基於小波分析法處理溶解曲線的方法、裝置和電子終端的製作方法

2023-10-05 01:57:59 2

專利名稱：基於小波分析法處理溶解曲線的方法、裝置和電子終端的製作方法
技術領域：
本發明涉及篩查突變(mutationscanning)、基因分型(MutationGenotyping)、SSR分析、檢測甲基化等領域，具體涉及一種基於小波分析法處理溶解曲線的方法、裝置和電子終端。
背景技術：
在溶解曲線的有效溫度範圍內，由於SNPs (Single-nucleotide ploymorphisms,單核苷酸多態性)的基因型是「成對」檢測的，因此純合型時，就會發生其中的一個峰缺失(形成峰谷)，而另一峰抬高的情形。以下描述產生SNPS或實驗數據的設備/儀器的相關工作過程I、在實驗過程中首先提取樣本。2、將提取的樣本放入到毛細管中。3、在毛細管中加入內標、模版、螢光染料以及DNA擴增酶等。4、放入儀器,首先進行PCR(Polymerase Chain Reaction,聚合酶鏈式反應),通過溫度的調節和擴增酶的作用將需要分析的STR (short tandem repeat,短串聯重複序列)片段進行擴增。同時，此過程也是一個螢光染料與其相對應的DNA片段充分結合的過程。5、擴增反應完成後，通過逐漸增加溫度，隨著反應中雙鏈DNA變性，螢光染料又回復到游離狀態導致螢光信號降低，實驗儀器將自動檢測該過程中螢光強度隨時間的變化細節，也就是在整個檢測過程中，單位時間所對應的螢光強度數值。6、最後使用的是螢光信號改變的負的一次導數與溫度的關係進行原始DNA分型圖的繪製。這個設備與計算機通信，把實驗數據傳給計算機的過程如下整個實驗完成後，相關的實驗數據可以通過用戶的設置，存儲到與該實驗儀器聯網的任意一臺計算機上。相關的實驗數據可以通過機器自帶的軟體進行相關的輸出，其格式具有多樣性，比如excel，xml或txt等。圖I為現有技術的溶解曲線圖，關於圖I中的術語解釋如下A =Adenine腺嘌呤；C Cytosine胞卩密唳；G Guanine鳥嘌呤；T Thymine胸腺卩密卩定。純合型指兩條染色體在同一位點上擁有相同的核苷酸；雜合型指兩條染色體在同一位點上擁有不同的核苷酸。CC純合型兩條染色體在該位點上具有相同的核苷酸，該核苷酸為胞嘧啶。就峰圖而言，CC純合型表示在標準參考序的某個C下面出現了一個峰，並且這個峰具備純合型峰的特徵(t匕如強度較高，以及在其參考序左右相鄰的核苷酸下沒有出峰等)。TT純合型兩條染色體在該位點上具有相同的核苷酸，該核苷酸為胸腺嘧啶。就峰圖而言，TT純合型表示在標準參考序的某個T下面出現了一個峰，並且這個峰具備純合型峰的特徵(比如強度較高，以及在其參考序左右相鄰的核苷酸下沒有出峰等XCG雜合型兩條染色體在該位點上具有不同的核苷酸，該核苷酸為胞嘧啶。就峰圖而言，CG雜合型表示在標準參考序的相鄰兩個核苷酸C，G下面分別出現了一個峰。圖I中X軸表示PCR產物的退火溫度，單位為攝氏度，Y軸表示螢光濃度(RFU)對溫度的一階導數，單位為mmol/L/攝氏度。如圖I所示，對於雜合型，由於兩峰同時出現，且峰高相近，因此融合後致使峰型不明顯，峰高較純合型低，因此，箭頭10所指的兩個峰就表示了雜合型，該SNP3就判為CG型。另外，箭頭20所指即為峰谷，注意相應的配對峰抬高，其中箭頭20的左箭頭所指的SNP4判斷為CC純合型，箭頭20的右箭頭所指SNP2為CC純合型，SNPl為TT純合型。圖I中箭頭10表示「峰抬高」，箭頭20表示「峰缺失」。通常情況下，我們用肉眼判斷的經驗是先看「峰缺失」和「峰抬高」，對於純合型，這兩種情況是同時出現的。對於沒有出現峰缺失的連續峰，就直接判斷為雜合型。其中，峰缺失和峰抬高都是針對原始數據曲線而言的，具體解釋如下峰缺失就是指非常明顯不是峰的地方，可以理解為非常明顯的波谷；峰抬高就是指非常明顯的是峰的地方，可以理解為非常明顯的峰。目前，市面上還沒有專門的設備能夠對如上所述的溶解峰進行有效分離。發明人
在實現本發明的過程中發現，現在技術的不足至少在於純合型峰變換後旁邊會出現雜峰，從而使分析人員受到幹擾；當沒有出現明顯「峰缺失」和「峰抬高」，而只是總體峰型較低，現有的分析技術不能給出正確的結果；目前的實驗人員都是直接通過人眼查看原始數據曲線(如圖I中的黑色曲線)，然後通過經驗來判斷哪裡出了峰，以及峰的具體位置，從而找到SNP位點，這樣非常的消耗時間，並且可能因為經驗的不足容易造成誤判。

發明內容
本發明的目的在於，提供一種基於小波分析法處理溶解曲線的方法、裝置和電子終端，以提高曲線圖中峰型識別的效率、提高分析速度、及減少人工誤判率。為達上述目的，一方面，本發明實施例提供了一種基於小波分析法處理溶解曲線的方法，所述方法包括對實驗數據進行預處理；對預處理後的實驗數據進行基線校正，獲得基線統一的曲線圖；通過小波變換對所述基線統一的曲線圖進行轉換，獲得用於最終識別的曲線圖；根據所述用於最終識別的曲線圖進行峰識別，以根據識別出的峰進行基因檢測。為達上述目的，另一方面，本發明實施例提供一種基於小波分析法處理溶解曲線的裝置，所述裝置包括預處理單元，用於對實驗數據進行預處理；基線校正單元，用於對預處理後的實驗數據進行基線校正，獲得基線統一的曲線圖；小波變換單元，用於通過小波變換對所述基線統一的曲線圖進行轉換，獲得用於最終識別的曲線圖；峰識別及基因檢測單元，用於根據所述用於最終識別的曲線圖進行峰識別，以根據識別出的峰進行基因檢測。為達上述目的，又一方面，本發明實施例還提供一種電子終端，所述電子終端包括上述基於小波分析法處理溶解曲線的裝置。本發明上述技術方案的有益技術效果在於本發明能夠根據原始數據曲線圖，自動將峰進行有效分離。也就是說能夠將原本看不出有幾個峰而需要人為根據經驗判斷的曲線圖，轉變成識別度非常高的曲線圖。上述識別度是指根據溫度以及螢光強度與溫度的一階導所繪製出來的分型曲線的峰圖的識別度。這樣大大提高了分析速度，並且減少了誤判率。


為了更清楚地說明本發明 實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為現有技術的溶解曲線圖；圖2為本發明實施例與圖I相對應的溶解曲線圖；圖3為本發明實施例的一種基於小波分析法處理溶解曲線的方法的整體流程圖；圖4為本發明實施例的一種基於小波分析法處理溶解曲線的方法的具體流程圖；圖5為本發明實施例中分別為當η為1、2、3、4、5的小波基函數的示意圖；圖6為本發明實施例的原始數據和變換後的數據表；圖7為本發明實施例的根據圖6的數據繪製的軟體處理截圖；圖8為本發明實施例的根據圖7的軟體處理截圖進行峰圖識別的示意圖；圖9為本發明實施例的一種基於小波分析法處理溶解曲線的裝置的整體功能框圖；圖10為本發明實施例的一種基於小波分析法處理溶解曲線的裝置的具體功能框圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明實施例能夠根據原始數據曲線圖，自動將峰進行有效分離。也就是說能夠將原本看不出有幾個峰而需要人為根據經驗判斷的曲線圖(如圖I中的黑色曲線)，轉變成識別度非常高的曲線圖(如圖2中的虛線曲線)。這樣大大提高了分析速度，並且減少了誤判率。圖2中箭頭10表示「峰抬高」，箭頭20表示「峰缺失」。在實際應用中，數據來自於多種不同分析儀器(例如1:ΑΒΙ 7500 ;2 = Bio-RadCFX96 ；3:Roche LightCycler 480 ；4:Rotor-gene 6000 ;5:Stratagene3000),這些儀器所產生的數據具有不同量級的測量溫度和螢光強度，並且監控溫度間隔對於不同的儀器而言也是不同的。因此基於以上問題的考慮，本發明實施例通過對原始數據進行小波變換達到進一步分型的效果。該方法能夠很好的對原始曲線進行分解，還原真實峰型，直接提供給操作員清晰明了的峰圖，在一定程度上提高了勞動效率，減少人工誤判率，以及進一步提高基因檢測的效率。圖3為本發明實施例的一種基於小波分析法處理溶解曲線的方法的整體流程圖。如圖3所示，該方法包括如下步驟110、對實驗數據進行預處理；120、對預處理後的實驗數據進行基線校正，獲得基線統一的曲線圖；130、通過小波變換對所述基線統一的曲線圖進行轉換，獲得用於最終識別的曲線圖；140、根據所述用於最終識別的曲線圖進行峰識別，並根據識別出的峰進行基因檢測。具體地，步驟110的具體處理過程可以包括對實驗數據進行採樣間距歸一化處理以及對採樣間距歸一化處理後的實驗數據執行數據周期擴展。可選地，在所述對採樣間距歸一化處理後的實驗數據執行數據周期擴展之後，所述方法還包括保存原始實驗數據和經過預處理後所得到的實驗數據。具體地，步驟120目的是將峰圖中所有曲線的y值最低點統一變換到X軸。步驟120的具體處理過程可以包括尋找一個完整周期內的起始點和終止點，以所述起始點和終止點作為參考點得到擬合直線；根據所述擬合直線對每個溫度點進行強度值校正，將基線統一到X軸。所述根據所述擬合直線對每個溫度點進行強度值校正是基於以下關係式校正後的強度值=原強度值-擬合直線在該點的強度值。具體地，步驟130的具體處理過程可以包括選取符合預設條件的小波基；選取符合預設條件的窗口 ；根據所述選取的小波基和選取的窗口，通過小波變換對所述基線統一的曲線圖進行轉換，獲得用於最終識別的曲線圖。具體地，步驟140中的基因檢測包括篩查突變，基因分型，SSR分析(SimpleSequence Repeat :簡單重複序列)，甲基化檢測等。步驟140中識別出來的峰，具有以下特徵I.該峰的最高點的縱坐標需要分別大於其左右兩個點(一共四個點)各自的縱坐標，並且其左一點的縱坐標需要大於其左二點的縱坐標,其右一點的縱坐標需要大於其右二點的縱坐標。2. "I "中所定義的峰位於經過對原始曲線使用基線校正以及小波變換方式處理之後的曲線之中，該曲線在進行峰識別的時候需要通過內置噪聲過濾算法的過濾，其目的在於將曲線中的噪聲點去掉根據全局單個色帶以及局部基因座內的峰出現的統計規律，進行噪聲峰過濾；3. I "中所定義的峰位於經過對原始曲線使用基線校正以及小波變換方式處理之後的曲線之中，該曲線需要通過內置FFT (快速傅立葉變換)算法的修正，目的在於去掉毛刺點，使曲線變得平滑通過FFT，將高頻噪聲峰進行過濾。4. "I "中所定義的峰位於經過對原始曲線使用基線校正以及小波變換方式處理之後的曲線之中，該曲線需要通過Peak Area算法的過濾將Area異常的峰進行過濾。5. "I "中所定義的峰位於經過對原始曲線使用基線校正以及小波變換方式處理之後的曲線之中，該曲線需要通過內置peak score算法的過濾通過對每個peak score的計算，對score低的peak進行過濾。
6. "I "中所定義的峰位於經過對原始曲線使用基線校正以及小波變換方式處理之後的曲線之中，該曲線需要通過內置相鄰峰過濾算法的過濾確保該樣本對應內標色中值peak的半高寬範圍內，最多只存在一個峰。以下對本發明實施例的分析方法進行詳細說明。圖4為本發明實施例的方法流程圖，如圖4所示，該分析方法包括以下步驟一、預處理，實驗數據轉換。該過程包括以三個部分對實驗數據進行採樣間距歸一化處理例如將實驗數據的溫度間隔統一到例如
O.I攝氏度，至此每一度將有10個數據點進行表示。這種轉換方式平衡了不同儀器取樣間隔不同的問題，使得對不同儀器的數據進行統一的算法處理提供了可能性。對於轉換時出現的沒有對應強度數據的溫度間隔點，本實施例以與該點左右最近的實驗值點為基礎，採用線性插值的方式對這些點進行強度值的求解和填充。對採樣間距歸一化處理後的實驗數據執行數據周期拓展(按照鏡面複製的方式，將數據進行填補和展開)因為原始數據的有效範圍一般是35攝氏度到85攝氏度，對此本實施例採用周期映射的方法將溫度區間左右擴延至O攝氏度到100攝氏度。這樣可以在一定程度上消除接下來的小波變換過程中由邊界數據導致的奇異值，提高算法的精確度。其中，周期映射是常用的處理手段，用於擴充分析數據集，其是以原始數據的起始點和終止點位基礎進行數據的鏡面複製。保存原始實驗數據成配置文件，並保存經過預處理後所得到的實驗數據在導出轉換數據時，將原始數據的數據值起始點和終止點保存到單獨的配置文件中，並將這個配置文件與轉換後的數據保存在同一路徑下。這兩個值可以直接在後面的小波變換中使用，不用實時進行計算獲取，減少了算法的時間複雜度。可選地，該步驟之後還可以包括步驟將原始數據和預處理之後的數據導入到GeneMarker 中。二、基線校正將所有數據四個通道的曲線圖(峰圖)基線統一到X軸。作為舉例而言，四個通道名稱可以分別如下通道I :FAM ;通道2 =TET ;通道3 =ROX ;通道4 :CAL。通道即色帶，具體為螢光色帶。關於螢光色帶的具體說明如下本實施例中PCR的過程實際上全稱為螢光定量PCR，它是通過在PCR反應體系中加入螢光基團，利用螢光信號積累實時監測整個PCR進程，最後通過標準曲線對未知模板進行定量分析。在峰圖中看到的藍色曲線、綠色曲線等，實際上就是通過藍色螢光、綠色螢光跟相應的DNA片段相結合，然後通過測定其濃度，所繪製出來的曲線。FAM、TET、ROX、CAL是螢光標量的簡稱，其為業內的行業規範。具體的相關介紹如下表CFX96六通道激發、檢測光譜設計
權利要求
1.一種基於小波分析法處理溶解曲線的方法，其特徵在於，所述方法包括 對實驗數據進行預處理； 對預處理後的實驗數據進行基線校正，獲得基線統一的曲線圖； 通過小波變換對所述基線統一的曲線圖進行轉換，獲得用於最終識別的曲線圖； 根據所述用於最終識別的曲線圖進行峰識別，並根據識別出的峰進行基因檢測。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述對實驗數據進行預處理包括 對實驗數據進行採樣間距歸一化處理； 對採樣間距歸一化處理後的實驗數據執行數據周期擴展。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，在所述對採樣間距歸一化處理後的實驗數據執行數據周期擴展之後，所述方法還包括保存原始實驗數據和經過預處理後所得到的實驗數據。
4.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述對預處理後的實驗數據進行基線校正包括 尋找一個完整周期內的起始點和終止點，以所述起始點和終止點作為參考點得到擬合直線； 根據所述擬合直線對每個溫度點進行強度值校正，將基線統一到X軸。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述根據所述擬合直線對每個溫度點進行強度值校正是基於以下關係式 校正後的強度值=原強度值-擬合直線在該點的強度值。
6.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述通過小波變換對所述基線統一的曲線圖進行轉換，獲得用於最終識別的曲線圖包括 選取小波基； 選取窗口 ； 根據所述選取的小波基和選取的窗口，通過小波變換對所述基線統一的曲線圖進行轉換，獲得用於最終識別的曲線圖。
7.一種基於小波分析法處理溶解曲線的裝置，其特徵在於，所述裝置包括 預處理單元，用於對實驗數據進行預處理； 基線校正單元，用於對預處理後的實驗數據進行基線校正，獲得基線統一的曲線圖；小波變換單元，用於通過小波變換對所述基線統一的曲線圖進行轉換，獲得用於最終識別的曲線圖； 峰識別及基因檢測單元，用於根據所述用於最終識別的曲線圖進行峰識別，並根據識別出的峰進行基因檢測。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述預處理單元包括 採樣間距歸一化處理模塊，用於對實驗數據進行採樣間距歸一化處理 數據周期擴展模塊，用於對採樣間距歸一化處理後的實驗數據執行數據周期擴展。
9.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 存儲單元，用於保存原始實驗數據和經過預處理後所得到的實驗數據。
10.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述基線校正單元包括 直線擬合模塊，用於尋找一個完整周期內的起始點和終止點，以所述起始點和終止點作為參考點得到擬合直線； 基線統一模塊，用於根據所述擬合直線對每個溫度點進行強度值校正，將基線統一到X軸。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特徵在於，所述基線統一模塊在根據所述擬合直線對每個溫度點進行強度值校正是基於以下關係式校正後的強度值=原強度值-擬合直線在該點的強度值。
12.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述小波變換單元包括 第一選取模塊，用於選取小波基； 第二選取模塊，用於選取窗口 ； 小波變換模塊，用於根據所述選取的小波基和選取的窗口，通過小波變換對所述基線統一的曲線圖進行轉換，獲得用於最終識別的曲線圖。
13.一種電子終端，其特徵在於，所述電子終端包括權利要求7-12中任一項所述的基於小波分析法處理溶解曲線的裝置。
14.根據權利要求13所述的電子終端，其特徵在於，所述電子終端為計算機、移動通信終端、個人數字助理PDA或現場手持測量設備。
15.根據權利要求13所述的電子終端，其特徵在於，所述電子終端包括 通信單元，用於通過有線和/或無線的方式將所述基於小波分析法處理溶解曲線的裝置處理後的用於最終識別的曲線圖、或者與所述用於最終識別的曲線圖對應的數據傳輸到外部的其他設備。
全文摘要
本發明實施例提供了一種基於小波分析法處理溶解曲線的方法、裝置和電子終端，所述方法包括對實驗數據進行預處理；對預處理後的實驗數據進行基線校正，獲得基線統一的曲線圖；通過小波變換對所述基線統一的曲線圖進行轉換，獲得用於最終識別的曲線圖；根據所述用於最終識別的曲線圖進行峰識別，並根據識別出的峰進行基因檢測。本發明能夠根據原始數據曲線圖，自動將峰進行有效分離。也就是說能夠將原本看不出有幾個峰而需要人為根據經驗判斷的曲線圖，轉變成識別度非常高的曲線圖，從而大大提高了分析速度，並且減少了誤判率，提高了基因檢測的效率。
文檔編號G06F19/26GK102880812SQ201210273620
公開日2013年1月16日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者李欣, 劉長勝 申請人:北京華生恆業科技有限公司