[发明专利]基于主成分分析与Fish判别法快速鉴别临床致病菌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涉及临床常见三种致病菌的分类方法，结合主成分分析与Fisher判别法构建快速鉴别临床常见的三种致病菌的方法及应用。

背景技术

金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)是人类的一种重要病原菌，隶属于葡萄球菌属(Staphylococcus这个英文也可不加)，有“嗜肉菌的别称，是革兰氏阳性菌的代表，可引起许多严重感染。沙门氏菌属有的专对人类致病，有的只对动物致病，也有对人和动物都致病。沙门氏菌病是指由各种类型沙门氏菌所引起的对人类、家畜以及野生禽兽不同形式的总称。感染沙门氏菌的人或带菌者的粪便污染食品，可使人发生食物中毒。大肠埃希氏菌(E.coli要全称)通常被称为大肠杆菌，对人和动物有病原性，尤其对婴儿和幼畜(禽)，常引起严重腹泻和败血症，它是一种普通的原核生物。

近红外光谱仪(NearInfraredSpectrumInstrument，NIRS)是介于可见光(Vis)和中红外(MIR)之间的电磁辐射波，近红外光谱区定义为780-2526nm的区域，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。近红外光谱区与有机分子中含氢基团(O-H、N-H、C-H)振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息，而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境，仪器便携等优点，因此该技术受到越来越多人的青睐。

在实际工作中，只需要知道样品的类别和质量等级，并不需要知道样品中含有的组分数和其含量的问题，这时候需要模式识别法。近红外光谱的定性依据主要是光谱本身，因为光谱反映了真实样品的组成和结构信息，相同或者近似的样品有着相同或相近的光谱。通过应用含糊的数学光谱匹配方式进行实际的定性分析。近红外光谱常用模式识别方法主要有聚类分析、主成分分析结合马氏距离的判别、主成分分析结合最小二乘支持向量机的方式等。由于原始光谱维数多，并且聚类分析法是根据距离指标(如欧氏距离)来进行，所以处理起来较为复杂，而且样本量较大时，要获得聚类结论有一定困难。所以很多研究都是在原始光谱上通过主成分分析后再进行聚类，而主成分分析结合马氏距离的方法会夸大了微小的变量作用，受协方差矩阵不稳定的影响，而主成分分析结合最小二乘支持向量机的方法由于参数的选取具有一定的“盲目性”，采用参数空间穷尽搜索法优化，费时而且精度不高。

临床上对于病原菌的鉴别是通过在培养基进行增菌培养，经过一定的时间观察培养基上的形状特征，进行染色、镜检。根据菌体的形状及染色特征初步判定细菌的种属。将得到的菌株进一步进行生化鉴定，由于不同的菌株生化反应出来信息不一样，最终得到致病菌的所属种类。整个过程鉴定冗长耗时，检测成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于主成分分析与Fish判别方法快速、准确地鉴别临床常见致病菌的方法。

本发明采用以下技术方案实现：一种基于主成分分析与Fish判别法快速鉴别临床致病菌的方法，其特征在于：包括以下步骤:步骤S1：培养致病菌样本；步骤S2：把样本进行近红外光谱扫描，采集这三种细菌的近红外光谱，并剔除异常的样本数据；步骤S3：选取4003.497～12396.18cm^-1特征波段下的光谱信息，运用多元散射校正MSC进行对光谱信息进行处理；步骤S4：将处理后的光谱数据利用主成分分析法(PCA法)进行数据的降维处理，在满足累计可信度为>98％条件下选取主成分个数；步骤S5：经过主成分分析方法后选取相应的主成分后，建立起Fisher判别函数，建立对应的三种细菌的鉴别模型，得到判别函数；步骤S6：经过Fisher判别分析后，通过特征值和其方差的贡献率来选取出需要的判别函数的个数；步骤S7：各个种类的细菌在经过主成分分析后的数据，在选取出来的判别函数中，得到在各个判别函数降维后的每种种类的中心值；步骤S8：通过判别未知的菌类距离每种菌类的中心值来鉴别其类别。

在本发明一实施例中，步骤S5建立Fisher判别函数包括以下具体步骤：步骤S51：求解Fisher判别分析：总体有C类y＝W^Tx，类内样本点协方差矩阵：每类距离总体中心协方差矩阵：其中μ_i是各类的中心，μ是总体中心，N_i是各类的样本数，N＝∑N_i；步骤S52：根据度量得到投影的W取决于求解的特征值对应的特征向量。