全 文 ：模式识别在中药质量评价中的应用进展
赵宇新 o李曼玲
k中国中医研究院 中药研究所 o北京 tsszssl
≈摘要  目的 }对模式识别在中药质量评价中研究进展进行综述 ∀方法 }总结有关化学模式识别 !显微图像模
式识别及人工神经网络在中药质量评价中应用的研究文献 o综述不同方法在该领域中的应用 ∀结果 }到目前为止 o
红外 !紫外 !裂解2高分辨气相色谱 !Š≤2 ¤¶¶总叠加质谱等被应用于中药的化学总特征的表现 ~基于体视学和计算
机图像测试技术的图像定量分析 o以及图形生成理论和计算机图形学的三维重建和显示技术被应用于中药组织的
体视学参数的确定 ~误差反传等类型人工神经网络在中药质量评价中也有重要的应用 ∀结论 }化学模式识别 !显微
图像模式识别 !人工神经网络在中药质量评价中起到了重要的作用 o具有广阔的发展前景 ∀
≈关键词  化学模式识别 ~显微图像模式识别 ~人工神经网络 ~中药质量评价
≈中图分类号  • u{w qt ≈文献标识码  „ ≈文章编号  tsst2xvsukussultt2s{s{2sw
中药学是中国传统文化的重要组成部分 o在疾病的防治
中起着重要的作用 ∀对于中药质量的评价显得尤为重要 ∀
以往对中药/有效成分0的定量分析并不能完全表现出中药
的内在质量 ∀随着学科的发展 o过去被认为是无效的成分如
多糖 !蛋白等 o现在被发现其新的药用活性 o所以对中药质量
的评价 o最好建立在缜密 !系统 !全面的基础上 o结合药理活
性等指标 o做出综合评价 ∀模式识别是近年来发展起来的一
门新的技术 o广泛的应用于多种领域 o本文即对模式识别在
中药质量评价中的应用进行简要综述 ∀
1 模式识别的基础原理简介
模式识别k³¤··¨µ± µ¨¦²ª±¬·¬²±l是一门用计算机代替人对
模式 o即所研究的系统进行描述 o分类和决策的新兴学科 ∀
已经被广泛的应用于多种领域 ∀应用于模式识别中的数学
方法有很多 o其中决策理论法k又称统计法l应用的较多 ∀而
结构法k又称句法l应用的相对较少 ∀统计模式识别技术还
可以分成许多类 o比如图示法和非图式法等等 ∀统计模式识
别技术主要是根据从输入模式中提取的一组特征 o与模板进
行对比而实现对所研究体系的描述和分类≈t  ∀
在模式识别的过程中 o要用适当的方式表现每个样本的
特征 ∀当事物只有一个特征k ν € tl时 o各个模式可以用直线
坐标上的点来表示 ~当事物有两个特征k ν € ul时 o各个模式
可以用平面坐标表示 ~当必须用 v个特征k ν € vl来表征事物
时 o各个模式可以用立体坐标表示 ~当事物必须用 v个以上
k ν ∴vl的特征才可以表征时 o在多维空间中的点无法直观的
表现在平面上 o这时需要采用降维的方法和特殊的图示法 ∀
常用的方法包括主成分分析k³µ¬±¦¬³¤¯ ¦²°³²±¨ ±·¤±¤¯¼¶¬¶o
≈收稿日期  usst2tt2sv
≈通讯作者  电话 }kstslywstwwtt2u|v| ∞2°¤¬¯}½¼¬°¼°¤¬¯ƒ
tyv q¦²°
°≤ „l o简单分类算法 k¶¬°³¯¨ ¦¯¤¶¶¬©¬¦¤·¬²± ¤¯ª²µ¬·«° o ≥Œ2
≤„l o非线性映射 k±²±¯¬±¨ ¤µ °¤³³¬±ªo ‘ l o星座图技术
k¦²±¶·¨¯ ¤¯·¬²±2ªµ¤³«¬±ª·¨¦«±¬´∏¨ l等等 ∀对多维空间中的两点
距离的描述k多维空间中 o两点距离越近 o两种模式越有可能
属于一类l多采用欧氏距离 o°• Œ „k³¤··¨µ± µ¨¦²ª±¬·¬²± ¥¼
¬±§¨ ³¨ ±§¨ ±·°∏¯·¬¦¤·¨ª²µ¼ ¤±¤¯¼¶¬¶o独立多重分类分析模式l
中采用类距离 o以此作为分类的标准 ∀另外还有一些属于非
图示法 o不计算样本特征空间距离的模式识别技术 o比如人
工神经网络识别技术k¤µ·¬©¬¦¬¤¯ ±¨ ∏µ¤¯ ±¨ ·º²µ®o„‘‘l o模糊模
式识别k©∏½½¼ ³¤··¨µ± µ¨¦²ª±¬·¬²±l等等≈u  ∀
人工神经网络k„‘‘l技术是一种全新的模拟人脑功能
的信息处理系统 ∀以数学网络拓扑结构为理论基础 o以高度
的容错力 o信息和加工存储一体化 o自组织自学习为特征 o具
有超强的处理复杂信息的能力 ∀人工神经网络是真实神经
网络的一种数学抽象 o用许多数学神经元按一定的方式连接
而成的一种网状数学拓扑 ∀网络结构的基本单位是神经元
接点 ∀神经元是一个多输入 o单输出的非线性元件 ∀网络中
的信息处理和传递都由网络结构中的连接权所决定 ∀根据
网络拓扑结构的不同 o可分为误差反传k…°l网络 !二值自适
应共振理论k„ • ×tl网络等多种结构类型≈v  ∀
用神经网络处理问题的过程既是在网络拓扑结构固定
的条件下确定网络权值的过程 o这一过程被称为训练过程或
学习过程k¯ ¤¨±¬±ª³µ²¦¨¶¶l o学习过程又被分为有指导学习和
无指导学习 ∀连接权确定之后 o学习过程结束 o即可用网络
对未知系统进行预测和描述 o又称为网络的回想kµ¨¦¤¯ l¯≈w  ∀
对于模式识别中一些具体的操作和算法可参见有关文
献≈x ∗ |  ∀
2 模式识别在中药质量评价中的应用进展
2 q1 化学模式识别在中药质量评价中的应用
化学模式识别是根据物质所含的化学成分 o用计算机对
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其进行分类或描述 ∀可利用 ׏≤ o˜ ∂ oŒ• o‹°≤ oŠ≤ o ≥等
方法获得其化学数据 o再根据一定的方法进行识别 ∀近年
来 o很多学者对化学模式识别已作了很多的研究 ∀齐美玲等
人对来自 ts个产地 !x种黄芩的 uv个样品 o借助 ׏≤ o°≤ o
Š≤ 及 ˜ ∂ 等分析手段 o获得其理化特征 ∀利用模糊聚类分
析对不同种黄芩间的差异进行了研究 o得到了模糊等价关系
矩阵及动态聚类图 ∀结果表明 o粘毛黄芩和甘肃黄芩与正品
的差异比较小 o可以考虑作为正品的代用品使用 o而滇黄芩
和丽江黄芩与正品的差异比较大≈ts  ∀王铁杰等人对 z个种
v{个龙胆样品的甲醇提取物进行了 ‹°≤ 分析 o按5中国药
典6的规定将样品分为正品和非正品两类 o运行 ≥Œ ≤ „ 程
序 o选用 t{个正品和 y个非正品龙胆样品作为星区图的训
练集 o其余 tw个作为试验集 ∀结果表明 o化学模式识别结果
和形态鉴别结果一致≈tt  ∀毕开顺等人将 ux 个生态环境和
生长年数不同的人参样品制备成水 !酒提取液 o用紫外2可见
分光光度法 !高效液相法和电感偶合等离子发射光谱法获得
反映提取液内化学成分的整体数据 ∀再利用抗疲劳 !抗利尿
作用和巨噬细胞吞噬功能测定提取液的生物活性 ∀然后根
据药理试验的结果对上述化学数据进行特征抽取 o求解模糊
关系方程 o最后通过相关分析 o制定出评价人参质量的新方
案 o结果发现 o人参总糖和总皂苷的含量与生物活性存在负
相关 ∀人参的 v种生物活性与其总糖和总皂苷的百分含量 !
几个皂苷各自的百分含量及它们的配比有关 ∀就 v个生物
活性指标和水 !酒提取物的整体而言 o人参皂苷起主要医疗
作用 o糖次之 o微量元素作用很小≈tu  ∀张亮等人运用气相色
谱2质谱法对雷公藤和昆明山海棠共 ut个样品进行分析 o将
每一样本进行色谱分离后的各成分质谱 o按一定规则进行叠
加 o形成样本的总质谱 o然后根据 ≥«¤±±²±信息理论进行特
征选取 o采用 ≥Œ ≤ „法和非线性映射技术 o将多维空间中的
样本点放在二维平面上 ∀结果显示 o雷公藤去皮根心和根皮
差异显著 o被分为两类 ~昆明山海棠去皮根与雷公藤去皮根
被归为同类≈tv  ∀张亮等人对 vu 种不同产地的石斛样品在
uss ∗ vys ±°区间 o每隔 t ±°测定 t个吸收值 o利用不同波
长下的吸光度与特定波长下吸光度的比值作为化学特征 o再
利用 ≥«¤±±²±信息理论进行特征选取 o选用 ts 个通道作为
分类特征 o再采用主成分分析法进行质量研究 o分类结果与
植物形态学鉴定基本一致≈tw  ∀王秀坤等人对不同产地的共
ws种苦参样品利用同样的方法进行紫外测定 o运用主成分分
析和非线性映射技术对苦参进行了化学模式识别 ∀分析结
果与药材形态特征明显相关≈tx  ∀曾明等人运用同样的方法
对不同产地的野葛及葛属的其他 {种植物共 us种样品进行
˜ ∂ 测定 o再运用 ≥«¤±±²±信息论及主成分分析法进行模式
识别研究 o结果显示 o商品流通中的主流样本野葛和粉葛比
较近似 o产于黄河以南和以北的野葛被分别归为一类≈ty  ∀
刘谦光等人对不同产地的 tw种西洋参中的可溶性糖 !总皂
苷和微量元素进行测定并作为化学参数 o将这些数据压缩到
≈s ot 闭区间内 o按模糊动态聚类分析法构造出模糊关系矩
阵 ∀再按模糊聚类最大树法直接进行聚类 o结果显示 o包括
美国加拿大的 z种西洋参质量最佳 ~陕西汉中等 v个产地的
西洋参质量优良 ~贵州等 u个产地的西洋参质量欠佳 o结果
与实际结果相符≈tz  ∀张汉明等人选择了葛根的总黄酮 !葛
根素 !大豆苷元 !大豆苷 !多糖等成分的含量及抗内毒素活性
强度作为化学和药理指标 o运用逐步回归法建立了回归方
程 ~同时采用 …¤¼¨ µ¶判别分析建立了判别分析方程 o对葛属
植物进行了模式识别研究 ∀结果发现 o黄酮类成分在逐步回
归分析中 o没有达到相关水平 o未进入方程 ~而多糖则与抗内
毒素活性呈负相关 ∀判别分析的正确率达到了 |w qtu h 和
{{ quw h ≈t{  ∀
2 q2 显微图像模式识别在中药质量评价中的应用
随着计算机技术的发展及其在生物医学中的应用 o中药
组织形态学研究开始向三维和定量的方向发展 o同时使中药
鉴定更加客观 !全面和准确 ∀基于体视学和计算机图像测试
技术的图像定量分析 o以及图形生成理论和计算机图形学的
三维重建和显示技术的应用 o使中药混乱品种的鉴定和多源
道地药材形性识别 o及其质量的相关研究找到了一个新的方
法 ∀现将有关研究总结如下 ∀肖小河等人使用改进的 ¤¶2
µ定量图像分析系统测试不同产地的共 ty种郁金类中药组
织的显微图像的体视学形态参数 o包括统计和形态两大模
块 ∀前者包括体密度 !面数密度 !间距 !直径等 ~后者包括截
面积 !周长 !最大直径 !球化度等参数 ∀然后通过聚类分析和
主成分分析 o定性定量的刻划了郁今类中药显微鉴定特性和
评判标准 ∀结果显示 o当分类阈值取 { qux 时 o可将黄丝郁
今 !绿丝郁今 !温郁今和云南郁今明确的区分开来 ~不同部位
的郁今类中药显微图像定量分析结果差异显著 o黄丝郁今的
头部 !中部 !尾部就有明显的差异 ∀通过主成分分析 o确定了
对排序和分类最有影响的内皮细胞平均最大直径等 ts个组
织细胞的体视学参数≈t|  ∀此外 o肖小河等人还运用同样的
方法对不同品种 !不同产地 !不同部位的 uu种黄连样品进行
了计算机图像定量分析 o建立了其显微鉴定模式识别系统 o
结果显示 o不同产地和不同采收期的同种黄连组织细胞的体
视学形态有很大的相似性和重现性 o不同种类的黄连之间差
异较大≈us  ∀对于国产的不同产地 !不同种类的共 ut个姜黄
属药物植物的叶子 o肖小河等人也对其进行了同样的研究 o
结果表明 o姜黄属植物不同产地不同种类的叶表皮细胞密
度 !大小和形状存在明显差异 ~上表皮细胞平均周长 !下表皮
细胞平均截面积和平均圆形度等 {个主要参数可作为鉴别
的特征参数≈ut  ∀
2 q3 人工神经网络在中药质量评价中的应用
人工神经网络是用工程技术手段模拟生物神经网络的
结构特征和功能特征的一类人工系统 ∀它与传统的模式识
别技术相比 o具有自组织 !自学习和自适应的能力 o处理信息
量大的特点 ∀因而近年来发展较快 o在中药质量评价中也有
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一些应用 o并获得许多有意义的成果 o特综述如下 ∀张亮等
人将雷公藤和昆明山海棠根皮及去皮根共 ux种浸出物的红
外光谱数据通过误差反传网络进行模式识别 o网络结构为 v
层 o输入节点 |个 o隐层节点 ut个 o输出节点 t个 ∀分类结
果与 ≥Œ ≤ „法基本一致 ∀证明雷公藤根皮和去皮根在化学
成分上是有区别的 o而昆明山海棠处于两者之间≈uu  ∀乔延
江等人使用对称三层 …°神经网络方法对 uu个蟾酥样品的
|个色谱峰的测量数据进行特征抽取 o用抽取的两个特征及
对应的误差绘图 o直接对样本实现了分类 ∀结果将蟾酥分为
v类 o北方中华大蟾蜍产蟾酥 o南方中华大蟾蜍产蟾酥和花背
蟾蜍产蟾酥 ∀将 uu个样本随机分为 u组 o用 tu个作为训练
集 ots个作为检验集 o发现网络的识别正确率达到 tss h o证
明网络提取的特征可以全面的反映原始数据的信息≈uv  ∀蔡
煜东等人对于不同产地的 tu种厚朴样品 o通过气相色谱分
析得到各组分的相对含量 o运用 …°人工神经网络对这些样
品进行分析和评价 o选择 {个样品作为训练集 ow个作为检验
集 o结果发现 o网络的误判率为 s o评价结果与实际情况完全
一致≈uw  ∀张亮等人运用二值自适应共振理论k„ • ×tl网络
和非线性映射k‘l技术对中药戊己丸进行了缺省药材的
定性识别研究 o实验数据为药材浸出液的红外光谱 o特征选
取采用 ≥«¤±±²±信息量法 o结果表明 o„ • ×t 网络对 v 类共
ys个样品的正确识别率分别为 {x h o{s h o|s h o平均正确
率为 {x h o可见 „ • ×t 网络能够对多类情况进行正确的识
别 o但是准确率有待于进一步的提高≈ux  ∀另外 o钟晨等人运
用人工神经网络k…°模型l成功的不经分离直接测定了复方
制剂维 ≤ 银翘片中扑热息痛和维生素 ≤ 的含量 o为中药复方
的质量控制建立了一个新的方法≈uy  ∀
模式识别和人工神经网络在其他方面比如药剂学≈uz  !
药动学r药效学≈u{  !蛋白质二级结构预测≈u|  !通过分子结构
预测药物毒性≈vs ovt 及三糖的tv ≤2‘ • 化学位移的预测≈vu 
等方面都有更广泛的应用 ∀另外 o模式识别在中药指纹图谱
方面也有许多应用 o鉴于这方面已有许多综述性文章≈vv ∗ vx  o
本文不再赘述 ∀
3 小结及前景展望
中药质量的模式识别 o既体现了中药成分复杂 o多成分
多靶点综和作用的机理 ∀又具有较强的科学性和实践性 ∀
但是 o从现阶段的研究状况来看 o还存在很多的困难和问题 ∀
首先 o对于某一中药的研究中 o不容易把不同属性的样品收
集齐全 o至于正品 !代用品及伪劣品更不容易收集到足够的
样本含量 ∀其次 o不容易采用适当的方法将样品的特征信息
完全表现出来 o以进行识别分析 ∀还有 o在模式识别研究中 o
模式识别与药理试验的联系没有更多的开展 o使综合的质量
评价没有与中药的疗效结合起来 ∀但是 o随着计算机技术在
中药研究领域中的不断应用 o模式识别方法从理论性到实践
性的不断发展 o特别是人工神经网络的不断完善 ∀相信它会
成为中药质量评价的一种科学的 !全面的 !准确的方法 ∀
≈参考文献 
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药学学报 ot||w ou|kwl }u|s q
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识别 q中草药 ot||{ ou|ktsl }yxu q
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草药 ot||| ovskttl }{xu q
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式识别研究k µl q中草药 ousst ovukvl }uxv q
≈t|  肖小河 o乔传卓 o苏中武 o等 q郁今类组织形态学图像的模式
识别 q中国药学杂志 ot||{ ovvkul }zy q
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模式识别 q中草药 ot||{ ou|k{l }xw| q
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图像模式识别 q中国中药杂志 ousst ouyk{l }xuv q
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和昆明山海棠的分类识别研究 q药学学报 ot||x ovskul }tuz q
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≈vv  聂 晶 o田颂久 o王国荣 o等 q中药指纹图谱的研究现状 q中草
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≈vw  屠鹏飞 q高效液相色谱法制定中药材和中药注射剂特征指纹
图谱的探讨 q中成药 ousss ouukzl }xty q
≈vx  苏薇薇 o吴 忠 o全 健 o等 q中药指纹图谱的构建及计算机解
析 q中药材 ousst ouwkwl }u|x q
Αππλιχατιον οφ Παττερν Ρεχογνιτιον το Θυαλιτψ Ασσεσσµεντ
οφ τηε Τραδιτιοναλ Χηινεσε Μεδιχινε
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≈责任编辑 李 禾 
5简明中药饮片炮制与应用6由中国中医研究院中药研究所研究员 !著名中药炮制学专家王孝涛编著 o金盾出版社出版 ∀
全书共分 tz章 o分别介绍了中药净选 !切制 !酒制 !醋制 !盐制 !姜制 !蜜制 !药汁制 !油制 !炒制 !烫制 !煨制 !煅制和制炭 tw种方
法 o每一种方法均介绍了炮制作用及制作方法 o同时还介绍了中药饮片的质量要求和贮存保管知识 ∀书后有中药材采收与加
工 o毒性中药品种及中医配伍用药禁忌附录 o便于读者查阅 ∀内容丰富 o科学实用 o可操作性强 o适合基层从事中药炮制生产 !
中药调剂 !中药经营管理人员及药农阅读 o也可供家庭用药参考 ∀
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第 uz卷第 tt期
ussu年 tt月
中 国 中 药 杂 志
Χηινα ϑουρναλ οφ Χηινεσε Ματερια Μεδιχα
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