[发明专利]基于局域阈值的纳米孔检测电流信号特征信息提取方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于局域阈值的纳米孔检测电流信号特征信息提取方法及装置，预先获取一段时间内纳米孔传感器离子电流信号数据，选定移动窗内局域数据，进行基线和双阈值设定，从而初步判定出一个脉冲信号的起始点和终止点；对初步选定的脉冲电信号数据利用傅里叶级数进行拟合，并通过二阶差分和上升时间方法进行校正，进一步筛选纳米孔内分子易位引起的脉冲信号；对判定的分子易位事件引起的脉冲信号进行特征信息提取；选定信号的分子特征事件提取的多维参量信息进行保存输出，并进行统计分析，高通量的处理纳米孔电信号数据。本发明精度高，数据批量化处理，实现了对纳米孔传感器大数据进行高通量自动分析，有助于纳米孔传感器的广泛应用。

技术领域

本发明属于信号处理及软件设计领域，具体涉及一种基于移动窗孔内局域阈值的纳米孔检测电流信号特征信息提取方法及装置。

背景技术

纳米孔传感器作为一个单分子检测工具越来越广泛的应用于生物传感检测分析领域，具有无需标记和扩增，低成本，灵敏和高通量等优势，可以用来检测未标记的各类生物分子，如DNA，RNA，蛋白质以及配体或蛋白质-DNA复合物等。纳米孔检测方法很简单，当分子通过纳米孔时，会引起离子电流增加或者降低，产生一系列脉冲信号，分析物的大小，电荷以及构象等信息都隐藏在分子事件脉冲信号中。因此纳米孔传感实验得到的大量电流脉冲信号的判定和信息提取十分重要。目前已有的纳米孔检测电流信号的信息提取处理方法比较有限，如calmfit中主要有阈值设定和模板法，选定一个阈值或者模板事件，简单的根据差值或者比对去判定分子易位事件引起的脉冲信号。该方法对于DNA等长的线性分子过孔引起的长时间的矩形信号具有一定的识别度。但是当基线电流噪音大，特别是分子过孔速度快，脉冲信号时间短小时，分子易位事件引起的脉冲信号常常难以识别，甚至出现很多假信号，信息的读取和输出都受到限制。

目前纳米孔传感器检测范围的扩大，不同分子易位引起的信号变化更加多样，采集到的脉冲信号也更加复杂，因此一款高效和准确的纳米孔电流检测信号的信息提取新方法的开发尤其迫切。在此基础上，本发明主要基于matlab工具设计了自适应的传感器电信号的分子特征事件判定和提取方法，通过设置信号窗口及双阈值判定标准，对选取的数据段进行脉冲信号的识别，同时对数据进行拟合和校正，排除背景噪音等信号干扰。一旦纳米孔传感器脉冲信号确定，该方法进一步将特征事件的滞留时间、信号脉冲幅度以及整个事件的信号积分面积等参量进行提取并进行保存输出，并提供特征事件各个参量的统计分析图等功能。

发明内容

发明目的：本发明提出一种基于局域阈值的纳米孔检测电流信号特征信息提取方法及装置，主要针对纳米孔传感器检测到的电流脉冲信号进行特征信息提取，实现对检测到的易位分子脉冲信号的特征信息采集、信号分析表征等功能。

发明内容：本发明提出一种基于局域阈值的纳米孔检测电流信号特征信息提取方法，具体包括以下步骤：

(1)预先获取一段时间内纳米孔传感器离子电流信号数据，选定移动窗内局域数据，进行基线和双阈值设定，从而初步判定出一个脉冲信号的起始点和终止点，每个脉冲信号代表了纳米孔内一个检测分子通过引起的阻塞电流变化，称为一个分子易位事件；

(2)对初步选定的脉冲电信号数据利用傅里叶级数进行拟合，并通过二阶差分和上升时间方法进行校正，进一步筛选纳米孔内分子易位引起的脉冲信号；

(3)当脉冲信号判定为纳米孔分子特征事件，对判定的分子易位事件引起的脉冲信号进行特征信息提取，包括脉冲信号的滞留时间、幅值，峰位，电压以及信号积分等信息；

(4)将选定信号的分子特征事件提取的多维参量信息进行保存输出，并进行统计分析，高通量的处理纳米孔电信号数据。

进一步地，所述步骤(1)实现过程如下：

纳米孔离子电流为：