基于回归的多级ＰＣＲ分析系统技术方案

提供了用于分析数据以确定ＰＣＲ过程或呈现扩增或生长的其它过程的性质的系统和方法。可将表示扩增的数据与表示突变或其它错误的数据区分开。在确定这些性质时可使用含漂移项的经修改Ｓ形函数。扩增数据的多级函数拟合能提供一个或多个性质的提高的准确度和一致性。可通过分析数据的一阶导数函数的积分面积来确定扩增数据的基线。还可根据扩增数据的不同导数函数的最大值的位置确定基准量化值，例如可使用二阶和三阶导数的最大值位置的加权平均值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于回归的多级PCR分析系统优先权要求本申请要求2008年9月9日提交的题为“基于回归的多级PCR分析系统(MULTI-STAGE， REGRES SION-BASED PCR ANALYSIS SYSTEM)” 的美国临时申请 No. 61/095，410(代理人案号No. 002558-083200US)的优先权，并且是该临时申请的非临时申请，该申请No. 61/095，410的全部内容通过引用通用地结合于此。
技术介绍
本专利技术一般涉及分析数据处理系统和方法，其分析诸如聚合酶链反应(PCR)的呈现扩增的生物和/或化学反应所产生的数据。许多实验过程呈现量的扩增。例如，在PCR中，该量可能对应于已被复制的DNA链的片段的数量，该数量在PCR数据曲线的扩增区中所呈现的扩增阶段期间急剧增加。PCR 数据典型地是由显示出线性漂移基线的区域所描述的，该区域是扩增区中的指数生长的前兆。当消耗品耗尽时，该曲线翻转并渐近。呈现扩增的其它实验过程包括细菌生长过程。实验过程的量经由数据信号从实验设备检测得到。例如，可通过对来自在各个孔或管中进行的一种或多种反应的不同激发波长和发射波长进行成像来收集该数据。该数据信号包含多个数据点，对这些数据点进行分析以确定与扩增有关的信息。所收集的数据然后典型地被存储以便将来使用。可能利用PCR数据进行的分析的一个示例被称为基线测定。基线表示数据中的噪声或仪器专属电平，而非扩增。为了更好地分析数据的扩增区，通常需要从数据信号中去掉线性漂移基线。此类基线测定能有助于确定基线以上的实际扩增水平。对于某些类型的分析，由于基线基于每个曲线而不同，因此这样允许对不同曲线的扩增级之间的比较。基线测定的示例能在美国专利公开2006/(^69947中找到，该专利公开通过引用结合在此用于所有目的。通常利用PCR数据进行的另一分析是计算一些以绝对值或相对值表示的反应中的特定靶分子的定量。这能通过指定与基准阈值相对应的目标信号阈值来实现。达到该目标阈值所需的循环数量随后被称为Ct值。用于确定反应的Ct值的先前方法通常受例如对原始数据或原始数据中的噪声的建模准确度限制。虽然存在用于这些和其它类型的分析的方法，但从放大系统收集的数据通常包括显著的噪声和其它不定方面，这些方面会妨碍对反应特性的高效和准确的确定。因此，需要用于分析扩增曲线的新方法。
技术实现思路
实施例提供用于分析数据以确定PCR过程或呈现扩增的其它过程的性质的系统、 方法以及装置。在一个实施例中，可使用多级函数拟合来提高所确定性质的准确度。在一个方面中，这些性质包括基线、扩增过程(不管扩增是否存在)的基准定量值(例如，Ct值) 以及扩增过程的效率。根据一个实施例，提供了一种根据表示反应的扩增过程的数据集来确定生物和/ 或化学反应的一种或更多种性质的方法。接收表示一具有基线部分和生长部分的曲线的数据点集。每个数据点表示扩增过程期间的物质的物理量。处理器计算逼近该数据点集的第一函数。从该第一函数提取一个或更多个参数。处理器使用这一个或更多个参数来计算逼近该数据点集的第二函数。利用第二函数来确定生物和/或化学反应的一种或更多种性质。根据另一实施例，提供了一种确定由生物和/或化学反应的扩增过程所产生的扩增曲线的基线区域的方法。接收表示一具有基线部分和生长部分的曲线的数据点集。处理器计算逼近该数据点集的函数。计算该函数的一阶导数以获得一阶导数函数。处理器通过从一阶导数函数的一对应点到一固定位置对一阶导数函数进行积分以获得对应的积分面积来确定基线区域的结尾。积分面积在特定范围内的点被选择作为基线区域的结尾。也确定基线区域的起点。根据另一实施例，提供了一种根据表示反应的扩增过程的数据集来确定生物和/ 或化学反应的基准值的方法。接收表示一具有基线部分和生长部分的曲线的数据点集。处理器确定逼近该数据点集的函数。处理器确定逼近该数据点集的函数。处理器计算该函数的至少两个导数。确定扩增过程中每一个导数具有最大值时的对应时间。将该生物和/或化学反应的基准值计算为对应时间的加权平均值。在一个实施例中，通过检查数据的斜率或逼近该数据的函数是否具有大于阈值的斜率来区分所收集的数据中表示扩增的数据与表示突变或其它错误的数据。在另一实施例中，使用包含漂移项的经修改S形函数(sigmoid function)来逼近表示扩增过程的数据。本专利技术的其它实施例涉及与本文中所描述方法相关联的系统和计算机可读介质。参照以下详细描述和附图，可获得对本专利技术的本质和优点的更好理解。附图说明 图1示出PCR扩增曲线的示例。图2示出从扩增过程测得的原始数据的示例。图3是示出根据本专利技术一实施例的分析来自扩增反应的数据点的方法的流程图。图4是表示突变而不是实际扩增的数据曲线的图示。图5是示出根据本专利技术一实施例的确定数据曲线的一分段是否示出扩增的方法的流程图。图6是示出根据本专利技术一实施例的确定扩增曲线的基线区域的方法的流程图。图7是根据本专利技术一实施例的由基线测定法产生的扩增数据和曲线的曲线图。图8是已利用本专利技术一实施例进行基线测定的许多PCR曲线的图示。图9是示出根据本专利技术一实施例的通过执行多级函数拟合来分析扩增曲线以确定扩增反应的性质的方法的流程图。图10是根据本专利技术一实施例的经修改S形函数与PCR数据之间的拟合的图示。图11是根据本专利技术一实施例的PCR曲线的各个最大导数的计算的图示。图12是示出根据本专利技术一实施例的通过执行多函数拟合来分析扩增曲线以确定 Ct值的方法的流程图。图13是根据本专利技术一实施例的处理实时PCR数据的系统。具体实施例方式本专利技术提供用于处理和分析来自扩增反应的结果的技术，例如用于确定该反应的多种不同性质。各个实施例尤其可用于分析来自PCR扩增过程的数据，以根据该数据的函数形式来确定例如基线、定量值(例如Ct值)以及不同的特性区域。然而，应当理解，本专利技术的示教可适用于处理可包括噪声的任何数据集或曲线，尤其处理以其它方式呈现生长 (扩增，诸如细菌生长过程)的曲线。I.扩增曲线 扩增(生长)曲线显示出量何时随时间增加。此类曲线能由聚合酶链反应(PCR) 产生。典型的PCR生长曲线的数据能以二维曲线图表示，例如其中循环数定义了 χ轴且累积生长指标定义了 y轴。典型地，累积生长指标是由荧光标记物产生的荧光强度值。根据所使用的特定标记和/或检测方案，可使用其它指标。多个示例包括发光强度、生物发光强度、磷光强度、电荷转移、电压、电流、功率、能量、温度、黏度、光散射、辐射强度、反射率、透射率以及吸收率。循环的定义也能包括时间、处理循环、单位操作循环和生殖循环。图1示出PCR曲线100的示例，其中绘制了典型PCR过程的强度值110与循环数 120的关系。值110可以是任何感兴趣的物理量，而循环数可以是与过程中的时间或步骤数相关联的任何单元。此类扩增曲线典型地具有线性部分(区域)130、随后是生长(扩增) 部分140、然后是渐近部分150，如图1所示。还可能存在附加类型的特性，诸如向下弯曲的数据。生长部分可能具有指数的、S形、高次多项式或对生长进行建模的其它类型的逻辑函数或逻辑曲线。为了理解所涉及的实验过程，确定生长部分140的位置和形状是重要的。例如，在 PCR过程中，可能需要确定扩增的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种根据表示生物和／或化学反应的扩增过程的数据集来确定所述反应的一种或更多种性质的方法，所述方法包括：接收表示一具有基线部分和生长部分的曲线的数据点集，每个数据点表示物质在扩增过程期间的物理量；利用处理器计算逼近所述数据点集的第一函数；从所述第一函数提取一个或更多个参数；利用所述处理器使用所述一个或更多个参数来计算逼近所述数据点集的第二函数；以及利用所述第二函数确定所述生物和／或化学反应的一种或更多种性质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US61/095,4102008年9月9日1.一种根据表示生物和/或化学反应的扩增过程的数据集来确定所述反应的一种或更多种性质的方法，所述方法包括接收表示一具有基线部分和生长部分的曲线的数据点集，每个数据点表示物质在扩增过程期间的物理量；利用处理器计算逼近所述数据点集的第一函数； 从所述第一函数提取一个或更多个参数；利用所述处理器使用所述一个或更多个参数来计算逼近所述数据点集的第二函数；以及利用所述第二函数确定所述生物和/或化学反应的一种或更多种性质。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一种或更多种性质包括与所述扩增过程相关联的量化值。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或更多个参数被用作为用于所述第二函数的初始值，且其中计算所述第二函数包括改变一个或更多个所述初始值以减小所述第二函数与所述数据点集之间的误差。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二函数是包含漂移项的经修改S形函数。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述经修改S形函数被表示为，其中以及 是在所述经修改S形函数与所述数据点集的拟合过程期间确定的数字，且其中χ是所述扩增过程的循环数。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述一个或多个参数包括％、％、 以及 。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个参数包括所述扩增过程中的时间ct，所述第一函数在所述时间Ct具有一指定值。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，使用所述时间Ct来计算逼近所述数据点集的第二函数包括定义以Ct为中心的时间窗口 ；使用所述时间窗口内的所述数据点来确定所述第二函数，以使所述第二函数逼近所述时间窗口内的数据点。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二函数是6阶或更高阶的多项式。10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，确定第一时间和第二时间的加权平均值作为所述时间Ct，其中所述第一函数的二阶导数在所述第一时间具有最大值，且所述第一函数的三阶导数在所述第二时间具有最大值。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括选择所述基线部分的结尾作为所述扩增过程的第一时间，其中所述第一函数的一阶导数函数从所述第一时间到所述一阶导数函数的峰值的积分面积在一指定值范围内。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括分析所述第一函数以确定所述第一函数的斜率是否超过最大扩增斜率；以及如果所述第一函数确定具有超过所述最大扩增斜率的位置，则将包含所述位置的分段视为所述扩增曲线的非扩增分段。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述最大扩增斜率是In(2. 0)乘以正被计算斜率的位置处的数据点的值。14.一种确定由生物和/或化学反应的扩增过程所产生的扩增曲线的基线区域的方法，所述方法包括接收表示一具有基线部分和生长部...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·雷纳，
申请(专利权)人：生物辐射实验室股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US