实现基因分析仪检测信号归一化的方法、系统及设备与流程

本发明涉及生化检测，尤其涉及一种实现基因分析仪检测信号归一化的方法、系统及设备。

背景技术：

1、基于毛细管电泳技术的基因分析仪可应用于sanger测序与基因片段分析。毛细管电泳是以石英毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，充填多孔凝胶作为支持介质，通过温度控制保证凝胶的孔径分布于dna构象。当dna分子的大小与凝胶孔径相当时，其淌度与尺寸大小有关，短片段受到的阻碍较小，从毛细管中涌动较快，长片段受到的阻碍较大，从毛细管中涌动较慢。因dna分子带负电，在毛细管两端加上直流高压电后，通过电进样的方式，标记了荧光基团的dna会从毛细管阴极端口进入毛细管，并向阳极涌动，不同长度的dna分子会先后通过检测窗口，当某一dna分子经过光学检测窗口时，通过激光激发dna上的荧光基团而产生荧光，从而被光谱仪采集，光谱仪将光信号转换为电信号再转换为数字信号。将原始的数字信号进行处理后，通过分析软件分析，就可获得dna分子的碱基序列或相对片段长度。

2、基因分析仪所采集的信号，本质上是光信号。光信号又分为dna上荧光基团上的荧光信号与电泳凝胶的拉曼信号。一般用拉曼信号来表征光学系统的状态，而dna荧光信号受上样时间、上样电压、上样位置、样品浓度、光学系统以及毛细管自身状态等诸多因素的影响。因此使用基因分析仪检测时，一直不可避免不同毛细管间的信号差异，以及相同毛细管不同检测次数的差异，从而导致检测结果的偏差。如何解决不同毛细管间的信号差异以及相同毛细管不同检测次数的信号差异，对提升基因分析结果质量具有重要意义。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的实现基因分析仪检测信号归一化的方法、系统及设备。

2、本发明的一个方面，提供了一种实现基因分析仪检测信号归一化的方法，所述方法包括：

3、对基因分析仪电泳过程采集的每一道毛细管的内标物通道的光谱信号进行内标匹配，并根据匹配成功的内标匹配序列计算每一道毛细管内标物通道的单通道内标平均值；

4、采用预设的内标标准值分别除以每一道毛细管的内标物通道的单通道内标平均值，将得到的计算结果作为对应毛细管的归一化系数；

5、根据每一道毛细管的归一化系数分别对各自毛细管中其他颜色通道的光谱信号进行归一化修正，实现检测信号归一化。

6、可选地，在对基因分析仪电泳过程中采集的每一道毛细管的内标物通道的光谱信号进行内标匹配之前，所述方法还包括：

7、对仅装有指定浓度的内标物的多道毛细管进行电泳，以采集每一道毛细管的内标物通道的光谱信号并进行内标匹配，计算每一道毛细管对应的满足内标匹配要求的内标匹配序列中各个内标峰的平均峰值，得到每一道毛细管内标物通道的单通道内标平均值；

8、计算各道毛细管内标物通道的单通道内标平均值的变异系数，若变异系数小于预设变异阈值，则将各道毛细管内标物通道的单通道内标平均值的均值或均值的预设倍数作为所述内标标准值。

9、可选地，在将得到的计算结果作为对应毛细管的归一化系数之后，所述方法还包括：

10、判断每一毛细管的归一化系数是否合规，当毛细管的归一化系数处于预设的归一化系数取值范围内时则判定当前毛细管的归一化系数合规，否则判定当前毛细管的归一化系数不合规；

11、若当前电泳检测数据中归一化系数不合规的毛细管数量占毛细管总数的比例大于预设的第一比例阈值，或是，至少连续三次的电泳检测数据中归一化系数不合规的毛细管数量占毛细管总数的比例大于预设的第二比例阈值，则对所述内标标准值进行修正；

12、其中，第二比例阈值小于第一比例阈值。

13、可选地，所述根据每一道毛细管的归一化系数分别对各自毛细管中其他颜色通道的光谱信号进行归一化修正，包括：

14、若毛细管的归一化系数合规，则将当前毛细管中其他颜色通道的光谱信号乘以对应毛细管的归一化系数以实现光谱信号归一化修正；

15、若毛细管的归一化系数不合规，则将当前毛细管中其他颜色通道的光谱信号乘以对应毛细管的归一化系数在归一化系数取值范围内靠近的极值以实现光谱信号归一化修正。

16、可选地，在对基因分析仪电泳过程采集的每一道毛细管的内标物通道的光谱信号进行内标匹配之前，所述方法还包括：

17、监测电泳过程中的拉曼信号，获取拉曼信号的信号值、峰平衡数据和/或均匀度数据；

18、当所述拉曼信号的信号值、峰平衡数据和/或均匀度数据中任一参数不满足对应的预设光学参数标准时，执行光学对准操作，直到信号值、峰平衡数据和/或均匀度数据均满足对应的光学参数标准。

19、可选地，所述对基因分析仪电泳过程采集的每一道毛细管的内标物通道的光谱信号进行内标匹配，包括：

20、s10、对基因分析仪电泳过程采集的每一道毛细管的内标物通道的光谱信号进行数据前处理，以滤除所述光谱信号的背景噪声并对光谱信号进行平滑处理；

21、s11、对数据前处理后的光谱信号进行峰识别，以筛选出当前光谱信号中包含的候选峰序列；

22、s12、按照采样先后顺序依次对候选峰序列中的候选峰与电泳过程所选内标物对应的标准光谱信号中的标准峰序列进行内标匹配，以找到候选峰序列中存在的符合预设的内标匹配条件的候选峰组合，候选峰组合中的候选峰数量大于或等于3；内标匹配条件包括第一距离与第二距离之间的差值的绝对值小于预设的距离误差阈值，且，max{候选峰组合中已选定候选峰的峰高度，当前待匹配候选峰的峰高度}/min{候选峰组合中已选定候选峰的峰高度，当前待匹配候选峰的峰高度}<预设的相对高度阈值，其中，第一距离为候选峰序列中相邻候选峰峰值点之间的距离，第二距离为标准峰序列中与当前计算第一距离的候选峰采样顺序相同的相邻标准峰峰值点之间的距离；

23、s13、以每一候选峰组合作为匹配基础对候选峰序列中其他候选峰依次进行内标匹配，得到每一候选峰组合对应的匹配结果；

24、s14、统计每一候选峰组合对应的匹配结果中包含的候选峰数量；

25、s15、当各个候选峰组合对应的匹配结果中包含的候选峰数量的最大值等于标准峰序列中包含的标准峰数量时，则判定内标匹配成功，并将所述最大值对应的匹配结果作为最优内标匹配结果。

26、可选地，在将所述最大值对应的匹配结果作为最优内标匹配结果之后，所述方法包括：

27、将标准峰序列和最优内标匹配结果的峰序列进行曲线拟合，将曲线拟合后的标准差、平均残差和最大残差作为当前最优内标匹配结果的特征数据；

28、将所述特征数据输入预设的内标匹配评分模型进行识别，以得到当期最优内标匹配结果的匹配程度评分。

29、可选地，所述方法还包括：

30、若每一候选峰组合对应的匹配结果中包含的候选峰数量的最大值均不等于标准峰序列中包含的标准峰数量，则根据预设的第一阈值调整规则更新所述距离误差阈值，并返回步骤s12，直到更新后的距离误差阈值大于距离误差阈值的最大值；

31、当更新后的距离误差阈值大于距离误差阈值的最大值时，根据预设的第二阈值调整规则更新所述相对高度阈值，且将距离误差阈值更新为对应的初始值，并返回步骤s12，直到更新后的相对高度阈值大于相对高度阈值的最大值；

32、当更新后的相对高度阈值大于相对高度阈值的最大值时，则判定内标匹配失败。

33、第二方面，本发明还提供了一种实现基因分析仪检测信号归一化的系统，所述系统包括用于实现如上实现基因分析仪检测信号归一化的方法的功能模块。

34、第三方面，本发明还提供了一种计算机设备，存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上实现基因分析仪检测信号归一化的方法的步骤。

35、本发明实施例提供的实现基因分析仪检测信号归一化的方法、系统及设备，通过预设的内标标准值和基因分析仪电泳过程中每一道毛细管的内标物通道的单通道内标平均值计算对应毛细管的归一化系数，并根据每一道毛细管的归一化系数对各自毛细管中其他颜色通道的光谱信号进行归一化修正，实现根据内标物的峰高来调整待测样本的峰高，改善不同毛细管间的信号差异，以及相同毛细管不同检测次数的差异，有效提升基因分析结果质量。

36、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。