專利名稱：：用于確定pcr和其他數據集中的串擾系數的系統和方法
技術領域：
：本發明大體上涉及用于處理表示S形或生長曲線(諸如聚合酶鏈反應(PCR)曲線)的數據的系統和方法，而且更具體地涉及用于確定PCR檢測系統的串擾特性的系統和方法。
背景技術：
：聚合酶鏈反應(PCR)是用于酶合成或擴增定義的核酸序列的體外方法。該反應一般使用兩個寡核甘酸引物，所述兩個寡核甘酸引物雜交成相反鏈并且位于要擴增的模板或目標DNA序列的兩側。引物的延長(elongation)由熱穩定的DNA聚合酶進行催化。包含才莫板變性、引物退火以及退火后的引物經聚合酶的延伸(extension)的一系列重復循環導致特定DNA片段的指數累積。在該過程中一般使用熒光探針以促進擴增過程的檢測和量化。一組典型的實時PCR曲線示于圖la中，其中熒光強度值是相對于典型PCR過程的循環數繪制的。在這種情況下，在PCR過程的每個循環中監碎見PCR產物的形成。通常在溫度循環器中測量該擴增，該溫度循環器包括用于在擴增反應期間測量熒光信號的部件和器件。這種溫度循環器的示例是RocheDiagnosticsLightCycler(目錄號20110468)。擴增產物例如借助于熒光標記的雜交探針或者在某些情況下還借助于熒光染料來檢測，所述焚光標記的雜交探針當它們結合到目標核酸時發射焚光信號，所述熒光染料結合到雙鏈DNA。如圖la可見，PCR曲線包括基線區5和平穩(plateau)區6。基線區5和平穩區6之間的區域一般稱為生長區。用于分析來自PCR實^r的輻射發射的典型PCR檢測系統包括兩個或更多濾波器，每一個所述濾波器在操作中用于隔離波長范圍以用于進一步分析。例如，每個光學濾波器一般允許處于定義的波長范圍中的基本所有輻射通過。然而，探針或標記物一般以部分重疊的波長帶發射，并且濾波器的帶通一般包括這個重疊的區域使得每個檢測信道一般會接收從其他探針發射的信號。這種串擾信號傾向于影響所感興趣的真實信號。因而，期望的是對每個檢測信道中的這種串擾信號加以修正。這樣做的一種傳統方式是確定能夠用來修正每個檢測信道中的串擾信號的定量串擾系數。在當前的串擾方法中，一般使用基本和串擾信號的平均平穩值之比來計算串擾系數；常規方法僅僅依賴于含有少于10%數據的平穩區。而且在PCR期間，平穩區信號是在化學性質處于不穩定狀態時生成的。由于這個原因，基線信號閾值一般被用于目標識別。因此，常規方法使用有噪聲的信號來確定具有有限信息的串擾系數，其中所述有限信息不包括來自曲線上的真實信號采集區的數據。而且，還發現在常規串擾模型中使用的不正確假設會引起作為數據采集曲線的函數的誤差。因而，假如(1)存在平穩期、(2)該平穩期是平坦的以及(3)在平穩期中有最小噪聲，則計算串擾系數的常規方法可能令人滿意。然而，有很多數據集的情況并非如此。因此，期望的是提供用于確定曲線(諸如S形或生長曲線以及尤其是PCR曲線)中的串擾系數的系統和方法，其克服了上述和其他問題。
發明內容本發明提供用于確定諸如S形或生長曲線以及尤其是PCR曲線之類的曲線中的串擾系數的系統和方法。本發明還提供用于使用線性減法模型來應用串擾系數以產生串擾修正的數據集的系統和方法。根據各個實施例，通過最小化基本信號(乘上增益以及任選地加上線性項)和串擾信號之間的差的平方和來確定串擾信號系數。已經表明這個技術優于使用基本和串擾信號的平均平穩值之比的常規技術。另外，這個技術分析整個信號采集范圍上的數據以確定串擾系數。例如，可使用采集范圍上的所有數據，或者可以使用整個采集范圍上的部分數據。在所有信號曲線數據上進行分析提供在整個數據采集范圍上更魯棒的串擾修正。另外，常規方法假設從所有源測量的信號是線性加法模型并且所有信號在檢測器之間進行解析；這是不準確的，并導致所得到信號的過修正和欠修正。本發明的技術改為使用線性減法模型，該線性減法模型克服了這個問題且更好地建模實際檢測系統。這些新技術將發現其在串擾系數處于2%或更大的范圍內的示例中有最大用處。根據本發明的一個方面，提供一種確定具有至少兩個光學元件的聚6合酶鏈反應(PCR)光學檢測系統的串擾系數的方法，每個光學元件在操作中用于隔離不同的特定電磁波長范圍。所述方法一般包括對于每個光學元件在PCR生長過程的采集范圍上采集PCR數據集；以及同時對于每個其他光學元件在該采集范圍上采集串擾數據集。所述方法一般還包括使用PCR和串擾數據集來確定串擾系數。在某些方面，采集范圍包括基線區、生長區和平穩區。在某些方面，確定串擾系數包括最小化在采集范圍上的每個PCR數據集和串擾數據集之間的平方和。在某些方面，對PCR數據集應用串擾系數以產生串擾修正的PCR數據集。在某些方面，線性減法模型被用來應用串擾系數。根據本發明的另一個方面，提供一種計算機可讀媒介，該計算機可讀媒介包括或存儲用于控制處理器來確定具有至少兩個光學元件的聚合酶鏈反應(PCR)光學檢測系統的串擾系數的代碼，每個光學元件在操作中用于隔離不同的特定電磁波長范圍。所述代碼一般包括用于執行如下操作的指令對于每個光學元件接收在PCR生長過程的采集范圍上采集的PCR數據集；以及同時對于每個其他光學元件接收在該采集范圍上采集的每個濾波器的串擾數據集。該代碼一般還包括用于使用PCR和串擾數據集來確定串擾系數的指令。在某些方面，所述采集范圍包括基線區、生長區和平穩區。在某些方面，用于確定串擾系數的代碼包括用于通過最小化在采集范圍上的每個PCR數據集和串擾數據集之間的平方和來確定串擾系數的代碼。根據本發明的又一個方面，提供一種動力學聚合酶鏈反應(PCR)系統，其一般包括具有至少兩個光學元件的光學檢測模塊，每個光學元件在操作中用于隔離不同的特定電磁波長范圍，其中所述光學檢測模塊通常適于對于每個光學元件在PCR生長過程的采集范圍上采集PCR數據集；以及同時對于每個其他光學元件在該采集范圍上采集串擾數據集。該系統一般還包括智能模塊，該智能模塊適于處理所采集的PCR數據集和串擾數據集以確定串擾系數。在某些方面，所述采集范圍包括基線區、生長區和平穩區。在某些方面，智能模塊通過最小化在采集范圍上的每個PCR數據集和串擾數據集之間的平方和來確定串擾系數。根據本發明的再一個方面，提供一種核酸解鏈分析系統，其一般包括具有至少兩個光學元件的光學檢測模塊，每個光學元件在操作中用于隔離不同的特定電磁波長范圍。所述光學檢測模塊一般適于對于每個光學元件在溫度采集范圍上采集解鏈數據集以及同時對于每個其他光學元件在該溫度采集范圍上采集串擾數據集。光學檢測模塊一般還適于通過最小化在該采集范圍上的每個解鏈數據集和串擾數據集之間的平方和來確定串擾系數。根據本發明的再一個方面，提供一種確定具有至少兩個光學元件的光學檢測系統的串擾系數的方法，每個光學元件在操作中用于隔離不同的特定電磁波長范圍。該方法通常包括對于每個光學元件在生長過程的采集范圍上采集第一數據集；同時對于每個其他光學元件在該采集范圍上采集串擾數據集；以及使用在該采集范圍上的第一數據集和串擾數據集來確定串擾系數。在某些方面，所述生長過程是PCR過程、細菌過程(bacterialprocess)、酶過程以及結合(binding)過程之一。參考說明書(包括附圖和權利要求書)的其余部分將意識到本發明的其他特征和優點。本發明的進一步特征和優點以及本發明各個實施例的結構和操作在下面參照附圖進行詳細描述。在附圖中，相似的參考數字指示相同或功能類似的元件。圖la示出了一組典型的實時PCR曲線，其中熒光強度值是相對于典型PCR過程的循環數繪制的。圖lb示出了用于確定檢測系統的串擾系數的過程，該檢測系統使用兩個或更多檢測信道來分析PCR擴增過程。圖2示出了特定雙信道情況FAM信號以及其到雙信道檢測系統的HEX信道的串擾。圖3示出了兩個濾波器范圍中兩個染料語的重疊。圖4示出當使用常規方法測試FAM和HEX信道時24個單獨的殘差圖，其中目標在FAM信道中而在HEX信道中沒有目標。圖5示出了首尾相連(end-to-end)的圖4的二十四個圖。圖6示出了圖4的所有二十四個圖的疊加。圖7-9示出了根據本發明實施例處理的數據集的首尾相連的殘差圖。圖10-12示出了分別對應于圖7-9所示圖的疊加殘差圖。圖13示出了HIV化驗的PCR實驗的數據集，其中目標在FAM濾波8器中而在HEX濾波器中沒有目標。圖14示出了與圖13的HIV化驗對應的HEX信道的串擾數據集。圖.15、16和17示出了分別使用常規方法和本發明的兩個實施例的HEX信道中的串擾修正信號。圖18示出了描繪軟件和硬件資源之間的關系的一般框圖。具體實施例方式本發明提供用于尤其為PCR檢測系統和PCR數據集以及核酸解鏈數據集確定串擾系數以及用于使用該串擾系數產生串擾修正的數據集的系統和方法。本發明還提供用于使用線性減法模型應用串擾系數以產生串擾修正的數據集的系統和方法。發明的實施例和各方面，但是應當明白本發明可應用于與其他過程有關的數據集。其他可提供類似S形或生長曲線或者可根據本發明的技術以其他方式進行處理的過程的示例包括細菌過程、解鏈過程、微生物生長過程、酶過程(例如酶動力學反應)以及結合過程。例如，本發明的技術還可應用于分析來自核酸解鏈過程和類似過程的數據。如圖la所示，典型PCR生長曲線的數據能夠例如以二維坐標系進行表示，其中PCR循環數定義x軸而所累積的多核苷酸生長的指示符定義y軸。典型地，如圖la所示，累積生長的指示符是熒光強度值，因為熒光標記物的使用也許是最廣泛使用的標記方案。然而，應當理解，根據所用的特定標記和/或檢測方案，可使用其他指示符。累積信號生長的其他有用指示符的示例包括發光強度、化學發光強度、生物發光強度、磷光強度、電荷轉移、電壓、電流、功率、能量、溫度、粘度、光散射、放射性強度、反射率、透射率以及吸收率。循環的定義也能夠包括時間、過程循環、單位工作循環以及再生循環。一般過程概述根據本發明，用于確定檢測系統的串擾系數的過程100的一個實施例能夠簡單參照圖lb進行描述，該檢測系統使用兩個或更多檢測信道分析PCR擴增過程。在某些方面，PCR檢測系統包括用于分析來自PCR實驗的輻射發射的檢測器。該檢測系統包括兩個或更多光學元件，每個所述光學元件在操作中用于隔離波長范圍以進行進一步分析。這些光學元件通常被選擇成匹配PCR擴增過程中所用的焚光探針或標記物的發射特性，例如隔離在特定染料的發射帶內的輻射。例如，在某些方面，所述光學元件包括一個或多個允許處于定義的波長范圍內的基本所有輻射都通過的光學濾波器。其他光學元件可能包括衍射光柵。每個光學元件定義檢測信道，例如由檢測器元件接收的波長范圍。在本發明的示例性實施例中，可通過使用常規的個人計算機系統來實施該方法，該個人計算機系統包括但不限于用于輸入數據集的輸入裝置，諸如鍵盤、鼠標等；用于表示曲線區域中感興趣的特定點的顯示裝置，諸如監視器；執行該方法中的每個步驟所需的處理裝置，諸如CPU;諸如調制解調器的網絡接口、用于存儲數據集的數據存儲裝置、運行在處理器上的計算機代碼等等。而且，該方法還可被實施于PCR裝置中。在步驟110中，對于每個4全測信道，接收或以其他方式采集代表一個或多個PCR曲線的實驗數據集。在某些方面，在檢測系統的整個釆集范圍上例如在基線區、過渡區和平穩區上采集數據。繪制的PCR數據集(一個或多個PCR數據曲線集)的示例示于圖2A中，其中y軸和x軸分別代表PCR曲線的熒光強度和循環數。在某些方面，數據集應當包括沿軸等距隔開的數據。然而，可能存在一個或多個缺失的數據點。在步驟120中，對于每個其他信道，在采集范圍上與步驟110同時地采集串擾數據集。串擾數據集的示例示于圖2B中。在步驟130中，處理數據集以確定串擾系數，這將在下面進行更詳細的描述。在某些方面，每個PCR數據集和串擾數據集之間的平方和被最小化，這將在下面進行描述。在其他方面，最小化PCR數據集和串擾數據集之間的差的絕對值之和。在過程100被實施在駐留于PCR數據采集裝置(諸如溫度循環器)中的智能模塊(例如執行指令的處理器)中的情況下，可在數據被收集時將數據集實時地提供給智能模塊，或者數據集可被存儲在存儲器單元或緩沖器中并且在完成了實驗之后將其提供到智能模塊。類似地，數據集可經由到采集裝置的直接連接(例如，USB或其他直接有線或無線連接)或網絡連接(例如，LAN、VPN、內聯網、因特網等)而被提供給分離的系統(諸如桌上型計算機系統或其他計算機系統)，或者可以在便攜式媒介(諸如CD、DVD、軟盤等)上提供數據集。圖18示出了解釋軟件和硬件資源之間的關系的一般框圖。該系統包括動力學PCR分析模塊和作為計算機系統的一部分的智能模塊，該動力學PCR分析模塊可位于溫度循環器裝置中。數據集(PCR數據集)經由網絡連接或直接連接而從分析模塊傳送到智能模塊，反之亦然。數據集由運行在處理器上且存儲在智能模塊的存儲裝置上的計算機代碼根據圖lb所顯示的方法進行處理并且在處理之后被傳送回到分析模塊的存儲裝置，其中修改后的數據可顯示在顯示裝置上。在某些方面，數據集包括具有一對坐標值(或二維向量)的數據點。對于PCR數據，這對坐標值一般代表循環數和熒光強度值。在步驟130中確定了串擾系數之后，在步驟140中所確定的串擾系數可被應用于原始或新的PCR數據集以產生串擾修正的數據集。在步驟150中，串擾系數和/或串擾修正的PCR數據集或其他數據可被存儲到存儲器單元、例如通過網絡連接或經由便攜式存儲媒介而提供到不同系統，或者顯示在顯示裝置(諸如監視器或打印機)上。串擾系數確定在常規串擾模型中，一般如下所述地計算串擾系數假設單個樣本含有兩種具有獨特但重疊光譜的可見染料。檢測系統由兩個獨特的光語濾波器組成，每個濾波器讓大約95%的一個染料光譜和大約5%的另一個染料光譜通過。每個濾波器一般被優化成使來自僅僅一種染料的光通過。由每個濾波器通過的光分別視為信道一和信道(1)取信道1和2的平穩信號區中的五個數據點的平均PLAvgl=平均(五個點平穩信道1)PLAvg2=平均(五個點平穩信道2)(2)計算樣本的串擾系數XT-染沖+2-信道1=PLAvg2/PLAvgl(3)現在將樣本大小增加到96微井板(microwellplate)并對信道1-〉信道2計算XT:XT(1—〉2)=平均(XT1,XT2，...，XT96)假如(1)存在平穩期、(2)該平穩期是平坦的以及(3)在平穩期中有最小噪聲，則這個計算串擾的常規方法是令人滿意的。然而，有很多數據集的情況并非如此。根據本發明的各個實施例，提供用于提高串擾系數的計算精度的方法。根據某些方面，通過使用類似于線性回歸的優化技術來確定串擾系ii數。將"Signal"定義為基本信號以及把"XTSignal"定義為串擾信號、下標i定義為循環數、q定義為乘性增益、r和s定義為偏移和斜率，能夠通過以下方程描述三個示例性實施例(1)使用簡單增益"q"來最小化每個熒光信號和串擾信號之間的平方和，如下面方一呈(1)所示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>(1)(2)使用共同的偏移"r"和斜率"s"但單獨的簡單增益"q"來最小化每個熒光信號和串擾信號之間的平方和，如下面方程(2)所示。這將產生每個信道的串擾系數和所有信道的共同線性項。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>(2)*(3)使用偏移"r"、斜率"s"和簡單增益"q"來最小化每個熒光信號和串擾信號之間的平方和，如下面方程(3)所示。這將產生每個信道的串擾系數和線性項。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>(3)在其他方面，最小化PCR數據集和串擾數據集之間的差的絕對值之禾口。可4吏用其i也最小^f匕方法，i者^口例^口Levenberg—Marquardt方法、纟戔性規劃方法、Nelder-Mead方法、梯度下降法、次梯度法、單純形法、橢圓法、捆集法、牛頓法、擬牛頓法、內點方法以及其他對本領域技術人員顯而易見的方法。這些各個實施例的一個優點在于整個信號采集范圍上的數據被用來確定串擾系數。例如，可使用采集范圍上的所有數據，或者可使用整個采集范圍上的部分數據。這提供平均掉(averageout)系統數據采集誤差的串擾系數。相比而言，常規方法僅僅依賴于含有少于10%數據的平穩區。本發明的實施例還為諸如PCR的化驗提供額外的優點。在PCR期間，平穩區信號是在消耗了大多數探針時生成的。由于這個原因，基線信號閾值一般被用于目標識別。因此，常規方法使用有噪聲的信號來確定具有有限信息的串擾系數，所述有限信息不包括來自曲線上的真實信號采集點的數據。而且，還發現在常規串擾模型中使用的不正確假設會引起作為數據采集曲線的函數的誤差。將整個曲線用于串擾計算去除了這些錯誤假設中的一些。正確模型的進一步使用實際上還消除了串擾修正誤差。根據某些方面，在確定串擾系數之前對代表所有信號(基本信號和串擾信號)的數據集執行背景和/或基線相減。背景相減一般是通過減去每個信道特有的緩沖信號而完成的。基線相減一般是通過定義基線(例如，斜率和截距)并從所有信號值(基本信號和串擾信號)中減去這個基線而完成的。能夠通過指定基線開始和終止值并在這些端點之間執行線性回歸或者通過對函數(諸如雙S形函數)進行曲線擬合并將來自這個函數的斜率和截距參數用作基線來定義該基線。在某些方面，確定基線包括對定義的基線開始位置和基線終止位置之間的數據集執行線性回歸。在其他方面，確定基線包括曲線擬合雙s形函數以識別斜率和截距值。在特定方面，該方法可包括在確定串擾系數之前從PCR數據集(信號)和串擾數據集中的一個或多個中去除異常點或"尖峰"。題為"LevernbergMargquardtOutlierSpikeRemovalMethod"的美國專利申請序列號11/316,315和題為"PCRElbowDeterminationByUseofaDoubleSigmoidFunctionCurveFitWiththeLevenberg-MarquardtAlgorithmandNorma1ization"的美國專利申請序列號11/349,550公開了用于擬合雙S形函數以確定PCR曲線的斜率和截距參數(以及其他參數)以及還用于識別和去除PCR數據集中的異常點或"尖峰"的這種技術。在該方法的某些方面，光學元件包括一個或多個濾波器，每個濾波器允許不同特定波長范圍的光通過。在特定的實施例中，該系統包括至少四個濾波器。在其他方面，該方法包括顯示或輸出所確定的串擾系數和/或將所確定的串擾系數存儲到存儲器模塊以便稍后用于產生串擾修正的數據集。本發明還涉及計算機可讀媒介，所述計算機可讀媒介包括用于控制處理器以確定具有至少兩個光學元件的聚合酶鏈反應(PCR)光學檢測系統的串擾系數的代碼，每個光學元件在操作中用于隔離不同的特定電磁波長范圍，所述代碼包括用于執行如下操作的指令對于每個光學元13件接收在PCR生長過程的采集范圍上采集的PCR數據集，所述采集范圍包括基線區、生長區和平穩區；同時對于每個其他光學元件接收在所述采集范圍上采集的每個濾波器的串擾數據集；以及使用所述采集范圍上的PCR和串擾數據集來確定串擾系數。在某些方面，所述光學元件包括一個或多個光學濾波器，每個所述濾波器允許不同特定波長范圍的光通過。在計算機可讀媒介的另一方面，所述數據采集范圍代表多個PCR循環，其中確定串擾系數包括最小化在該采集范圍上的每個PCR數據集和串擾數據集之間的平方和。在特定的實施例中，最小化平方和包括使用以下形式的方程min[2,(XTS/g"a/,i*S一/,)2，其中i是PCR循環數，其中Signali是光學元件的PCR數據集，其中XTSignali是光學元件的串擾數據集，且其中q是乘性增益因子。在其他實施例中，最小化平方和包括使用以下形式的方程(燈S/g"a化_(/■+j*'+gl"/g"。/,.))2十(燈S,一/2,_(/+■*/+《2"/gm/,))2-(ATS,'grt。/3,-"+"''+*))2mm其中i是PCR循環數，其中Signali是光學元件的PCR數據集，其中XTSignali是光學元件的串擾數據集，其中r是共同偏移，其中s是共同斜率，且其中ql、q2和q3是乘性增益因子。在又一個實施例中，最小化平方和包括使用以下形式的方程Z,(^ra'g"。/,-(出*/+《*s,'—,))2其中i是PCR循環數，其中Signali是光學元件的PCR數據集，其中XTSignali是光學元件的串擾數據集，其中r是偏移，其中s是斜率，且其中q是乘性增益因子。在某些方面，所述代碼還包括執行如下操作的指令確定每個PCR數據集和每個串擾數據集的基線；以及在確定串擾系數之前從每個數據集中減去相應的基線。在這里，用于確定基線的指令可包括用于對定義的基線開始位置和基線終止位置之間的數據集執行線性回歸的指令。在另一方面，用于確定基線的指令可包括用于曲線擬合雙S形函數以識別斜率和截距值的指令。14在其他方面，所述代碼還包括用于在確定串擾系數之前從PCR數據集和串擾數據集中的一個或多個中去除異常點的指令。所述代碼還可包括用于顯示或輸出所-^:的串擾系數的指令。在^fe實施例中,所述代碼還可以包括用于將所確定的串擾系數存儲到存儲器模塊以便稍后用于產生串擾修正的數據集的指令。所述代碼還可包括用于使用線性減法模型對PCR數據集應用所確定的串擾系數以產生串擾修正的數據集的指令。在這里，線性減法模型可包括以下形式的方程r、,c=/-2X《乂其中fi是信道(i)中所測量的信號以及fic是信道(i)中串擾修正的信號，且其中系數ai,表示從信道(j)到信道(i)的串擾系數。在另一方面，線性減法模型可包括以下形式的方程,、/)c=乂—IX力y力'一(r+乂其中fi是信道(i)中所測量的信號以及fir是信道(i)中串擾修正的信號，其中系數aij表示從信道(j)到信道(i)的串擾系數，且其中i和s分別是為所有信道(i)共有的增益和線性項。在又一方面，線性減法模型可包括以下形式的方程V乂力'乂其中fi是信道(i)中所測量的信號以及f"是信道(i)中串擾修正的信號，其中系數a,j表示從信道(j)到信道(i)的串擾系數，且其中n和Si分別是對每個信道(i)均不同的增益和線性項。本發明還涉及動力學聚合酶鏈反應(PCR)系統，其包括具有至少兩個光學元件的光學檢測模塊，每個光學元件在操作中用于隔離不同的特定電磁波長范圍，其中所述光學檢測模塊適于對于每個光學元件在PCR生長過程的采集范圍上采集PCR數據集，所述采集范圍包括基線區、生長區和平穩區；和同時對于每個其他光學元件在所述采集范圍上釆集串擾數據集；以及智能模塊，適于處理所采集的PCR數據集和串擾數據集以使用在采集范圍上的每個PCR和串擾數據集來確定串擾系數。在該系統的某些方面，數據采集范圍代表多個PCR循環并且智能模塊通過最小化在采集范圍上的每個PCR數據集和串擾數據集之間的平方和來<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>其中i是PCR循環數，其中Signali是光學元件的PCR數據集，其中XTSignali是光學元件的串擾數據集，且其中q是乘性增益因子。在其他實施例中，最小化平方和可包括使用以下形式的方程(燈S/g/j。/1,-(/+j*/+W))2+(ATO/gwa/2,-(r+W+g2*%na/,))丄(燈S一/3,-(/+"))2其中i是PCR循環數，其中Signali是光學元件的PCR數據集，其中XTSignali是光學元件的串擾數據集，其中r是共同偏移，其中s是共同斜率，且其中ql、q2和q3是乘性增益因子。在又其他實施例中，最小化平方和包括使用以下形式的方程Z,—一/,-(出*/+一,))其中i是PCR循環數，其中Signali是光學元件的PCR數據集，其中XTSignali是光學元件的串擾數據集，其中r是偏移，其中s是斜率，且其中q是乘性增益因子。在該系統內，智能模塊還可適于確定每個PCR數據集和每個串擾數據集的基線并且在確定串擾系數之前從每個數據集中減去相應的基線。在特定的實施例中，智能模塊通過對定義的基線開始位置和基線終止位置之間的數據集執行線性回歸來確定基線。在另一特定的實施例中，智能模塊通過曲線擬合雙S形函數以識別斜率和截距值來確定基線。在該系統的某些實施例中，智能模塊還適于在確定串擾系數之前從PCR數據集和串擾數據集中的一個或多個中去除異常點。在該系統的其他實施例中，所述光學元件包括一個或多個濾波器，每個濾波器允許不同特定波長范圍的光通過。在該系統內，智能模塊還可適于使用線性減法模型對PCR數據集應用所確定的串擾系數以產生串擾修正的數據集。在某些實施例中，線性減法模型包括以下形式的方程f人、乂"其中fi是信道(i)中所測量的信號以及fic是信道(i)中串擾修正的信號，且其中系數aij表示從信道(j)到信道(i)的串擾系數。在另一實施例中，線性減法模型包括以下形式的方程/i'C=乂—f、乂/力'一(r+S*/乂其中fi是信道(i)中所測量的信號以及fic是信道(i)中串擾修正的信號，其中系數a;j表示從信道(j)到信道(i)的串擾系數，且其中r和s分別是為所有信道(i)共有的增益和線性項。在又一實施例中，線性減法模型包括以下形式的方程A、二/iV一(r,+A*z乂其中fi是信道(i)中所測量的信號以及fic是信道(i)中串擾修正的信號，其中系數aij表示從信道(j)到信道(i)的串擾系數，且其中n和Si分別是對每個信道(i)均不同的增益和線性項。該系統在某些方面還可包括顯示模塊，其中智能模塊還適于向顯示模塊提供數據以顯示所確定的串擾系數或串擾修正的PCR數據集中的一個。在特定實施例中，該系統還可包括存儲器模塊，其中智能模塊還適于將所確定的串擾系數存儲到存儲器模塊以便稍后用于產生串擾修正的數據集。使用HPV校準化驗(calibrationassay)的示例考慮具體雙信道情形如圖2A和2B所示的HPV;f交準化一瞼中的FAM信號及其到HEX信道中的串擾。FAM和HEX是具有不同激發和發射特性的眾所周知的熒光染料。圖2A和2B中的信號幾乎是理想的，因為存在清晰的帶有很少噪聲的平坦平穩期。因而，可預期串擾系數幾乎等于用常規方法和方程(1)-(3)的方法所計算的串擾系數。使用確定串擾系數的常規方法的分析取來自串擾數據的平穩區中的五個點的平均并除以來自純信號的平穩區中的五個點的平均。串擾系數于是被定義為熱循環器中的所有井(well)的串擾系數的平均值。該結果為(經由Mathematica碼示出)17Tabl戰ean=0rRange|241-Foi:lj=1,ji24,j,TableMeanI川=Mean|Table|FC1|60川，{i,50,55川/MeanTableFCli,川，{i,50,55川；，TableMean{0.0173338,0.017103L6,0.016073,CL015"3,D.01S5934,0.0181777,0.0170146,0.0155421,0,0166653,0.0145379,0.0150514,0.0"3",0.0160809,0.0152727,0.0147269,0.0134197,0.01357化0.D1330化0-0158858,0,01S322S,0.0159318,0-01484",0.0139202,0.0146015)MTM-MeanITableMeanJCL0154911因而，在這個示例中，FAM到HEX串擾系數被確定為0.01549。對于方程(1)-(3)的方法，FAM到HEX串擾系數的總結示于下面表1中:表1計算方法串擾系數偏移線性項現有的0.01549方程10.01572方程20.014700.03947-0.00011043方程30.014330.031320.00040327方程1也許與常規方法最類似，它產生幾乎相同的串擾系數，而方程2和3則不同，因為它們包括線性項。串擾矩陣的比較常規方法和方程(l)考慮具體四信道情形比較HPV校準化驗中的FAM、HEX、JAUO和CY5.5的所有串擾系數是有益的。下面表2示出了使用常規方法計算的串擾系數，而在表3中示出了使用方程(1)-(3)計算的系數。方程(1)不使用對角線元素()，所以這些單元被標為"-"。如上面針對這個包含帶有很少噪聲的清晰的平坦平穩期的HPV校準集所討論的，預期這兩個串擾系數集幾乎相同。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>因而，在這個特定示例中，應用常規方法與方程(1)-(3)的方法的任何差別是由于串擾系數的數學應用而不是系數本身。然而，應當注意，存在其中當將當前方法與方程U)-(3)相比較時串擾系數大不相同的許多示例。應用串擾系數來產生串擾修正的數據應用串擾系數的常規方法假設下面方程(4)所示的加法線性模型yj=a,+"，2c2+auc3+a'4c4/3="3lc，+a32c2+a33c3+o34c4(4)其中fi是所測量的信號，Ci是熒光染料信號，以及au是從信道〗到信道I的串護u。這些串擾系數還具有如下屬性I>〃=1(5)19方程組(4)能夠通過矩陣求逆來求解以得到染料信號Ci,染料信號Ci被定義為串擾修正的信號。這個方法的一個問題在于它假設來自信道J的所有信號在信道(l,2,3,4)之間解析(parse)。一般而言這不正確。根據一個實施例，使用減法線性模型來應用串擾系數以產生串擾修正的數據集。方程(1)的線性減法模型示于下面方程(6)中,c/tc=厶其中fi是信道(i)中所測量的熒光以及G是信道(i)中串擾修正的信號。系數a,表示從信道U)到信道(I)的串擾系數。這個模型不對基本信號在不同信道之間解析做出假設。方程(2)的線性減法模型示于下面方程(7)中A:=,-++/4)一+0/2C=/2—(。"/;++A")-々+"/)("A:=/廣(""/i+/2+"w厶)—+"/)Ac=/4-++/3)—(r+"/)其中fi是信道(i)中所測量的熒光以及G是信道(i)中串擾修正的信號。系數au表示從信道(J)到信道(I)的串擾系數。方程(7)使用為所有信道共有的增益和線性項r和s。方程(3)的線性減法模型示于下面方程(8)中,c=,-+a"+""/2C=/2-(&乂+。2J/3+a24/4)—(r2+_y2*0(8)/3c=/3-("",++/)—(5+A*0厶c=/4一(乂+a"/2+""力)—(r4+*0其中fi是信道(i)中所測量的熒光以及G是信道(i)中串擾修正的信號。系數au表示從信道(J)到信道(I)的串擾系數。方程(8)使用在每個信道中都不同的增益和線性項r和s。還要注意，這些串擾修正信號的計算有利地不要求矩陣求逆。而且，在某些方面，方程(6)-方程(8)可通過首先從基本信號和串擾信號中減去背景或基線來修改。20雙染料情況下的串擾應用的比較考慮圖3所示的染料光譜，其中光譜10代表染料1(FAM)而光鐠20代表染料2(HEX)。期望的是去除由FAM和HEX染料中的重疊區所代表的串擾。在常規方法中，對于如濾波器1內所觀測的FAM和如濾波器2內所觀測的HEX的串擾修正信號，求解上面的方程(4)和(5)分別給出了下面方程(9)和(10)所示的結果。in,C2=/2(),)、,(10)使用方程(1)針對這個系統的串擾修正信號被給出為下面的方程(11)和(12):/ic(ii)/2C=/2—"2l/;(12)方程(11)克服了與方程(9)相關聯的兩個問題，即對"的乘數(l-a12)(其造成串擾過補償)不再存在，且不正確的分母不再存在。常規方法與新方法針對HPV數據集的比較使用現有方法和方程(1)-(3)來測試只有FAM和HEX信道的HPV數據集。這個數據在FAM信道中含有目標而在HEX信道中不含有目標。這些方法被應用于HEX信道中的串擾信號并且所得到的殘差圖被檢查。理想地，這些殘差將以零截距為中心，其中斜率為零。a)使用常規方法的殘差圖圖4示出了24個單獨的殘差圖，而圖5示出了首尾相連的這二十四個圖。圖6示出了所有二十四個圖的疊加。在最優的修正中，將預期這些殘差以x軸為中心，其中斜率和截距為零。然而在圖4中，大多數圖表明這些殘差從循環1到循環60顯著降低，指示非最優的串擾實施。在》見測圖6(圖4的所有二十四個圖的疊加)時，顯然可見當4吏用常規串擾方法時存在從循環1到循環60的明顯下降趨勢。b)使用方程(1)-(3)的殘差圖圖7-9分別示出了方程(1)-(3)的首尾相連的殘差圖。類似地，圖10-12示出了方程(l)-(3)的疊加的殘差圖。比較圖6和圖10-12,顯而易見，使用本發明技術的殘差范圍有利地小于常規方法。另外，使用本發明的技術，疊加圖的趨勢線具有更接近零目標的斜率和截距。在這個示例中，FAM和HEX串擾大約為2%。因而，這些圖示出了更優的修正，指示本發明技術的魯棒性。在存在更多染料并且串擾處于2-20%的范圍內的示例中本發明技術的優越性將更加明顯。常規方法與新方法針對HIV數據集的比較圖13和14分別對于FAM和HEX濾波器示出了其中目標在FAM濾波器中且在HEX濾波器中沒有目標的HIV化驗的PCR實驗。使用圖13和14中的數據，對于常規方法和方程(1),FAM-〉HEX串擾的串擾系數"21)被計算為a21=0.051。圖15、16和17分別示出了使用常規方法、方程(1)和方程(3)的HEX信道中的串擾修正信號。可以看出，使用后兩種方法中的任一種大大地減少了信號的過修正。應當明白，本文描述的包括串擾修正過程的串擾系數確定過程可以以運行在計算機系統的處理器上的計算機代碼來實施。該代碼包括用于控制處理器以實施該過程的各個方面和步驟的指令。所述代碼一般被存儲在硬盤、RAM或諸如CD、DVD等的便攜式媒介上。類似地，這些過程可以在諸如溫度循環器的PCR裝置中實施，所述PCR裝置包括執行存儲在耦合到處理器的存儲器單元中的指令的處理器。包括這種指令的代碼可通過到代碼源的網絡連接或直接連接或者使用眾所周知的便攜式媒介而被下載到PCR裝置存儲器單元。本領域技術人員應當明白，本發明的串擾系數確定和串擾修正過程能夠使用各種編程語言(諸如C、C++、C#、Fortran、VisualBasic等以及諸如MatheI^latica的應用程序(其提供對數據可視化和分析有用的預封裝例程、功能和過程))來編碼。后者的另一示例是MATLAB。雖然經由示例以及就特定實施例描述了本發明，但是要理解，本發明不限于所公開的實施例。相反，旨在覆蓋對本領域技術人員顯而易見的各種修改和類似布置。因此，所附權利要求書的范圍應當被給予最寬泛的解釋以便涵蓋所有這樣的修改和類似布置。權利要求1、一種確定具有至少兩個光學元件的聚合酶鏈反應(PCR)光學檢測系統的串擾系數的方法，每個光學元件在操作中用于隔離不同的特定電磁波長范圍，所述方法包括-對于每個光學元件在PCR生長過程的采集范圍上采集PCR數據集；-同時對于每個其他光學元件在所述采集范圍上采集串擾數據集；以及-使用所述采集范圍上的PCR數據集和串擾數據集來確定串擾系數。2、權利要求1的方法，其中數據采集范圍代表多個PCR循環，且其中確定串擾系數包括最小化在所述采集范圍上的每個PCR數據集和串擾數據集之間的平方和。3、權利要求2的方法，其中最小化平方和包括使用以下形式的方程min[Z,(燈S/g"a(-g*S一/,)2,其中i是PCR循環數，其中Signali是光學元件的PCR數據集，其中XTSignali是光學元件的串擾數據集，且其中q是乘性增益因子。4、權利要求2的方法，其中最小化平方和包括使用以下形式的方程(ATO一/3,_(r+"''+*SV'gM。/,))2其中i是PCR循環數，其中Signali是光學元件的PCR數據集，其中XTSignali是光學元件的串擾數據集，其中r是共同偏移，其中s是共同斜率，且其中ql、q2和q3是乘性增益因子。5、權利要求2的方法，其中最小化平方和包括使用以下形式的方程minZ,(;OT—/,-(/+W+W—,))其中i是PCR循環數，其中Signali是光學元件的PCR數據集，其中XTSignali是光學元件的串擾數據集，其中r是偏移，其中s是斜率，且其中q是乘性增益因子。6、權-利要求l的方法，還包括-確定每個PCR數據集和每個串擾數據集的基線；以及-在確定串擾系數之前從每個數據集中減去相應的基線。7、權利要求l的方法，還包括-使用線性減法模型對PCR數據集應用所確定的串擾系數以產生串擾修正的數據集。8、權利要求7的方法，其中線性減法模型包括以下形式的方程<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中fi是信道(i)中所測量的信號以及G是信道(i)中串擾修正的信號，且其中系數aij表示從信道(j)到信道(i)的串擾系數。9、權利要求7的方法，其中線性減法模型包括以下形式的方程<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中fi是信道(i)中所測量的信號以及fir是信道(i)中串擾修正的信號，其中系數aij表示從信道(j)到信道(i)的串擾系數，且其中r和s分別是為所有信道(i)共有的增益和線性項。10、權利要求7的方法，其中線性減法模型包括以下形式的方程<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中fi是信道(i)中所測量的信號以及fw是信道(i)中串擾修正的信號，其中系數au表示從信道(j)到信道(i)的串擾系數，且其中ri和Si分別是對每個信道(i)均不同的增益和線性項。11、一種計算機可讀媒介，包括用于控制處理器以確定具有至少兩個光學元件的聚合酶鏈反應(PCR)光學檢測系統的串擾系數的代碼，每個光學元件在操作中用于隔離不同的特定電磁波長范圍，所述代碼包括用于執行如下操作的指令-對于每個光學元件接收在PCR生長過程的采集范圍上采集的PCR數據集，所述采集范圍包括基線區、生長區和平穩區；-同時對于每個其他光學元件接收在所述采集范圍上采集的每個濾波器的串擾數據集；以及-使用所述采集范圍上的PCR數據集和串擾數據集來確定串擾系數。12、一種動力學聚合酶鏈反應(PCR)系統，包括-具有至少兩個光學元件的光學檢測模塊，每個光學元件在操作中用于隔離不同的特定電磁波長范圍，其中所述光學檢測模塊適于-對于每個光學元件在PCR生長過程的采集范圍上采集PCR數據集，所述采集范圍包括基線區、生長區和平穩區；和-同時對于每個其他光學元件在所述采集范圍上采集串擾數據集；以及-智能模塊，適于處理所采集的PCR數據集和串擾數據集以使用在所述采集范圍上的PCR數據集和串擾數據集來確定串擾系數。13、一種核酸解鏈分析系統，包括-具有至少兩個光學元件的光學檢測模塊，每個光學元件在操作中用于隔離不同的特定電磁波長范圍，其中所述光學檢測模塊適于-對于每個光學元件在溫度采集范圍上采集解鏈數據集，以及同時對于每個其他光學元件在該溫度采集范圍上采集串擾數據集；以及-通過最小化在所述采集范圍上的每個解鏈數據集和串擾數據集之間的平方和來確定串4尤系數。14、一種確定具有至少兩個光學元件的光學檢測系統的串擾系數的方法，每個光學元件在操作中用于隔離不同的特定電磁波長范圍，該方法包括-對于每個光學元件在生長過程的采集范圍上采集第一數據集；-同時對于每個其他光學元件在該采集范圍上采集串擾數據集；以及-使用在所述采集范圍上的第一數據集和串擾數據集來確定串擾系數。15、權利要求14的方法，其中該數據采集范圍代表多個PCR循環，且其中確定串擾系數包括最小化在所述采集范圍上的每個PCR數據集和串擾數據集之間的絕對值之和。全文摘要用于確定曲線(諸如S形或生長曲線以及尤其是PCR曲線和核酸解鏈曲線)中的串擾系數、以及用于使用線性減法模型應用串擾系數來產生串擾修正的數據集的系統和方法。使用在整個信號采集范圍上采集的串擾數據來確定串擾信號系數。在所有信號曲線數據上的分析提供在整個數據采集范圍上的更魯棒的串擾修正。線性減法模型被用來修正具有串擾分量的數據集。文檔編號G01N21/64GK101688841SQ200880022522公開日2010年3月31日申請日期2008年6月27日優先權日2007年6月29日發明者A·薩尼,C·埃爾金,R·T·柯尼克申請人:霍夫曼-拉羅奇有限公司