[發明專利]一種基于離子峰譜線的FAIMS圖譜特征提取方法

有效

• 申請號: 202010573964.0
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111638264B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 席廣永;胡東華;王旭;潘化冰;郭倩倩;孫彤
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: G01N27/622
• 分類號: G01N27/622
• 代理公司: 鄭州睿途知識產權代理事務所(普通合伙) 41183
• 代理人: 李伊寧

1.一種基于離子峰譜線的FAIMS圖譜特征提取方法，其特征在于，依次包括以下步驟：

A：對原始譜線進行噪聲去除并得到去噪后譜線，規定原始譜線的左基線范圍和右基線范圍；

B：計算左基線波動和右基線波動；

C：確定有效離子峰；

D：判斷離子峰的類型；

E：對不同類型的離子峰分別提取離子峰特征，離子峰特征包括離子峰值特征、離子峰位置特征、半峰寬特征、離子峰峰值與半峰寬的比值特征和峰面積特征；

其中：

所述的步驟A中，首先對譜線上的尖脈沖噪聲和鋸齒波噪聲進行去除，得到去噪后譜線，然后對原始譜線的左基線范圍和右基線范圍進行規定，當補償電壓處于最低或最高時，沒有檢測離子響應的兩部分譜線分別作為左基線和右基線；

所述的步驟B中，將原始譜線的左基線B_Lo的值減去去噪后譜線的左基線B_Ld的值，得到左基線波動F_L；將原始譜線的右基線B_Ro的值減去去噪后譜線的右基線B_Rd的值，得到右基線波動F_R；

所述的步驟C中，在去噪后譜線中找出所有的駐點，并在駐點中確定峰點和谷點，通過設定最小離子峰峰值T_P判斷待判定的峰點是否為有效離子峰；

判定去噪后譜線中的某一個待定點是否為駐點時，將去噪后譜線中的待定點減去待定點左側相鄰點的差值記為d1，待定點右側相鄰點減去待定點的差值記為d2；滿足d1×d2＜0的待定點為駐點；駐點中滿足d1＞0且d2＜0的點為峰點；駐點中滿足d1＜0且d2＞0的點為谷點；

最小離子峰峰值T_P為：

T_p＝k_p×max(median(F_L),median(F_R))???????式(1)；

如果待判定的峰點的值小于T_p，則認為該峰點是噪聲；如果待判定的峰點的值大于T_p，則進入下一步的判斷；

計算待判定的峰點左右兩個谷點的最小跨度值是否大于最小跨度閾值S，若大于最小跨度閾值S，則認為待判定的峰點為有效離子峰；若小于等于最小跨度閾值S，則認為是尖脈沖噪聲，待判定的峰點不是有效離子峰；

其中，k_p為乘性系數，在一般正態分布假設下k_p大于等于3；max(g,g)表示取兩個輸入的最大者；median(g)表示計算輸入序列的中位數，F_L為左基線波動，F_R為右基線波動；兩個谷點的跨度是指兩個谷點位置的差的絕對值；

所述的步驟D中，通過判斷待判定有效離子峰峰頂的兩個最近的谷點，與離子峰類型閾值T_C的大小，確定離子峰的類型；

離子峰類型閾值T_C為：T_c＝mean(B_Ld)+k_c×std(B_Ld)；

其中，k_c為乘性系數，mean(g)為計算輸入序列的均值，std(g)為計算輸入序列的標準差，B_Ld為去噪后的左基線；

若某個有效離子峰峰頂的兩個最近的谷點都小于T_C，則這個峰頂對應的離子峰為單峰；如果其中一個谷點小于T_C，而另一個谷點大于T_C，則對應的離子峰為連峰；如果其中兩個谷點都大于T_C，則對應的離子峰為夾峰；

所述的步驟E中，根據離子峰的類型，分別提取離子峰特征：

E1：對單峰提取5種離子峰特征；

E11：將單峰所對應的峰值提取為離子峰值特征PV，峰值對應的補償電壓的位置提取為離子峰位置特征PI；

E12：將單峰所對應的峰值的一半作為半峰值；在峰頂左側上升的響應序列和右側下降序列中分別確定一個與半峰值最接近的響應點，這兩個響應點位置的差值的絕對值作為半峰寬特征HPW，峰值除以半峰寬作為離子峰峰值與半峰寬的比值特征VWR；

E13：分別從該單峰的峰點左右最近的兩個谷點出發，在朝向峰點的方向上連續的4個點中，如果3個相鄰點的離子響應差值的絕對值都大于落差閾值T_f，則這4個點中的第1個點被認為是峰腳，兩個峰腳內所有響應點的絕對值相加作為峰面積特征PA；

E2：對連峰提取5種離子峰特征；

E21：連峰包括左連峰和右連峰2種類型；對任何一種連峰，直接將該連峰所對應的峰值提取為離子峰值特征PV，峰值對應的補償電壓的位置提取為離子峰位置特征PI；

E22：對于左連峰，取該左連峰右側下降序列中與半峰值最接近的響應點位置，與該左連峰的離子峰位置差值的絕對值的2倍作為半峰寬特征HPW，峰值除以半峰寬被作為離子峰峰值與半峰寬的比值特征VWR；

對于右連峰，取該右連峰左側上升序列中與半峰值最接近的響應點位置，與該右連峰的離子峰位置差值的絕對值的2倍作為半峰寬特征HPW，峰值除以半峰寬被作為離子峰峰值與半峰寬的比值特征VWR；

E23：對于左連峰，從該左連峰的峰點右側最近的一個谷點出發，在朝向峰點的方向上連續的4個點中，如果3個相鄰點的離子響應差值的絕對值都大于閾值T_f，則這4個點中的第1個點被認為是峰腳；將這個峰腳到左連峰峰點內所有響應點的絕對值相加的和的2倍作為峰面積特征PA；

對于右連峰，從該右連峰的峰點左側最近的一個谷點出發，在朝向峰點的方向上連續的4個點中，如果3個相鄰點的離子響應差值的絕對值都大于閾值T_f，則這4個點中的第1個點被認為是峰腳；將這個峰腳到左連峰峰點內所有響應點的絕對值相加的和的2倍作為峰面積特征PA；

E3：對夾峰提取5種離子峰特征；

E31：將夾峰所對應的峰值提取為離子峰值特征PV，峰值對應的補償電壓的位置提取為離子峰位置特征PI；

E32：分別在夾峰左側上升序列和右側下降序列中找到最大上升差值點和最大下降差值點；其中最大上升差值點為最大斜率點，最大下降差值點為最小斜率點；設某個點的差值為該點的響應值減去該點左側相鄰點的響應值；基于最大斜率點和最小斜率點之間的響應點，采用基于非線性最小二乘的高斯擬合計算出一個擬合曲線；根據夾峰擬合曲線直接提取半峰寬特征HPW，以及離子峰峰值與半峰寬的比值特征VWR特征；該夾峰擬合曲線左側上升序列中與去噪后譜線的左基線B_Ld的均值最接近的點被作為左側虛峰腳，該夾峰擬合曲線右側下降序列中與去噪后譜線的右基線B_Rd的均值最接近的點被作為右側虛峰腳，左虛峰腳與右虛峰腳之間所有響應點的絕對值相加的和作為峰面積特征PA。

2.根據權利要求1所述的基于離子峰譜線的FAIMS圖譜特征提取方法，其特征在于：所述的步驟A中，使用Sym?8小波對原始譜線去除尖脈沖噪聲，使用移動平均濾波去除鋸齒波噪聲。