第2講 ——當(dāng)中藥遇上高光譜系統(tǒng)

友思特“未來視界”實驗室第二講開課了！本期主角是凝結(jié)了中國古老智慧的特色——中藥。

從神農(nóng)嘗百草到《本草綱目》典籍問世，中藥材發(fā)展至今，品類已高達(dá)上萬種。在這其中，難免會存在形態(tài)相似而功效大不相同的藥材，價值自然也千差萬別。如此珍貴的（需要你捏著鼻子飲用的）良方，如果摻雜了劣質(zhì)或者冒牌的假貨，不僅是破財不免災(zāi)，更重要的沒有實現(xiàn)對癥下藥，導(dǎo)致病情無法在療程內(nèi)得到緩解，甚至造成走上錯誤的調(diào)理和治療方向。

那么，有什么方法能快速區(qū)分中藥材的真?zhèn)文兀繗g迎您與我們共同走進(jìn)全新的高光譜成像技術(shù)，看看友思特高光譜成像系統(tǒng)裝置下映照出的那些看似“雙胞”實則“兩家人”的中藥材的真實形態(tài)吧！

實驗背景：魚目混珠的中草藥怎么鑒別？

中藥材是中華民族醫(yī)學(xué)智慧的結(jié)晶，是原植物、動物、礦物除去非藥用部位的物質(zhì)，具有預(yù)防和治療多種疾病、調(diào)養(yǎng)身心、康復(fù)保健等醫(yī)學(xué)療效。隨著市場需求的增加和商業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，中藥材面臨著品質(zhì)參差不齊、真?zhèn)尾幻鳌郊贀诫s等問題。有些商家為了追求利潤，可能會使用次品或摻假偽劣品牌售中藥材，這不僅影響療效，還可能對消費者健康造成危害，因此保障中藥材質(zhì)量安全顯得尤為重要。

常見的中藥材真?zhèn)舞b別方法有外觀鑒別和理化鑒別。外觀鑒別即通過肉眼觀察外觀特征，如形狀、顏色、氣味等，初步判斷中藥材的真?zhèn)巍＿@種方法簡單直觀，但易受人為主觀因素影響，準(zhǔn)確性有限。理化鑒別包括顯微鏡觀察、色譜分析、礦物質(zhì)分析等，通過檢測中藥材的理化性質(zhì)和成分組成，確定其真?zhèn)巍＿@些方法對摻假較為敏感，能夠提供較為客觀的評估結(jié)果。然而這種方法通常需要復(fù)雜的樣品制備及預(yù)處理，需要更多的時間成本，分析效率下降；此外，一些分析技術(shù)在檢測過程中需要有毒及致癌的有機溶劑，而對操作人員的身心健康產(chǎn)生一定的影響。

中藥材真?zhèn)舞b別不僅是保障民眾健康和維護(hù)中藥市場秩序的必要手段，也是促進(jìn)中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展和傳承中華傳統(tǒng)文化的重要保障措施。隨著科技的進(jìn)步，鑒別方法不斷創(chuàng)新，將為中藥材的質(zhì)量和安全提供更加可靠的保障。

技術(shù)方案：高光譜成像技術(shù)&友思特方案

高光譜成像技術(shù)是一種捕獲和分析寬波長信息的技術(shù)，能夠?qū)Σ牧虾吞卣鬟M(jìn)行詳細(xì)的光譜分析和識別。高光譜成像技術(shù)的實現(xiàn)要通過高光譜相機，其工作原理是使用多個光學(xué)傳感器或光學(xué)濾波器分離不同波長的光，并捕獲每個波段的圖像，能夠在一時間獲得目標(biāo)在不同譜段處的空間圖像信息，即空間光譜分布，具有快速、實時、無損檢測等優(yōu)點，可用于地質(zhì)勘查、工業(yè)過程分析、科學(xué)考古、醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。高光譜技術(shù)已被成功應(yīng)用于梔子、紅參、甘草等多種中藥材的分析鑒別。

友思特高光譜系統(tǒng)由高功率紅外光源、可調(diào)諧波長選擇器、鏡頭和短波紅外相機組成（如下表）。紅外光源提供 900-1700nm 范圍內(nèi)的高功率光源輸出，波長選擇器提供快速、精確和高分辨率的波長調(diào)諧功能，紅外相機捕捉像素信號并生成圖片。

如果您想要實現(xiàn)高光譜成像的應(yīng)用，我們將根據(jù)實際的應(yīng)用場景，以友思特全自動調(diào)諧波長選擇器FWS-Poly為核心設(shè)備，定制一個具有更精準(zhǔn)和更高分辨率全新的高光譜成像系統(tǒng)。

友思特高光譜成像系統(tǒng)組成

多種中藥材的高光譜對照實驗

本次實驗中，友思特高光譜成像系統(tǒng)將對一批當(dāng)歸、酸棗仁和西洋參的真?zhèn)芜M(jìn)行鑒別，對照組分別為獨活、臭豆和桔梗。實驗組與對照組都具有非常相似的外貌，但物理性質(zhì)和藥用功效完全不同。

測試系統(tǒng)如下圖所示，由友思特 TLS 激光光源、Poly-RED波長選擇器（1000-1600nm）和 InGaAs 紅外相機組成，測試過程為使用 TLS 為激發(fā)光，設(shè)置 FWS-Poly 從 1000-1600nm 進(jìn)行掃描，以 50nm 為步長，F(xiàn)WHM 為 13nm，拍攝每個波長下的照片。

友思特高光譜解決方案裝置圖 友思特高光譜解決方案示意圖

1. 當(dāng)歸 vs 獨活

當(dāng)歸和獨活是常用的中草藥，它們在植物學(xué)特征、生長環(huán)境和藥用功效上有顯著的差異，因此在臨床應(yīng)用和藥材采集上也會有所區(qū)分。

測試結(jié)果：以 1250nm 圖像為代表（由于篇幅原因，我們只在這里展示了最具有差異化的圖像所在波段并進(jìn)行對比，下同）。當(dāng)歸的圖像有黑環(huán)和不規(guī)則、小型黑暈分布，而獨活的圖像有較多的黑點，無明顯黑環(huán)和黑暈分布，證明二者的成分不同。

2.酸棗仁 vs 臭豆

酸棗仁和臭豆都是中藥材中的種子類藥物，酸棗仁為棗科植物棗樹的種子，臭豆為豆科植物風(fēng)車子的種子。二者外貌較為相似，都有一定的藥用價值，但功效和應(yīng)用范圍截然不同。

測試結(jié)果：以 1100nm 圖像為代表。酸棗仁為杏仁狀，中心白點分布均勻；臭豆為原片狀，中心白點分布非常不均勻，時有時無，證明二者的成分、形狀不同。

3. 西洋參 vs 桔梗

西洋參和桔梗是兩種不同的根莖類中藥材，但價格差異懸殊。由于外貌十分相似，經(jīng)常有以次充好的商家將桔梗作為西洋參售賣，或在西洋參中摻雜一部分桔梗混淆消費者。

測試結(jié)果：以 1200nm 圖像為代表。西洋參的圖像中具有每片樣本都具有寬度均勻的黑色暈環(huán)，而桔梗的黑色暈環(huán)的分布非常不均勻、厚度和深淺在個體上差異較大，可證明二者的成分不同。

實驗小結(jié)

高光譜成像技術(shù)為中藥材的質(zhì)量控制和安全保障提供了可靠的技術(shù)支持，在實際生產(chǎn)與檢測工作中，也可以結(jié)合可見光成像檢測、圖像分析技術(shù)、光譜分析技術(shù)等其它鑒別手段，對中藥材進(jìn)行更為全面和系統(tǒng)的真?zhèn)舞b別。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用范圍的擴展，我們相信高光譜技術(shù)在中藥材真?zhèn)舞b定領(lǐng)域的作用必將更加深遠(yuǎn)，為中藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和消費者的用藥安全提供重要保障。

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審核編輯 黃宇