CN106918571A - 基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法，先收集同种哺乳动物的雄性动物血清样品和雌性动物血清样品，在一定测量条件下采集所得血清样品的近红外光谱，所得光谱不进行预处理或进行化学计量学预处理，从所得光谱数据中选择建模光谱范围，对所选光谱范围的数据进行降维后，采用化学计量学方法建立并验证该种哺乳动物的性别判别模型；再取未知性别该种哺乳动物的血清样品，按照前述相同方采集光谱并进行光谱数据的多步骤处理，最后应用所建模型进行该种哺乳动物的性别判别。本发明基于血清的近红外光谱，结合化学计量学技术，判别哺乳动物的性别，具有准确、操作简便、快速、样品无损的优点。
Description
技术领域
本发明属于近红外光谱分析技术领域，涉及一种基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法。
背景技术
性别研究是生物学的重要内容之一。哺乳动物是动物发展的最高级阶段，在哺乳动物的生态管理中，性别判别是种群动态分析的一项基本工作。人类是最高级的哺乳动物，人体的性别判别是是身份识别的重要内容，在个性化服务、医疗及公共安全管理等领域均具有重要的意义。查体是一种经典的人体性别判别方法，但因为需要特殊的检查场地和特定的检查人员使这种方法具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法，具有准确、操作简便、快速、样品无损的优点。
经研究，本发明提供如下技术方案：
基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法，包括以下步骤：
(1)收集同种哺乳动物的雄性动物血清样品和雌性动物血清样品；
(2)设置近红外光谱仪的分辨率和扫描次数，在10000～4000cm-1扫描范围内分别采集步骤(1)所得血清样品的近红外光谱；
(3)对步骤(2)所得光谱，不进行预处理或进行化学计量学预处理；
(4)在步骤(3)所得光谱数据中选择建模光谱范围；
(5)对步骤(4)所选光谱范围的数据进行降维；
(6)对步骤(5)所得数据，采用化学计量学方法建立并验证该种哺乳动物的性别判别模型；
(7)取未知性别该种哺乳动物的血清样品，按照步骤(2)所述方法采集近红外光谱，按照步骤(3)～(5)所述方法进行光谱的多步骤处理，然后应用步骤(6)所建模型进行哺乳动物的性别判别。
血清指血液凝固后分离得到的淡黄色透明液体或纤维蛋白原已被除去的血浆。血清为医学检验的一种常用样品。
优选的，步骤(2)中，近红外光谱仪的分辨率设置为2cm-1、4cm-1、8cm-1或16cm-1，扫描次数设置为32、64或128次。
优选的，步骤(3)中，化学计量学预处理方法为多元信号修正、标准正则变换、导数和平滑中的一种或多种组合。
步骤(4)中，所述建模光谱范围为10000～4000cm-1中的一段或多段，可由建模软件自动筛选或人工筛选，也可在建模软件自动筛选的基础上根据被分析物的近红外特征吸收进一步人工优化。
优选的，步骤(5)中，采用主成分分析法对步骤(4)所选光谱范围的数据进行降维。
优选的，建模主成分数的选择依据为其累计方差贡献率大于85％以及步骤(6)所建判别模型的校正集正判率和验证集正判率均大于95％。
优选的，步骤(6)中，化学计量学建模方法为判别分析法。
优选的，步骤(6)中，所建判别模型的性能由校正集正判率和验证集正判率进行评价。
优选的，所述哺乳动物为人类。
优选的，基于血清判别人体性别的近红外光谱分析方法，包括以下步骤：
(1)收集男性人体的血清样品和女性人体的血清样品；
(2)设置近红外光谱仪的分辨率为8cm-1、扫描次数为32次，在10000～4000cm-1扫描范围内分别采集步骤(1)所得血清样品的近红外透射光谱；
(3)采用多元信号修正的方法对步骤(2)所得光谱进行预处理；
(4)在步骤(3)所得光谱数据中选择9000～7300cm-1和6000～5000cm-1为建模光谱范围；
(5)采用主成分分析法对步骤(4)所选光谱范围的数据进行降维；
(6)对步骤(5)所得数据，以建模主成分数为3、采用判别分析法建立并验证人体的性别判别模型，用校正集正判率和验证集正判率评价模型的性能；
(7)取未知性别人体的血清样品，按照步骤(2)所述方法采集近红外透射光谱，按照步骤(3)～(5)所述方法进行光谱的多步骤处理，然后应用步骤(6)所建模型进行人体的性别判别。
本发明的有益效果在于：本发明基于血清的近红外光谱，结合化学计量学技术，判别哺乳动物的性别，具有准确、快速的优点。
附图说明
图1为12个人体血清样品的近红外透射原始光谱图。
图2为本发明所建人体性别判别模型的判别图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1基于血清判别人体性别
1.血清样品的采集
3位男性和9位女性共12位志愿受试者于清晨空腹采集5mL静脉血，分别置于含促凝剂的采血管中，室温下放置待血液凝固分层，离心，取上清液即为血清样品，逐一编号并记录性别信息。
2.近红外透射光谱的采集
仪器：Antaris II傅立叶变换近红外光谱仪(美国Thermo公司)，配有铟镓砷检测器，采样装置为透射分析模块，信号采集软件为Result 3.0。
光谱测量条件：分辨率为8cm-1，扫描次数为32次，扫描范围为10000～4000cm-1。
光谱测量方法：取同一编号的血清样品适量，注入仪器配置的液体样品管(6×50mm)中，样品注入量约为样品管体积的2/3，将样品管放入液体样品管支架，再在上述光谱测量条件下测量样品的近红外透射光谱，每个样品视样品量多少重复填装并测量2或3次，每次样品测量前均采用相同测量条件扫描并扣除背景。
12个血清样品的33张近红外透射原始光谱如图1所示。
3.光谱的预处理
用TQ Analyst 8.0软件对采集的近红外透射原始光谱进行多元信号修正的预处理。
4.建模光谱范围的选择
对预处理后的光谱数据，经人工筛选的建模光谱范围为9000～7300cm-1和6000～5500cm-1。
5.光谱数据的降维
使用TQ Analyst 8.0软件，采用主成分分析法在所选建模光谱范围9000～7300cm-1和6000～5500cm-1内对预处理后的光谱数据进行降维，所选建模主成分数为3时，其累计方差贡献率为99.6％，而且所建模型的校正集和验证集的正判率均为100.0％。
6.判别模型的建立并验证
将所收集的2位男性和6位女性共8位志愿受试者的血清样品作为校正集样品，其余1位男性和3位女性共4位志愿受试者的血清样品作为验证集样品。分别使用以上校正集和验证集样品，以建模主成分数为3，采用判别分析法建立并验证人体的性别判别模型。结果如图2所示，所建判别模型的校正集正判率为100.0％，验证集正判率为100.0％，表明所建模型具有良好的判别性能，能够使用血清样品准确地判别人体性别。
7.未知性别人体血清样品的分析
取未知性别人体血清样品1个，按照上述相同方法采集样品的近红外透射光谱并对光谱进行多步骤处理，然后应用所建模型进行该头发样品的人体性别判别，结果正确显示其为女性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的保护范围。
Claims (9)
1.基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)收集同种哺乳动物的雄性动物血清样品和雌性动物血清样品；
(2)设置近红外光谱仪的分辨率和扫描次数，在10000～4000cm-1扫描范围内分别采集步骤(1)所得血清样品的近红外光谱；
(3)对步骤(2)所得光谱，不进行预处理或进行化学计量学预处理；
(4)在步骤(3)所得光谱数据中选择建模光谱范围；
(5)对步骤(4)所选光谱范围的数据进行降维；
(6)对步骤(5)所得数据，采用化学计量学方法建立并验证该种哺乳动物的性别判别模型；
(7)取未知性别该种哺乳动物的血清样品，按照步骤(2)所述方法采集近红外光谱，按照步骤(3)～(5)所述方法进行光谱的多步骤处理，然后应用步骤(6)所建模型进行哺乳动物的性别判别。
2.根据权利要求1所述的基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法，其特征在于：所述步骤(2)中，近红外光谱仪的分辨率设置为2cm-1、4cm-1、8cm-1或16cm-1，扫描次数设置为32、64或128次。
3.根据权利要求1所述的基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法，其特征在于：所述步骤(3)中，化学计量学预处理的方法为多元信号修正、标准正则变换、导数和平滑中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法，其特征在于：所述步骤(5)中，采用主成分分析法对步骤(4)所选光谱范围的数据进行降维。
5.根据权利要求4所述的基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法，其特征在于：建模主成分数的选择依据为其累计方差贡献率大于85％以及步骤(6)所建判别模型的校正集正判率和验证集正判率均大于95％。
6.根据权利要求1所述的基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法，其特征在于：所述步骤(6)中，化学计量学建模方法为判别分析法。
7.根据权利要求1所述的基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法，其特征在于：所述步骤(6)中，所建判别模型的性能用校正集正判率和验证集正判率进行评价。
8.根据权利要求1至7任一项所述的基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法，其特征在于：所述哺乳动物为人类。
9.根据权利要求8所述的基于血清判别哺乳动物性别的近红外光谱分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)收集男性人体的血清样品和女性人体的血清样品；
(2)设置近红外光谱仪的分辨率为8cm-1、扫描次数为32次，在10000～4000cm-1扫描范围内分别采集步骤(1)所得血清样品的近红外透射光谱；
(3)采用多元信号修正的方法对步骤(2)所得光谱进行预处理；
(4)在步骤(3)所得光谱数据中选择9000～7300cm-1和6000～5000cm-1为建模光谱范围；
(5)采用主成分分析法对步骤(4)所选光谱范围的数据进行降维；
(6)对步骤(5)所得数据，以建模主成分数为3、采用判别分析法建立并验证人体的性别判别模型，用校正集正判率和验证集正判率评价模型的性能；
(7)取未知性别人体的血清样品，按照步骤(2)所述方法采集近红外透射光谱，按照步骤(3)～(5)所述方法进行光谱的多步骤处理，然后应用步骤(6)所建模型进行人体的性别判别。
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