本发明专利技术公开了一种基于人工神经网络的细菌生化鉴定系统及其鉴定细菌的方法，鉴定系统包括下列模块组成：概率人工神经网络处理器模块、数据库模块、人工输入模块、生化结果自动读取输入模块、结果输出显示模块；上述所述的细菌生化鉴定系统以概率人工神经网络处理器模块为中心；鉴定方法包括下列步骤：对样品进行任意数量的生化项目鉴定，将鉴定结果输入到所述细菌生化鉴定系统中，系统中的概率人工神经网络处理器模块会自动将结果与数据库中的数据信息进行匹配鉴定，并通过结果输出显示模块显示结果。本发明专利技术鉴定原理更先进，使用十分方便，成本低，结合可视化分析，使得结果输出更直观。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于微生物鉴定
技术介绍
近年来，世界范围内微生物引起的重大的食源性疾病爆发次数及规模都呈上升扩大之势。食物污染造成的疾病已经成为当今世界上最广泛的卫生问题，也是造成经济生产降低的主要原因之一。为防止食物中致病菌的污染，首先需要搞清楚食物中致病菌的种类。传统的鉴定依靠细菌培养、分离和生理生化等表型测定步骤，然后查找伯杰氏手册等权威细菌分类手册或检验标准。细菌表型特征不稳定，容易受培养物的接种量、接种时期、培养条件等内外因素的影响，极易导致鉴定结果的错误。与表型相比，细菌基因型较为稳定，也成为细菌鉴定的主要方法之一。但是基因型通常只能完成特定种的鉴定或细菌属的水平以上的分类，还无法准确完成种的水平的鉴定。随着计算机技术的发展，用计算机程序来分析细菌表型鉴定和基因型鉴定产生的大量数据成为可能。细菌表型鉴定的结果通常采用“数值鉴定”方法来处理，而细菌基因型鉴定的结果通常采用“序列比对”方法来处理。然而这些鉴定方法仍存在操作繁琐、结果不稳定、鉴定系统成本高、使用不灵活、分类计算方法存在缺陷等缺点，不能很好地满足基层微生物检测实验室的需要。人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)作为一种自适应的识别技术是模糊识别的一种应用。人工神经网络是模拟人脑生物过程的人工智能技术，是根据大脑神经元活动抽象出来的一种多层网络结构，是由大量的神经元大规模并行联结形成的复杂的非线性系统。人工神经网络是对大脑的简化、抽象和模拟，能模拟人脑的部分功能，具有人的记忆、辨识能力。这种技术把原来需要人主观识别的信息依靠神经网络记忆的事物内部的规律性挖掘出来，由神经网络做出判断，从而避免人主观判断带来的偏差。 神经元生物学模型最早由心理学家McCulloch和数学家Pitts于1943年提出的，但是到了 20世纪60年代到70年代，神经网络研究由于自身的一些缺陷陷于低潮。从20世纪80年代开始新的算法不断出现解决了神经网络固有的问题，神经网络理论步入飞速发展期，这期间提出的BP (Back — propagation)模型和Hopfield模型使得人工神经网络这一理论得到了空前的发展。目前，随着计算机技术迅猛发展功能日益强大，人工神经网络理论在数据挖掘、信号处理、目标跟踪、模式识别(包括语音和图像识别)、图像处理、预测、智能控制和虚拟现实等领域得到广泛应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种依据人工智能计算方法一人工神经网络(MATLAB),结合计算机图像识别和可视化分析技术，依靠生化项目为指标而开发的灵活、简便、高效、准确的细菌鉴定系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:一种基于人工神经网络的细菌生化鉴定系统，包括下列模块:概率人工神经网络处理器模块、数据库模块、人工输入模块、生化结果自动读取输入模块和结果输出显示模块；上述所述的细菌生化鉴定系统中以概率人工神经网络处理器模块为中心，数据库模块、人工输入模块、生化结果自动读取输入模块、结果输出显示模块分别都与之连接，其中数据库模块与之是双向连接。上述所述的细菌生化鉴定系统中，概率人工神经网络处理器模块是以人工神经网络工具箱和图形交互界面结合计算机等硬件的处理器。经过尝试多种神经网络结构，发现概率人工神经网络最适合于细菌分类，因此采用概率神经网络建立细菌鉴定系统。鉴定系统在人工神经网络中完成，设计图形用户界面(Graphical User Interface,⑶I)以方便生化结果的输入和鉴定结果的输出。此图形用户界面可以随MATLAB免安装程序一起运行，因此无需安装用户就可以在任意电脑上使用鉴定系统。在MATLAB中编辑⑶I，存储为“annbis.fig”。数据库模块中的信息由“分类单元”和“生化项目”构成，“分类单元”是指具有一系列生化特征的菌，一个分类单元多数情况下是一个种，也可能是一个属，或一个亚种。因此，严格的说，鉴定系统数据库模块是由各种分类单元而不是各种菌组成。根据数据库模块中每个分类单元计算判断细菌归属于哪些分类单元。所述的数据库模块中含有270个分类单元的20项生化项目呈阳性的生化结果概率，270个分类单元中具体包括285种菌，这20项生化项目是:β -半乳糖苷酶(0NPG)、精氨酸双水解酶(ADH)、赖氨酸脱羧酶(LDC)、鸟氨酸脱羧酶(0DC)、柠檬酸盐利用(CIT)、硫化氢产生(H2S)、尿素酶(URE)、吲哚(IND)、伏普试验(VP)、明胶液化(GEL)、甘露醇(MAN)、肌醇(ΙΝ0)、山梨醇(S0R)、鼠李糖(RHA)、蔗糖(SAC)、蜜二糖(MEL)、苦杏仁苷(AMY)、阿拉伯糖(ARA)、乳糖(LAC)、木糖(XYL)。270个分类单元中具体包括的285种菌的编号及其对应的20项生化项目呈阳性的生化结果概率见附录1和附录2。本专利技术收集整理的270个分类单元的20项生化试验项目的阳性概率数据来自鉴定手册和检测标准，如:《伯杰氏细菌鉴定手册》(第九版)、《伯杰氏细菌系统手册》(第二版)、《全国临床检验标准规程》(第三版)、《临床微生物学手册》(第七版)等。利用人工神经网络的图像识别和处理功能，开发对生化结果照片的读取、结果判别功能并整合到鉴定系统中作为生化结果自动读取模块，系统既接受人工输入模块手工输入的生化结果，也能通过生化结果自动读取输入模块自动读取培养后的鉴定卡结果。所述的细菌生化鉴定系统中，需要输入待检测菌的的生化项目的结果，结果输入选取采用滑动条的方式，滑动条滑向左侧表示生化结果“阴性”，滑动条滑向右侧表示生化结果“阳性”。20项生化项目可以任意选择其中几项输入，但是输入的项目数越多获得的鉴定结果越准确。“重置”按钮可以重置所有生化结果。在包含20项生化项目数据库模块的细菌生化鉴定系统中，配备有与生化结果自动读取输入模块配合使用的微量生化鉴定卡，以耐高温塑料为载体制作。微量生化鉴定卡满足如下条件:1体积小，体积小才能便于其应用于大量样本的检测。2方便使用，应该便于接种、培养和观察结果。3质量稳定，复现性好。4易于保存，应能长期保存保证其质量。制作方法如下:为满足上述要求，使用干粉培养基制作微量生化鉴定卡。制作塑料材质的固体载体，载体上有4*5个孔形杯，孔的直径为0.5cm。载体高压灭菌后备用。购买原料配制上述20种生化的液体培养基，高压灭菌后，每种培养基分别吸取30 μ L加入载体上的孔中。每个孔中对应的生化项目依次为:ONPG, ADH、LDC、ODC、CIT、H2S, URE、IND、VP、GEL、MAN、INO、SOR、RHA、SAC、MEL、AMY、ARA、LAC、XYL。将分装有 培养液的载体冷冻干燥。待所有孔中培养基完全干燥后，用一次性无菌接种环将GEL反应孔中的培养基均匀推至孔的圆周处，使圆孔中央留空。鉴定卡放于无菌平皿密封后4°C保存备用。该系统中的网络构建原理是:假设有多个输入向量和对应的目标向量，每一个目标向量有两个要件，一个是I另一个是O。因此，每一个输入向量都有与它对应的要件。有一系列待鉴定的输入向量，通过第一层的概率矩阵，可以得到一组输入向量与概率矩阵中对应值相比较得到的几何距离。该设计中一个菌名可能对应很多个输入向量。得到的几何距离本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于人工神经网络的细菌生化鉴定系统，其特征在于，包括下列模块：概率人工神经网络处理器模块、数据库模块、人工输入模块、生化结果自动读取输入模块、结果输出显示模块；上述所述的细菌生化鉴定系统中以概率人工神经网络处理器模块为中心，数据库模块、人工输入模块、生化结果自动读取输入模块、结果输出显示模块分别都与之连接，其中数据库模块与之是双向连接；上述所述的细菌生化鉴定系统中，概率人工神经网络模块是以人工神经网络工具箱和图形交互界面结合计算机硬件的处理器；数据库模块中的信息由“分类单元”和“生化项目”构成，“分类单元”是指具有一系列生化特征的菌；利用人工神经网络的图像识别和处理功能，开发对生化结果照片的读取、结果判别功能并整合到鉴定系统中作为生化结果自动读取模块，系统既接受人工输入模块手工输入的生化结果，也能通过生化结果自动读取输入模块自动读取培养后的鉴定卡结果。
【技术特征摘要】
1.一种基于人工神经网络的细菌生化鉴定系统，其特征在于，包括下列模块:概率人工神经网络处理器模块、数据库模块、人工输入模块、生化结果自动读取输入模块、结果输出显示模块；上述所述的细菌生化鉴定系统中以概率人工神经网络处理器模块为中心，数据库模块、人工输入模块、生化结果自动读取输入模块、结果输出显示模块分别都与之连接，其中数据库模块与之是双向连接； 上述所述的细菌生化鉴定系统中，概率人工神经网络模块是以人工神经网络工具箱和图形交互界面结合计算机硬件的处理器；数据库模块中的信息由“分类单元”和“生化项目”构成，“分类单元”是指具有一系列生化特征的菌；利用人工神经网络的图像识别和处理功能，开发对生化结果照片的读取、结果判别功能并整合到鉴定系统中作为生化结果自动读取模块，系统既接受人工输入模块手工输入的生化结果，也能通过生化结果自动读取输入模块自动读取培养后的鉴定卡结果。2.根据权利要求1所述的细菌生化鉴定系统，其特征在于，数据库模块中含有270个分类单元20项生化项目呈阳性的生化结果概率，270个分类单元中具体包括285种菌，20项生化项目依次是:β -半乳糖苷酶(ONPG)、精氨酸双水解酶(ADH)、赖氨酸脱羧酶(LDC)、鸟氨酸脱羧酶(ODC)、柠檬酸盐利用(CIT)、硫化氢产生(H2S)、尿素酶(URE)、吲哚(IND)、伏普试验(VP)、明胶液化(GEL)、甘露醇(MAN)、肌醇(INO)、山梨醇(S0R)、鼠李糖(RHA)、蔗糖(SAC)、蜜二糖(MEL)、苦杏仁苷(AMY)、阿拉伯糖...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾俊涛，唐静，李正义，姜英辉，
申请(专利权)人：山东出入境检验检疫局检验检疫技术中心，
类型：发明
国别省市：
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