基于可见近红外光谱的非接触血液种属鉴别的研究

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1、ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第－所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５士学位论文一生物医学工程级学科：生物医学工程学科专业：张林娜：作者姓名指导教师：李刚教授天津大学研究生院２０１７年４月天津大学博士学位论文基于可见近红外光谱的非接触血液种属鉴别的研究Non-contactbloodspeciesidentificationbasedonvisibleandnear-infraredspectroscopy一级学科：生物医学工程学科专业：生物医学工程作者姓名：张林娜指导教师：李刚教授天津大学精密仪器与

2、光电子工程学院二零一七年四月中文摘要人与动物血液的非接触式鉴别在医学生物学研究、国家卫生技术监督、海关进出口样品检测等诸多领域都有重大意义，对保障国家安全以及人民的生命安全至关重要。目前采用的方法对血液有所损耗，且为开放式检测，容易对血液样品造成污染，破坏样品，因此亟需非接触快速识别方法。鉴于分子吸收光谱法能够实现准确、快速、稳定、无损测量，在非接触血液种属鉴别的应用中有很好的发展前景。但是，血液的非接触检测面临着检测信号微弱，样品池差异等多方面的问题。而且光谱法在检测和分析的过程中容易受到其他很多外界因素的影响，加之血液本身的性质变化对光谱检测产生很多不

3、确定的影响。本论文首次采用光谱法结合化学计量学方法实现了血液种属的非接触式鉴别，并从信息获取，数据处理，校正模型算法和减小环境和自身性质变化的影响等关键环节系统的进行了理论和实验研究来提高模型的预测能力，为光谱法在血液种属的非接触式鉴别的应用中奠定了坚实的基础。主要研究工作如下：（1）提出采用反射光谱结合偏最小二乘判别分析(PLSDA)方法对人与动物液体全血的种属进行判别。建立的校正模型对人与动物血液判别达到了很好的效果。本研究首次成功实现了对液体全血样品的非接触式人与动物血液的判别。2、从充分获取并利用血液信息的角度，采用空间分辨漫透射光谱方法进行多种动

4、物血液的种属鉴别。研究结果证实空间分辨漫透射光谱法可以提高非接触式多种血液种属鉴别的预测效果。在信噪比较高时随着建模时采用的透射点数的增加对血液种属鉴别能力也随之增强。3、从信号处理与建模的角度提高血液种属判别能力，本研究在波长优选，训练集样本选取以及建模方法等关键环节进行了系统的理论和实验研究。本研究采用等间距多元线性分析(ECMLR)方法对光谱进行波长优选。提出采用Kennard-Stone(KS)结合最小二乘支持向量机(LSSVM)的方法来提高人与动物血液种属鉴别模型的预测能力。4、为了提高光谱法对血液进行种属鉴别的鲁棒性，本文研究了离体全血保存时间

5、，凝血样品和溶血样品对光谱法人与动物血液判别的影响。采用使校正集样本对影响因素的分布范围覆盖预测集样本的方法，证实了“建模覆盖法”的有效性。关键词：非接触测量；吸收光谱法；血液种属鉴别；空间分辨漫透射光谱法ABSTRACTNon-contactidentifyingofbloodspeciesisofgreatimportanceinthefieldofmedicalbiologyresearch,nationalhealthtechnicalsupervision,importandexportsampledetectionincustomsandman

6、yotherfields,andissignificantlyimportantforsafeguardingnationalsecurityandprotectingpeople'slives.Currentmethodsfortheidentificationofbloodspeciesareusuallydestructiveandopensampling,whichmaypolluteanddestroythepreciousbloodsamples.Therefore,noncontactmethodsforbloodspeciesidentif

7、icationwasurgentlyneeded.Inviewofthefactthatmolecularabsorptionspectrometrycanrealizeaccurate,fast,stableandnon-destructivemeasurement,themethodwashighlypotentialforthesupervisionofbloodproducts.However,thereweremanyproblemsinthenon-contactmeasurementofbloodsamples,suchasthedetect

8、ionofweaksignal,thevariantionofsa