基于血清拉曼光谱的羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病的分类模型及其建立方法、检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术为基于血清拉曼光谱的羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病的分类模型及其建立方法、检测装置。基于血清拉曼光谱的羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病的分类模型的建立方法，包括：(1)采集健康羊和患病羊的血液，提取血清，得血清样本；(2)对血清样本采用激光拉曼光谱仪进行检测，得拉曼光谱数据；(3)对拉曼光谱数据进行降噪、基线校正和归一化等处理，得预处理后的光谱数据；(4)对处理后的光谱数据进行主成分分析(PCA)降维后，建立线性判别分析(LDA)或支持向量机(SVM)分类模型，得羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病的分类模型。本发明专利技术基于机器学习算法、拉曼光谱，建立的分类模型和检测装置，在筛查感染细粒棘球蚴病羊、感染布氏杆菌病羊方面具有潜力。方面具有潜力。方面具有潜力。

【技术实现步骤摘要】
基于血清拉曼光谱的羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病的分类模型及其建立方法、检测装置


[0001]本专利技术具体涉及一种基于血清拉曼光谱的羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病分类模型及其建立方法、检测装置。

技术介绍

[0002]细粒棘球蚴病亦称包虫病，是由棘球绦虫的幼虫寄生于偶蹄类动物或人所引起人兽共患寄生虫病。羊是棘球绦虫主要的中间宿主，对羊细粒棘球蚴病提前进行有效的防控措施，对于阻断包虫病的传播和发展具有重大的意义。据《防治包虫病行动计划(2010—2015)》资料显示,我国每年患病家畜在5000万头以上,造成的直接经济损失逾30亿元。目前病原学法、免疫学法和超声技术是羊细粒棘球蚴病主要的诊断方法，其分别存在细粒棘球蚴病病原物分离培养困难、产品批次间难以标准化与交叉反应，以及在影像超声检测前，需要剔除检测部位的羊毛，两名工作人员固定住羊的身体，影像超声医师才能进行检查、检测设备昂贵等缺点。
[0003]布氏杆菌病(简称布病)是世界上流行最广、危害最严重的人畜共患传染病之一，严重影响家畜养殖的健康发展和国家公共卫生安全和食品安全。我国人畜间布氏杆菌病的高发区域主要有内蒙古、青海、新疆、西藏等农牧区。健康动物主要通过接触病畜的分泌物和流产胎儿等感染，家畜感染布鲁氏菌后对繁殖和生产性能造成严重危害，头胎流产率高达50
‑
80％，导致奶量和肉产量减产15
‑
20％。与受感染动物的接触以及食用污染动物的奶和肉是人感染布鲁氏杆菌的主要传播途径。目前羊布病主要的诊断方法有细菌学、血清学和分子生物学等。布鲁氏菌的分离与培养是布病诊断的金标准，但是存在费时、培养条件困难、检出率较低、实验室操作存在潜在感染等缺点，而分子生物学检测则需要昂贵的诊断相关专业设备、试剂和具有高等级生物安全实验室等问题。血清学作为羊布病筛查最常用的检测方法，仍有检测“窗口期”、产品批次间难以标准化以及交叉反应等诸多不足。
[0004]有鉴于此，本专利技术提出一种基于血清拉曼光谱的羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病分类模型及其建立方法、检测装置。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于血清拉曼光谱的羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病分类模型的建立方法，基于机器学习算法，结合拉曼光谱数据，对一次性实现筛查感染细粒棘球蚴病的羊和感染布氏杆菌病的羊具有很大的应用潜力。
[0006]为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
[0007]一种基于血清拉曼光谱的羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病分类模型的建立方法，包括以下步骤：
[0008](1)采集健康羊和患病羊的新鲜血液，静置后离心，提取血清，获得血清样本；
[0009](2)对所述的血清样本采用激光拉曼光谱仪进行检测，获得拉曼光谱数据；
[0010](3)对所述的拉曼光谱数据进行降噪、基线校正和归一化等预处理，获得预处理后的光谱数据；
[0011](4)对所述的预处理后的光谱数据选择有意义的光谱范围(400
‑
1800cm
‑1)数据进行主成分分析法(PCA)降维后，建立PCA
‑
LDA或PCA
‑
SVM分类模型，获得所述的羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病的分类模型。
[0012]进一步的，所述的步骤(1)中，患病羊为细粒棘球蚴病羊和/或布氏杆菌病羊。
[0013]再进一步的，健康羊的血清样本至少采集244例；
[0014]所述的患病羊为细粒棘球蚴病羊，患病羊的血清样本至少采集231例；
[0015]所述的患病羊为布氏杆菌病羊，患病羊的血清样本至少采集106例。
[0016]进一步的，所述的步骤(2)中，检测积分时间为3秒，分辨率为6cm
‑1，激光功率为200mW，平均扫描次数为3次，在0
‑
3500cm
‑1扫描范围内获取拉曼光谱数据。
[0017]进一步的，所述的步骤(4)中，采用主成分分析法在建模光谱范围内对于预处理后的数据进行降维。
[0018]再进一步的，所述的建模光谱范围为400
‑
1800cm
‑1。
[0019]进一步的，所述的步骤(4)中，建立SVM分类模型。
[0020]本专利技术的一个目的在于提供一种羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病的分类模型，采用上述的建立方法得到，在用于筛查感染细粒棘球蚴病的羊和感染布氏杆菌病的羊具有应用潜力。
[0021]本专利技术还有一个目的在于提供基于血清拉曼光谱的羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病的检测装置，可用于羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病的筛查，可以一次性实现感染细粒棘球蚴病的羊和感染布氏杆菌病的羊的分类筛查。
[0022]一种基于血清拉曼光谱的羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病检测装置，包括：激光器、拉曼光谱仪、计算分析系统；
[0023]所述的激光拉曼光谱仪对每个样进行扫描，用于获取血清拉曼光谱数据，并把所得血清拉曼谱数据传送至所述计算分析系统；
[0024]所述计算分析系统接受激光拉曼光谱仪所采集的血清拉曼光谱数据，并对数据进行降噪、基线校正和归一化的预处理；
[0025]所述计算分析系统对已预处理后的血清拉曼光谱数据采用主成分分析法(PCA)进行降维后，取累计方差贡献率最大并且有统计学差异的主成分输入至支持向量机(SVM)和线性判别分析(LDA)算法中，建立分类模型，并将所有样本随机分成训练集和测试集，最终输出感染细粒棘球蚴病的羊、感染布氏杆菌病的羊和健康羊的分类结果。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0027]本专利技术首次将血清拉曼光谱技术在检测感染细粒棘球蚴病的羊和感染布氏杆菌病的羊中进行应用。目前，羊细粒棘球蚴病的诊断，主要采用影像(超声和CT等)和血清免疫学等技术。影像技术需要配备昂贵的B超仪、CT扫描仪和专业的影像学技师，诊断流程也较为繁琐，其诊断结果是需要专业的影像学医师的判定。影像超声检测前，还需要剔除检测部位的羊毛，以及两名工作人员固定住羊的身体，影像超声医师才能检测。虽然采集羊血清较为容易，但羊细粒棘球蚴病血清免疫学检测试剂盒存在检测时间长、产品批次间难以标准化与交叉反应等缺点。而用于羊布氏杆菌病的主要诊断技术有：细菌学检测、血清学检测以
及分子学检查。细菌分离培养是目前诊断布氏杆菌病的金标准方法，但缺点是细菌培养周期长，并且在鉴定生长细菌期间有潜在的实验室获得性布鲁氏菌病风险。虽然血清学检测虎红平板凝集试验(RBPT)具有使用速度快、价格低的优点，但是患病初期未产生抗体时，导致出现“窗口期”，同时容易受其他细菌交叉反应的影响，给出假阳性反应的结果。血清凝集试验(SAT)多用于疾病急性期几周或几个月的回顾性诊断，疾病早期SAT滴度无显著变化时会出现假阴性结果，故检测效能依赖于SAT滴度。ELISA具有灵敏度高、操作时间短的优点，但也有试剂尚未标准化、交叉反应易造成假阳性结果等缺点。此外，在牧区羊群中存在羊细粒棘球蚴病和布氏杆菌病本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于血清拉曼光谱的羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病的分类模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采集健康羊和患病羊的新鲜血液，静置后离心，提取血清，获得血清样本；(2)对所述的血清样本采用激光拉曼光谱仪进行检测，获得拉曼光谱数据；(3)对所述的拉曼光谱数据进行降噪、基线校正和归一化等预处理，获得预处理后的光谱数据；(4)对所述的预处理后的光谱数据进行PCA降维后，建立LDA或SVM分类模型，获得所述的羊细粒棘球蚴病和羊布氏杆菌病的分类模型。2.根据权利要求1所述的建立方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，患病羊为细粒棘球蚴病羊或和/或布氏杆菌病羊。3.根据权利要求2所述的建立方法，其特征在于，健康羊的血清样本至少采集244例；所述的患病羊为细粒棘球蚴病羊，患病羊的血清样本至少采集231例；所述的患病羊为布氏杆菌病羊，患病羊的血清样本至少采集106例。4.根据权利要求1所述的建立方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，设置检测积分时间为3秒，分辨率为6cm
‑1，激光功率为200mW，平均扫描次数为3次，在0
‑
3500cm
‑1扫描范围内获取拉曼光谱数据。5.根据权利要求1所述的建立方...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕国栋，温浩，吕小毅，林仁勇，孙立，刘辉，吾布里塔里甫，
申请(专利权)人：新疆医科大学第一附属医院，
类型：发明
国别省市：