一种基于力谱数据的分析处理软件系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于力谱数据分析处理软件系统，属于科研数据处理技术领域。该发明专利技术适用不同平台、多种格式对力谱数据进行叠加、对比、关联分析，最后导出数据图表，为编写实验报告提供依据。本发明专利技术率先利用交叉学科优势，自主研发了领域内第一套标准化、自动化、智能化的数据批量处理分析软件，极大程度地缩短了单分子力谱数据分析的时间，降低了工作量，提高了数据分析效率及准确性，将会推动单分子技术在生命科学、材料科学等多领域的应用与推广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于力谱数据的分析处理软件系统
本专利技术涉及科研数据处理
，具体提供一种基于力谱数据的分析处理软件系统，特别是单分子力谱实验数据的分析处理。
技术介绍
单分子力谱技术已经成为研究生物分子以及了解生物学过程所必不可少的工具，数据处理是单分子力谱实验的重要组成环节。传统的数据处理主要通过人工操作或者自行编写数据处理代码的形式进行，存在着操作步骤繁琐，数据体量大，对交叉学科要求高，数据拟合困难，自动化程度低等诸多弊端，难以满足大批量数据处理的需求。
技术实现思路
本专利技术的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种高度自动化的，批量数据处理软件。通过简易的操作步骤，功能全面且易于理解的软件模块等，能够极大程度地降低用户的操作难度，减少科研人员工作量，并且提供了一套标准的数据分析流程。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种数据处理软件，软件系统包括文件导入模块，参数设置模块，帮助模块，数据类型选择模块，拟合区间选择模块，系统误差校准模块，数据拟合模块以及一键生成和导出模块。作为优选，所述软件系统支持“.mat”、“.h5”、“.tdms”、“.xls”、“.xlsx”数据格式导入。作为优选，所述软件系统拟合公式包含有三种不同的蠕虫理论模型进行选择，可对不同种类样品的数据进行处理，包含了Marko-Siggia蠕虫模型、Odijk蠕虫模型以及Marko-Siggia蠕虫优化模型下的模糊理论公式，并针对相应的理论曲线进行初始化参数设置，包含L0、Lp、K三项用于描述样品特性的参数值。作为优选，所述软件系统支持用户根据样品特性进行不同方式分析，包含了单平台数据以及多平台数据的自动平台搜寻，测量和进一步计算能量的功能，同时还支持平台的手动精调以确保准确性。作为优选，所述软件系统内部设计有独立的降采样工具，支持处理基于不同采样率的样品并可对数据采用滤波算法降频。作为优选，所述软件系统内部设计有消除光阱干扰的工具，通过多项式拟合算法最大程度地降低光阱干扰引起的数据畸变，通过采用计算RMSD的方法计算出数据曲线与理论模型曲线之间的误差，并通过水平与垂直方向平移的方式消除实验过程中产生的误差。作为优选，所述软件系统采用的是NonlinearLeastSquares的拟合算法，初始拟合参数包含Handle参数设置以及Polymer参数设置两个部分，计算出相应的拟合值L0、Lp、K，以及拟合效果的评判参数，同时可以设置理论曲线的力显示最大值。作为优选，所述软件系统支持用户进行跨平台运行，包含了Windows、Linux以及MacOS三种操作系统，并支持并行计算和一键生成及导出。本专利技术率先利用交叉学科优势，通过文件导入，参数设置，数据类型选择，拟合区间选择，系统误差校准，数据拟合以及一键导出等功能模块，兼容多种不同的实验样品以及差异化的实验方案，自主研发了领域内第一套标准化、自动化、智能化的数据批量处理分析软件，极大程度地缩短了单分子力谱数据分析的时间，降低了工作量，提高了数据分析效率及准确性，并起到了带头示范作用。该专利技术能够有效弥补领域内数据分析效率低，工作量大且错误率高的缺陷，并将会推动单分子技术在生命科学、材料科学等多领域的应用与推广。该软件使用方便，界面简洁明了，易于推广。附图说明图1是本专利技术所述基于力谱数据的分析处理软件系统的逻辑图。具体实施方式下面将结合实施例，对本专利技术的基于力谱数据的分析处理软件系统作进一步详细说明。实施例如图1所示，本专利技术的基于力谱数据的分析处理软件系统，属于科研数据处理
该专利技术适用不同平台、多种格式对力谱数据进行叠加、对比、关联分析，最后导出数据图表，为编写实验报告提供依据。数据分析软件系统包括：文件导入模块、参数设置模块、帮助模块、数据类型选择模块、拟合区间选择模块、系统误差校准模块、数据拟合模块、一键生成和导出模块。用户将实验数据导入软件并进行初始化加载的功能，包含有独立的降采样工具，可以支持导入不同的数据格式如“.mat”、“.h5”、“.xlsx”、“.tdms”等常用数据格式以及采用滑动平均滤波的方法对数据进行降采样处理，同时支持Ctrl+O快捷键。导入文件列表内如果文件过多则支持滑轨滑动，方便用户操作，同时缩小所占面积。导入后的数据显示Handle以及Polymer的蠕虫理论模型。参数设置模块用于实现用户针对不同的样品来源，选择相应的拟合理论模型，并针对相应的理论曲线进行初始化参数设置，主要包含L0、Lp、K三项用于描述样品特性的参数值。拟合公式包含有三种不同的蠕虫理论模型进行选择，同时可以设置理论曲线的力显示最大值，支持Ctrl+W快捷键。初始拟合参数包含Handle参数设置以及Polymer参数设置两个部分，每个部分均包含L0、Lp和K三个用于描述样品特性的参数可供用户进行初始化设置,L0代表样品总长度，Lp代表样品的持久长度，K代表弹性系数。同时Handle参数设置支持Ctrl+D快捷键，Polymer参数设置支持Ctrl+R快捷键。数据类型选择模块用于实验用户针对不同特性的样品，选择相应的平台模型，包含有单平台数据模型以及多平台数据模型。数据类型选择模块在单分子实验中，随着样品结构被拉伸，通常会出现一段在力几乎不变的条件下，距离骤增的“平台期”。本专利技术中，数据“平台”将会在拟合分析过程中通过软件、算法自动搜索出来，如果自动搜索失败，作为优化方案，用户可以通过主页面菜单栏设置中的手动精调平台选项手动调节，平台手动精调支持Ctrl+F快捷键。拟合区间选择模块包括Handle拟合区间选择以及Polymer拟合区间选择，用于实现用户选择拟合区间，优化拟合结果，摒弃冗余数据的功能。其中Handle拟合区间包括Handle拟合起始位点以及Handle拟合终止位点，Polymer拟合区间包括Polymer拟合起始位点以及Polymer拟合终止位点，为了优化用户体验，本专利技术支持用户对主页面右侧的展示区域进行放大以及缩小，同时可以对其进行页面内拖动，以便寻找最优拟合区间，此外，设计有排序检测功能确保用户拟合位点选择的正确性。系统误差校准模块包含有消除光阱干扰和数据平移的两项功能。在实验过程中，通常会因为光阱的相互靠近而发生光阱之间相互干扰从而影响实验数据的采集与分析的现象，为了优化用户体验，本专利技术利用多项式拟合算法拟合出光阱干扰的公式并在导入实验数据的过程中通过减去此干扰以确保数据分析的准确性与可靠性。此外，由于实验过程中微球大小不一，环境噪声等因素导致实验数据与理论模型之间存在一定的系统误差，本专利技术通过采用计算RMSD的方法计算出数据曲线与理论模型曲线之间的误差，并通过水平与垂直方向平移的方式消除实验过程中产生的误差。数据拟合模块用于将实验数据与理论模型进行拟合，从而得到相应的拟合参数以及拟合评估参数，用户可以通过这些参数进行相应的实验数据分析从而得到有用信息。具体的，Handle拟合是对选定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于力谱数据分析处理软件系统，其特征在于：所述数据分析软件系统包括：文件导入模块、参数设置模块、帮助模块、数据类型选择模块、拟合区间选择模块、系统误差校准模块、数据拟合模块、一键生成和导出模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于力谱数据分析处理软件系统，其特征在于：所述数据分析软件系统包括：文件导入模块、参数设置模块、帮助模块、数据类型选择模块、拟合区间选择模块、系统误差校准模块、数据拟合模块、一键生成和导出模块。


2.根据权利要求1所述基于力谱数据分析处理软件系统，其特征在于：所述软件系统支持“.mat”、“.h5”、“.tdms”、“.xls”和“.xlsx”格式数据格式导入。


3.根据权利要求1所述基于力谱数据分析处理软件系统，其特征在于：所述软件系统拟合公式包含有三种不同的蠕虫理论模型进行选择，可对不同种类样品的数据进行处理，包含了Marko-Siggia蠕虫模型、Odijk蠕虫模型以及Marko-Siggia蠕虫优化模型下的模糊理论公式，并针对相应的理论曲线进行初始化参数设置，包含L0、Lp、K三项用于描述样品特性的参数值。


4.根据权利要求1所述基于力谱数据分析处理软件系统，其特征在于：所述软件系统支持用户根据样品特性进行不同方式分析，包含了单平台数据以及多平台数据的自动平台搜寻，测量和进一步计算能量的功能，同时还支持平台的手动精调以确保准确性。

【专利技术属性】
技术研发人员：史航，刘志强，徐帅，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11