中药色谱指纹图谱相似度算法的改进
毕业论文关键词：指纹图谱、质量评价、相似度、金银花药材、香丹注射液
Improve an algorithm of similarity between chromatographic fingerprints of traditional Chinese medicines
Abstract: This paper proposed a new similarity algorithm between chromatographic fingerprints to improve the original Euclidean distance similarity algorithm that our laboratory has by using negative exponential function principle and introducing a characteristic coefficient ω. The output value of the new algorithm was in the range of (0-1) and had a unified evaluation threshold value to different kind of traditional Chinese medicines to conform the regulations of ‘The fingerprint technical specifications of traditional Chinese medicine injections (provisional)’. Let the new algorithm apply to xiangdan injection and honeysuckle’s quality detection. The results are consistent with the practice. The new method provides more rationality and practicability in TCM quality control and analysis compare to existing method.
Keywords: fingerprints; estimation of quality; similarity; traditional Chinese medicine; honeysuckle; xiangdan injection
1．前言
中药色谱指纹图谱是一种可量化的、综合的色谱鉴定手段，可以应用于鉴别药材真伪和评价原料、半成品和成品药材质量的均一性和稳定性[1]，解决了中药由于成分复杂而导致质量分析困难的问题。利用色谱指纹图谱相似度法进行中药质量控制是其中的关键技术[2]。色谱指纹图谱相似度评价方法的研究已经取得一定进展，常用的方法有向量夹角法[3]、相关系数法[4]、欧式距离[5, 6]、马氏距离[7]等。上述相似度评价方法各有特点，但也存在各自的局限性[8]，有些对非共有峰的反应不够灵敏，有些对较小的共有峰识别能力较差，有些则对样本数量要求过高，不便于处理。现本实验室提出了一种基于欧氏距离的相似度算法[6]解决了其中的一些问题，能有效地评价中药质量，但该算法对不同中药的判断阈值各不相同，不能满足国家药典委员会发布的《中药注射剂指纹图谱研究的技术要求（暂行）》[9]之规定：取值范围在(0~1)，不同中药评价判断阈值统一为0.9，相似度大于0.9就可以判定样品质量合格。本文将通过引入特征系数ω并利用负指数原理对该算法进一步改进，使其符合《中药注射剂指纹图谱研究的技术要求（暂行）》[9]的规定，以便根据指纹图谱相似度大小更直观地判断中药质量，中药品种或剂型不同，其特征系数ω不同，起到技术秘密、技术壁垒作用。
1.1算法改进
本实验室原有的算法[6]是将对照指纹图谱向量设为Y: Y= (y1, y2, y3, …, yi, … yn)，yi代表标准样品中i成分的峰面积；同样的，样品指纹图谱向量为X: X= (x1, x2, x3, …,xi, … xn)，xi代表样品中i成分的峰面积，设两个向量之间的绝对欧几里得距离为|Z|，如图1。
图1. 样品指纹图谱和对照指纹图谱向量图
用d= |Z|/ |Y|表示样品指纹图谱与对照指纹图谱间的相似度，将绝对欧几里得距离|Z| 和对照指纹图谱向量的模|Y| 公式化并进行优化后得到公式(1)，从图1可以看出d越接近零则样品与标准的质量差距越小，反之d值越大则对应样品和标准的质量差距越大。
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