[發(fā)明專利]一種基于偏微分方程的MALDI質(zhì)譜峰檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811031626.3
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109271913B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李遠祿;李俊;趙偉靜;蔣民;周慧敏;孫雙龍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01N27/626
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于偏微分方程的MALDI質(zhì)譜峰檢測方法，該方法先對MALDI質(zhì)譜信號做基線校正，接著用導(dǎo)數(shù)譜方法增強信號，然后用時間?空間分數(shù)階擴散方程求解去噪得到最終的平滑后的MALDI質(zhì)譜信號，最后選擇幅度閾值和局部極大值法做峰識別得到MALDI譜峰列表，具有更好的保峰去噪效果，使用便捷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種質(zhì)譜峰檢測方法，尤其涉及一種基于偏微分方程的MALDI質(zhì)譜峰檢測方法。

背景技術(shù)

MALDI質(zhì)譜(基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜)峰檢測是譜峰信號處理中的重要環(huán)節(jié)，譜峰檢測的結(jié)果會對信號的后續(xù)分析產(chǎn)生影響。由于實驗環(huán)境和儀器分辨水平等因素的影響，一些低振幅的譜峰和重疊的譜峰可能被噪聲掩埋，化學(xué)、電離和電子噪聲等往往會導(dǎo)致曲線下降，使譜峰信號產(chǎn)生基線漂移。

近年來，隨著計算機和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，信號處理技術(shù)應(yīng)運而生并且得到了迅速發(fā)展，多種信號處理模型相繼被用到MALDI質(zhì)譜峰檢測中，實現(xiàn)了譜峰信號的基線校正和平滑，并較準確地檢測出質(zhì)譜中峰的位置，傳統(tǒng)方法包括PROCESS法、LMS法、LIMPIC法、Cromwell法和CWT法。

對于已經(jīng)提出的模型，可以用一個通用步驟分解，如圖1所示，步驟分為三步：基線校正，平滑和峰識別，其中，基線校正和平滑順序可以調(diào)換。這樣的步驟分解可以更好地闡明不同譜峰檢測模型的基本原理，更重要的是，它可以清楚地比較現(xiàn)有譜峰檢測模型之間的異同。

基線校正包括最小二乘擬合法、三次樣條插值法和小波變換法；常用峰識別方法包括幅值法、一階導(dǎo)數(shù)法、二階導(dǎo)數(shù)法和局部極大值法。

平滑是譜峰檢測中最重要的一個步驟，最簡單的平滑方法是滑動均值濾波，即將相鄰的奇數(shù)個點求平均值代替原中心點；Savitzky-Golay濾波目前被廣泛使用，該方法是一種廣義的滑動均值濾波方法，它將一小組連續(xù)數(shù)據(jù)點做最小二乘擬合，并將多項式擬合曲線的中心點作為輸出,相比于滑動均值濾波法，該方法具有更好的保峰效果，然而去噪效果不夠好；高斯濾波是對滑動均值濾波平滑窗口的改進方法，使用高斯函數(shù)作為平滑窗口，類似的，Kaiser提出了Kaiser濾波，使用Kaiser窗作為平滑窗口，這兩種方法效率較高，然而其對峰的保護效果不強。頻譜分析是信號平滑中的另一類方法，這類方法需要先將信號轉(zhuǎn)換到頻域，再對其作頻譜分析。小波方法是目前最常用的頻譜分析方法，該方法可以較好的保護信號特征，然而選擇不同的小波基和尺度，信號處理的結(jié)果也會大相徑庭。

在MALDI質(zhì)譜的平滑方法上，傳統(tǒng)方法都有一定的缺陷。因此，如何進一步提高平滑效果是MALDI質(zhì)譜峰檢測中的一個重要問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對背景技術(shù)中所提到的對于MALDI質(zhì)譜現(xiàn)有平滑方法的不足，本發(fā)明提出一種基于偏微分方程的新的平滑模型，在去噪的同時，進一步保護峰的特征。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于偏微分方程的MALDI質(zhì)譜峰檢測方法，包括步驟：

(1)輸入待處理的MALDI質(zhì)譜信號，并對MALDI質(zhì)譜做基線校正；

(2)對校正后的信號f(x)使用導(dǎo)數(shù)譜方法作增強，將增強后的噪聲信號作為分數(shù)階擴散模型的初始信號u(x,0)，經(jīng)擴散后得到增強后的信號。由此得到時間-空間分數(shù)階擴散導(dǎo)數(shù)譜模型，該模型如下公式(1)所示：

其中，x是空間長度，t是時間長度，c是增強系數(shù)，g[u(x,t)]是擴散函數(shù)，

λ是控制擴散強度的閾值，其取值范圍為500-2000，α表示時間分數(shù)階次，β表示空間分數(shù)階次。設(shè)τ和h分別為時間和空間步長，k和i分別為時間和空間序列，則有