友思特“未来视界”趣味实验室 第2讲：中草药的高光谱成像

第2讲 ——当中药遇上高光谱系统

友思特“未来视界”实验室第二讲开课了！本期主角是凝结了中国古老智慧的特色——中药。

从神农尝百草到《本草纲目》典籍问世，中药材发展至今，品类已高达上万种。在这其中，难免会存在形态相似而功效大不相同的药材，价值自然也千差万别。如此珍贵的（需要你捏着鼻子饮用的）良方，如果掺杂了劣质或者冒牌的假货，不仅是破财不免灾，更重要的没有实现对症下药，导致病情无法在疗程内得到缓解，甚至造成走上错误的调理和治疗方向。

那么，有什么方法能快速区分中药材的真伪呢？欢迎您与我们共同走进全新的高光谱成像技术，看看友思特高光谱成像系统装置下映照出的那些看似“双胞”实则“两家人”的中药材的真实形态吧！

实验背景：鱼目混珠的中草药怎么鉴别？

中药材是中华民族医学智慧的结晶，是原植物、动物、矿物除去非药用部位的物质，具有预防和治疗多种疾病、调养身心、康复保健等医学疗效。随着市场需求的增加和商业化进程的推进，中药材面临着品质参差不齐、真伪不明、掺假掺杂等问题。有些商家为了追求利润，可能会使用次品或掺假伪劣品牌售中药材，这不仅影响疗效，还可能对消费者健康造成危害，因此保障中药材质量安全显得尤为重要。

常见的中药材真伪鉴别方法有外观鉴别和理化鉴别。外观鉴别即通过肉眼观察外观特征，如形状、颜色、气味等，初步判断中药材的真伪。这种方法简单直观，但易受人为主观因素影响，准确性有限。理化鉴别包括显微镜观察、色谱分析、矿物质分析等，通过检测中药材的理化性质和成分组成，确定其真伪。这些方法对掺假较为敏感，能够提供较为客观的评估结果。然而这种方法通常需要复杂的样品制备及预处理，需要更多的时间成本，分析效率下降；此外，一些分析技术在检测过程中需要有毒及致癌的有机溶剂，而对操作人员的身心健康产生一定的影响。

中药材真伪鉴别不仅是保障民众健康和维护中药市场秩序的必要手段，也是促进中药产业发展和传承中华传统文化的重要保障措施。随着科技的进步，鉴别方法不断创新，将为中药材的质量和安全提供更加可靠的保障。

技术方案：高光谱成像技术&友思特方案

高光谱成像技术是一种捕获和分析宽波长信息的技术，能够对材料和特征进行详细的光谱分析和识别。高光谱成像技术的实现要通过高光谱相机，其工作原理是使用多个光学传感器或光学滤波器分离不同波长的光，并捕获每个波段的图像，能够在一时间获得目标在不同谱段处的空间图像信息，即空间光谱分布，具有快速、实时、无损检测等优点，可用于地质勘查、工业过程分析、科学考古、医学诊断、环境监测等领域。高光谱技术已被成功应用于栀子、红参、甘草等多种中药材的分析鉴别。

友思特高光谱系统由高功率红外光源、可调谐波长选择器、镜头和短波红外相机组成（如下表）。红外光源提供 900-1700nm 范围内的高功率光源输出，波长选择器提供快速、精确和高分辨率的波长调谐功能，红外相机捕捉像素信号并生成图片。

如果您想要实现高光谱成像的应用，我们将根据实际的应用场景，以友思特全自动调谐波长选择器FWS-Poly为核心设备，定制一个具有更精准和更高分辨率全新的高光谱成像系统。

友思特高光谱成像系统组成

多种中药材的高光谱对照实验

本次实验中，友思特高光谱成像系统将对一批当归、酸枣仁和西洋参的真伪进行鉴别，对照组分别为独活、臭豆和桔梗。实验组与对照组都具有非常相似的外貌，但物理性质和药用功效完全不同。

测试系统如下图所示，由友思特 TLS 激光光源、Poly-RED波长选择器（1000-1600nm）和 InGaAs 红外相机组成，测试过程为使用 TLS 为激发光，设置 FWS-Poly 从 1000-1600nm 进行扫描，以 50nm 为步长，FWHM 为 13nm，拍摄每个波长下的照片。

友思特高光谱解决方案装置图 友思特高光谱解决方案示意图

1. 当归 vs 独活

当归和独活是常用的中草药，它们在植物学特征、生长环境和药用功效上有显著的差异，因此在临床应用和药材采集上也会有所区分。

测试结果：以 1250nm 图像为代表（由于篇幅原因，我们只在这里展示了最具有差异化的图像所在波段并进行对比，下同）。当归的图像有黑环和不规则、小型黑晕分布，而独活的图像有较多的黑点，无明显黑环和黑晕分布，证明二者的成分不同。

2. 酸枣仁 vs 臭豆

酸枣仁和臭豆都是中药材中的种子类药物，酸枣仁为枣科植物枣树的种子，臭豆为豆科植物风车子的种子。二者外貌较为相似，都有一定的药用价值，但功效和应用范围截然不同。

测试结果：以 1100nm 图像为代表。酸枣仁为杏仁状，中心白点分布均匀；臭豆为原片状，中心白点分布非常不均匀，时有时无，证明二者的成分、形状不同。

3. 西洋参 vs 桔梗

西洋参和桔梗是两种不同的根茎类中药材，但价格差异悬殊。由于外貌十分相似，经常有以次充好的商家将桔梗作为西洋参售卖，或在西洋参中掺杂一部分桔梗混淆消费者。

测试结果：以 1200nm 图像为代表。西洋参的图像中具有每片样本都具有宽度均匀的黑色晕环，而桔梗的黑色晕环的分布非常不均匀、厚度和深浅在个体上差异较大，可证明二者的成分不同。

实验小结

高光谱成像技术为中药材的质量控制和安全保障提供了可靠的技术支持，在实际生产与检测工作中，也可以结合可见光成像检测、图像分析技术、光谱分析技术等其它鉴别手段，对中药材进行更为全面和系统的真伪鉴别。

随着技术的不断进步和应用范围的扩展，我们相信高光谱技术在中药材真伪鉴定领域的作用必将更加深远，为中药产业的发展和消费者的用药安全提供重要保障。

参考文献：

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审核编辑 黄宇