[发明专利]一种荧光共振能量转移多成分荧光寿命估计方法

摘要

本发明涉及一种荧光共振能量转移多成分荧光寿命估计方法，测量荧光共振能量转移时各个像素点的平均荧光寿命。首先将时间相关单光子计数输出的直方图数据进行组合形成区间较少的新直方图，以消除部分噪声的影响并能大大减小算法运算量。对新直方图区间数据进行自相关运算并对自相关矩阵进行平滑处理。对其自相关矩阵进行特征值分解，获得信号子空间。对信号子空间进行矩阵分割，形成两个矩阵，两个矩阵通过旋转矩阵进行变换。获得旋转矩阵的特征值后，通过运算得到平均荧光寿命的估计。本方法在不需要分量个数及大致组分含量和大致荧光寿命信息，通过两次矩阵特征值分解及简单变换，就可以直接估计出平均荧光寿命信息。

主权项

1.一种荧光共振能量转移多成分荧光寿命估计方法，在分析荧光能量共振转移特点和TCSPC数学模型基础上，有效利用数据，不需要分量个数及大致组分含量和大致荧光寿命信息，通过两次矩阵特征值分解及简单变换，就可以直接估计出平均荧光寿命信息，其特征在于，具体步骤如下：步骤一：首先将时间相关单光子计数TCSPC输出的直方图数据进行组合形成新直方图，以消除噪声的影响并减小算法运算量，对新直方图区间数据进行自相关运算并对自相关矩阵进行平滑处理，对其自相关矩阵进行特征值分解，获得信号子空间，步骤二：对信号子空间进行矩阵分割，形成两个具有旋转关系的矩阵，两个矩阵通过旋转矩阵进行变换，步骤三：获得旋转矩阵的特征值后，通过运算得到平均荧光寿命的估计；所述步骤一具体为：假设共有P种组分，TCSPC在某一连续时刻t输出的数据建模如下其中fDj为第j个组分的含量，τj为第j个组分的荧光寿命，n(t)为加性散粒噪声，对上式时间离散化，得到其中T为采样时间，m为第m次采样，则在TCSPC输出的直方图中第mh个区间的输出数据为其中h为TCSPC的分辨率，y(mh)由y(mT)累加组成，即其中b＝mT/h为每个直方图区间里面的数据个数；将直方图所有区间的数据列在一起其中K为直方图的区间个数，其自相关矩阵为Rx＝E[XXH]＝E[(AS+M)(AS+M)H]＝ARsAH+σ2∑0其中(·)H表示共轭转置，∑0为噪声的自相关矩阵；E表示统计期望，Rs＝E[SSH]，σ2为噪声功率；所述步骤二具体为：对矩阵Rx进行特征值分解，按特征值λi从大到小的顺序排列，最大特征值对应的特征向量为us，把us分解为两个矩阵U1和U2如下：旋转矩阵Ψ满足如下关系U2＝U1Ψ通过LU分解方法求解出矩阵Ψ；所述步骤三具体为：对矩阵Ψ进行特征值分解，得到其特征值λ，则平均荧光寿命可以通过下式估计出τ＝h/ln(λ)。