基本信息
- 项目名称：
- 基于分形理论的荧光光谱识别研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 提出了对血液光谱信号的分形综合处理方法。该方法以日本岛津公司RF-5301PC荧光分光光度计测量的高血脂，高血糖，高胆固醇等不同特征波长段的荧光光谱信号为研究对象 , 运用平滑移动的方法进行降维，得到重构信号进行数据的应用处理，以分形维数作为光谱识别特征的方法，为光谱信号的处理提供了新方法。 结果表明将分形方法应用于血液光谱特性识别的研究，可以为医学检验、诊断提供新的检测、处理和分析方法。
- 详细介绍：
- 光生物技术是生命科学重要的研究方向，生物组织作为生物体的一部分必然携带生物体的许多生命信息，对人体组织的光谱学研究和医学检测、治疗等相结合，显示了巨大的研究价值和应用前景。 光谱识别技术是光谱定性分析的基础。随着光谱学和计算机技术的发展，光谱识别已成为光谱分析技术的重要组成部分。本文结合国内外研究背景和现状，选取人体血液的荧光光谱，将分形方法运用到血液光谱信号分析之中，探索了血液荧光谱分形维数和血液生化指标之间的关系。本文的主要研究内容及创新点有： 提出了对血液光谱信号的分形综合处理方法。该方法以日本岛津公司RF-5301PC荧光分光光度计测量的高血脂，高血糖，高胆固醇等不同特征波长段的荧光光谱信号为研究对象 , 运用平滑移动的方法进行降维，得到重构信号进行数据的应用处理，以分形维数作为光谱识别特征的方法，为光谱信号的处理提供了新方法。 通过对比正常血清和三高症（高血脂，高血糖，高胆固醇）血清光谱信号，用分形方法得到光谱分形维数标准，利用差模法比较识别不同生化指标的血清光谱。通过对多个样本的验证得出370nm的特征波长不适宜做识别的波长，选用260nm，290nm，350nm，580nm四组波长作为特征波长对光谱识别，总体识别率达到75%。得到比较满意的结果。研究结果表明将分形方法应用于血液光谱特性识别的研究，可以为医学检验、诊断提供新的检测、处理和分析方法。分形作为一种荧光光谱的识别办法，将会有更为广阔的发展前景。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 光生物技术是生命科学重要的研究方向，生物组织作为生物体的一部分必然携带生物体的许多生命信息，对人体组织的光谱学研究和医学检测、治疗等相结合，显示了巨大的研究价值和应用前景。作品结合国内外研究背景和现状，选取人体血液的荧光光谱，将分形方法运用到血液光谱信号分析之中，探索了血液荧光谱分形维数和血液生化指标之间的关系。
科学性、先进性及独特之处
- 提出了对血液光谱信号的分形综合处理方法。运用平滑移动的方法进行降维，得到重构信号进行数据的应用处理，以分形维数作为光谱识别特征的方法，为光谱信号的处理提供了新方法。 分形方法应用于血液光谱特性识别的研究，可以为医学检验、诊断提供新的检测、处理和分析方法。分形作为一种荧光光谱的识别办法，将会有更为广阔的发展前景。
应用价值和现实意义
- 通过分形理论计算出光谱曲线的分形维数，利用差模法对不同症状的血清光谱进行比较识别。在光谱识别上作了初步尝试，通过分形理论,对荧光光谱进行数据挖掘,可将原来在时域中难以识别的信号转变到频域内进行处理,从而挖掘出被背景掩盖的物质的特征性、细微性信息,满足光谱分析线性和加和性,从而解决了微弱差别荧光光谱定量分析难的问题。为分形理论作为一种光谱识别办法，在病理分析上进一步的发展奠定基础。
学术论文摘要
- 光生物技术是生命科学重要的研究方向，生物组织作为生物体的一部分必然携带生物体的许多生命信息，对人体组织的光谱学研究和医学检测、治疗等相结合，显示了巨大的研究价值和应用前景。 本文结合国内外研究背景和现状，选取人体血液的荧光光谱，将分形方法运用到血液光谱信号分析之中，探索了血液荧光谱分形维数和血液生化指标之间的关系。本文的主要研究内容及创新点有： 提出了对血液光谱信号的分形综合处理方法。 运用平滑移动的方法进行降维，得到重构信号进行数据的应用处理，以分形维数作为光谱识别特征的方法，为光谱信号的处理提供了新方法。 通过对比正常血清和三高症血，用分形方法得到光谱分形维数标准，利用差模法比较识别不同生化指标的血清光谱。通过对多个样本的验证得出370nm的特征波长不适宜做识别的波长，选用260nm，290nm，350nm，580nm四组波长作为特征波长对光谱识别，总体识别率达到75%得到比较满意的结果。研究结果表明将分形方法应用于血液光谱特性识别的研究，可以为医学检验、诊断提供新的检测、处理和分析方法。分形作为一种荧光光谱的识别办法，将会有更为广阔的发展前景。
获奖情况
- 本作品在本校校报上发表过，得到了有关专家的一致好评
鉴定结果
- 分形作为一种荧光光谱的识别办法，将会有更为广阔的发展前景。
参考文献
- 王玉英，生物医用光学技术的发展趋势.光机电信息，2004年第1期：22—25 张连顺，张春平，生物组织光传输的理论研究，南开大学学报，2001，34（1）：92-96 赵志敏，王润涛，血液激发荧光光强度研究，光谱学与光谱分析，2004年，第24卷（第11期） 王乐新，赵志敏，姚红兵等，血液的红外吸收光谱分析及应用研究，光谱学与光谱分析，2002，22（6）：726—728 王玉田，李艳春．蚁群算法在多组分导数荧光光谱解析中的应用．传感技术学报，2006，19（2）：508-513 熊宇虹，温志渝，张流强等．分形理论在光谱识别中的应用．光谱学与光谱分析，2006，26（14）：772-774
同类课题研究水平概述
- 光谱识别技术的理论——分形理论自从诞生之后，就得到了迅速的发展，并在自然科学、社会科学、思维科学等各个领域都获得了广泛的尝试。如今，分形和分维的概念早已从最初所指的形态上具有自相似性质的几何对象这种狭义分形，扩展到了在结构、功能、信息、时间上等具有自相似性质的广义分形。人们在自然、社会、思维等各个领域都发现了分形现象，出现了诸如分形物理学、分形生物学、分形结构地质学、分形地震学、分形经济学、分形人口学等，发现了材料学、化学、天文学中的分形以及思维分形、艺术分形、情报分形等。 分形方法在气象学上的应用较早，从60年代初，美国气象学家E.N.洛伦兹在天气预报的理论研究方面做开拓性实验时，偶然发现了“混沌”现象，进一步又建立了大气的流体力学方程，发现了洛伦兹吸引子，证明了气候系统是一类高度非线性、极端敏感的复杂系统开始，将分形方法引入气象学之后，已取得很多成绩。 分形方法在经济上应用，目前，分形应用于经济学和经济管理学，已形成分支学科非线性经济学，正在成为前沿和热点，若干经济学与经济管理学的概念，在应用分形理论进行诠释和分析后，出现了面貌一新的思想方法，并已经应用于实践，如，经济弹性的分维意义、经济系统模型的分形特征、价格变化的分维测算、国民收入的分形与分维、利用关联维数证明了需求系统和消费心理具有分形特征、资本与资产的负幂分布、利用R/S分析预测股市发展状况、研究区域经济发展的差异、经济混沌及经济奇异吸引子的分维测度、管理科学和金融系统的复杂行为、利用随机分形思想对农村经济合作组织建设的启示等。 综上所述，分形理论的发展和应用前景非常巨大。创立至今，仅三十多年，就得到了如此巨大成就，可见该方法的巨大优越性。但也存在不足，如在应用的广度还需要扩展，同时，还需要在深度上加强。针对这一现象，本文将分形方法引入区域气候区划和区域经济变化研究中，尝试着利用分形方法，研究区域气候和区域经济复杂变化，这对农业生产和经济发展具有重要意义。 分形作为一种优越的信号处理工具，在理论上已经证明具有极强的信号处理能力。光谱检测应用于生物组织的研究工作，还处于起步阶段，将分形理论应用于光谱识别研究将对该领域的工作产生积极的促进作用。
