此完成整个测试过程。