利用小波變換分析核酸擴增曲線的制作方法

專利名稱：利用小波變換分析核酸擴增曲線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分析核酸擴增曲線的技術(shù)。
背景技術(shù)：
核酸分析可用于測序、克隆、基因定位和其它形式的核酸序列分析，或者用于通過 構(gòu)建包括已知濃度樣品的結(jié)果的標準曲線來確定樣品中的核酸初始濃度。核酸分析可用于 分析包括例如DNA和RNA在內(nèi)的核酸。核酸分析的類型包括聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)、轉(zhuǎn)錄介導(dǎo) 擴增(TMA)、連接酶鏈反應(yīng)(LCR)、鏈置換擴增(SDA)和基于核酸序列的擴增(NASBA)。一般說來，PCR依賴于DNA復(fù)制酶在高溫下保持穩(wěn)定的能力。單個PCR循環(huán)包括三 個主要步驟變性、退火和延伸。變性期間，在大約94°C下加熱液態(tài)樣品。在此過程期間， 雙DNA鏈“熔”開成單鏈DNA，且所有的酶促反應(yīng)均停止。在退火期間，將單鏈DNA冷卻到 M°C。在此溫度下，引物結(jié)合或“退火”至DNA鏈的末端。在延伸期間，將樣品加熱至75°C。 在此溫度下，核苷酸添加至引物，并最終形成DNA模板的互補拷貝。PCR分析通常多(例如， 約40)次重復(fù)此PCR循環(huán)，從而產(chǎn)生大量的復(fù)制DNA鏈。當樣品經(jīng)歷多個PCR循環(huán)時，實時PCR可以用來檢測存在于樣品中的核酸的相對 量。例如，樣品可以包含當附著于雙鏈DNA時發(fā)熒光的標記物。在這個例子中，檢測器檢測 到的熒光與存在于樣品中的雙鏈DNA的數(shù)目成比例。因此，隨著PCR的進行，熒光增加。

發(fā)明內(nèi)容
—般說來，本發(fā)明涉及基于小波變換的實時核酸擴增的新分析方法。也就是說， 描述的是分析核酸擴增數(shù)據(jù)的技術(shù)，可以利用小波變換將所述核酸擴增數(shù)據(jù)表示為擴增曲 線。小波變換一般將數(shù)據(jù)集從時域變換到時頻域。當應(yīng)用于其中對多個擴增循環(huán)收集強度 數(shù)據(jù)的實時核酸擴增數(shù)據(jù)時，小波變換將擴增數(shù)據(jù)從循環(huán)域變換成循環(huán)頻率域。小波變換 可被用作識別對應(yīng)于擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的循環(huán)的輔助手段，所述點在本文中被稱為數(shù) 據(jù)的Tmax值。例如，小波變換是通常具有復(fù)雜時間相關(guān)性的擴增曲線的循環(huán)-頻率表示法。 在進行小波變換后，可以把Tmax值確定為變換的擴增數(shù)據(jù)內(nèi)的循環(huán)，在此中變換的擴增數(shù)據(jù) 的一個或多個頻率分量具有局部極大量值?？梢詰?yīng)用所述技術(shù)來確定存在于未知樣品內(nèi)的核酸量。例如，對于相同核酸的多 個已知初始濃度不同的樣品，對它們的擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換，據(jù)此確定的Tmax值可首先用 來構(gòu)建樣品的Tmax值對樣品初始核酸濃度的對數(shù)的關(guān)系的標準曲線。然后可以使用此標準 曲線來確定相同核酸的樣品的未知初始濃度。另外，所述標準曲線可用于確定PCR反應(yīng)的 效率。
在一方面，本發(fā)明涉及包括實施核酸樣品的PCR分析的方法。所述PCR分析包括 多個PCR循環(huán)。所述方法還包括由PCR分析獲取擴增數(shù)據(jù)，所述擴增數(shù)據(jù)與多個PCR循環(huán) 中的每一個當中存在的核酸量成正比。所述方法進一步包括對擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換以確 定對應(yīng)于擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的PCR循環(huán)，并根據(jù)對應(yīng)于擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的PCR 循環(huán)更新顯示。另一方面，本發(fā)明涉及一種計算機可讀介質(zhì)，其包含使處理器啟動核酸樣品的PCR 分析的指令。所述PCR分析包括多個PCR循環(huán)。計算機可讀介質(zhì)還包含使處理器由PCR分 析獲取擴增數(shù)據(jù)(所述擴增數(shù)據(jù)與多個PCR循環(huán)中的每一個當中存在的核酸量成正比)并 對擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換以確定對應(yīng)于擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的PCR循環(huán)的指令。計算機 可讀介質(zhì)還包含使處理器根據(jù)對應(yīng)于擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的PCR循環(huán)更新顯示的指令。在又一方面，本發(fā)明涉及包括控制模塊、分析模塊和接口模塊的裝置。控制模塊初 始化核酸樣品的PCR分析并接收擴增數(shù)據(jù)，所述擴增數(shù)據(jù)與多個PCR循環(huán)中的每一個當中 存在的核酸量成正比。分析模塊對擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換以確定對應(yīng)于擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi) 的點的PCR循環(huán)。接口模塊根據(jù)對應(yīng)于擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的PCR循環(huán)更新顯示。附圖和下文的具體實施方式
詳細描述了本發(fā)明的一個或多個實施例。根據(jù)本發(fā)明 的具體實施方式
和附圖以及權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將顯而易見。


圖1是示出作為例子的PCR分析系統(tǒng)的實施例的方框圖。圖2是實例核酸樣品的PCR擴增曲線。圖3是實例核酸稀釋物系列的標準曲線。圖4是進一步詳細地示出作為例子的熒光檢測裝置的實施例的方框圖。圖5是示出實例數(shù)據(jù)分析裝置的功能方框圖。圖6是示出PCR分析系統(tǒng)的實例操作的流程圖。圖7是示出PCR分析系統(tǒng)的另一實例操作的流程圖。圖8是示出PCR分析系統(tǒng)的另一實例操作的流程圖。圖9是示出PCR分析系統(tǒng)實例操作的進一步細節(jié)的流程圖。圖10是示出PCR分析系統(tǒng)實例操作的進一步細節(jié)的流程圖。圖11是通過對核酸擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換產(chǎn)生的小波變換數(shù)據(jù)的實例圖像。圖12是圖10的頻率部分的小波變換值對時間平移的圖線。圖13-22是由數(shù)據(jù)分析裝置提供給用戶的實例用戶界面畫面。圖23是包含不同初始cDNA量的多個樣品的熒光對循環(huán)數(shù)目的實例圖線。圖M示出對于多個cDNA樣品利用Haar小波基函數(shù)對小波變換的頻率部分的峰 進行的拋物線型曲線擬合。圖25示出對于多個cDNA樣品利用高斯函數(shù)的導(dǎo)數(shù)對小波變換的頻率部分的峰進 行的拋物線型曲線擬合。
具體實施例方式一般說來，本發(fā)明涉及利用小波變換分析核酸擴增數(shù)據(jù)的技術(shù)。在一方面，本發(fā)明涉及對在核酸分析中收集到的擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換。在一些實施例中，所述小波變換包 括連續(xù)小波變換(CWT)。在其它實施例中，所述小波變換包括離散小波變換(DWT)。雖然以 下的描述一般是涉及對實時PCR擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換，但可以理解的是，本文中所述的 技術(shù)可以應(yīng)用于通過其它核酸分析收集到的數(shù)據(jù)，例如，基于核酸序列的擴增(NASBA)、轉(zhuǎn) 錄介導(dǎo)擴增(TMA)、連接酶鏈反應(yīng)(LCR)、鏈置換擴增(SDA)等。圖1是示出PCR分析系統(tǒng)10的示例性實施例的方框圖，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)分析裝 置11和熒光檢測裝置12。系統(tǒng)10從至少一個核酸樣品中收集PCR擴增數(shù)據(jù)并利用小波 變換分析擴增數(shù)據(jù)，從而識別所述樣品對應(yīng)于擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的循環(huán)。小波變換一 般將數(shù)據(jù)集從時域變換到時頻域。當應(yīng)用于其中對多個循環(huán)收集強度數(shù)據(jù)的PCR擴增數(shù)據(jù) 時，小波變換將擴增數(shù)據(jù)從循環(huán)域變換成循環(huán)頻率域。在一些實施例中，識別出的循環(huán)大致 對應(yīng)于生長期的開始。在一些擴增曲線分析中，這一循環(huán)一般可相當于閾循環(huán)(Ct)，但在本 文中被稱為Tmax值，表示已經(jīng)通過應(yīng)用小波變換識別出所述循環(huán)。一般說來，如本文中所述， PCR擴增數(shù)據(jù)的實時分析可幫助用戶確定樣品中的核酸初始濃度或PCR反應(yīng)的效率。數(shù)據(jù)分析裝置11提供具有硬件和軟件的操作環(huán)境，所述硬件和軟件用于控制包 括控制單元19、光學模塊16和檢測器18的熒光檢測裝置12的操作以檢測樣品17中的熒 光染料。具體地講，用戶與數(shù)據(jù)分析裝置11進行交互，從而在控制部件19的控制下啟動對 容納在轉(zhuǎn)盤13的一個或多個小室內(nèi)的一個或多個樣品的核酸分析。作為響應(yīng)，檢測裝置12 的光學模塊16激發(fā)轉(zhuǎn)盤13上的區(qū)并聚集由容納在小室內(nèi)的染料發(fā)射的熒光能量。盤13 安裝在轉(zhuǎn)臺15上?？刂颇K19通過接合與轉(zhuǎn)臺15相連的電機來控制轉(zhuǎn)臺15以受控的速 度旋轉(zhuǎn)盤13。當盤13轉(zhuǎn)動時，光學模塊16詢問樣品17并聚集熒光能量。例如，可以用足以收 集每個PCR循環(huán)數(shù)據(jù)的時間來活化模塊16內(nèi)的激發(fā)源。在一個實施例中，用初始大約二秒 的時間活化光學模塊16內(nèi)的激發(fā)源以達到穩(wěn)態(tài)，然后是詢問時間，持續(xù)進行有盤13轉(zhuǎn)動 10-50轉(zhuǎn)那么長。在其它實施例中，激發(fā)源可以被活化較短(例如大約1或2毫秒)或較長 的時間。雖然圖1中例示的是單個樣品17，但盤13可以包含多個容納樣品的小室。光學模 塊16可以詢問盤13的一些或所有不同的小室。在一個實施例中，盤13包含繞盤13的周 邊間隔的96個小室。用具有96個小室的盤，系統(tǒng)10能夠獲取96個樣品的數(shù)據(jù)，每一樣品 包含類似或不同的核酸初始濃度。另外在一些實施例中，系統(tǒng)10能夠同時獲取包含不同核 酸和/或不同熒光染料的樣品的數(shù)據(jù)。在一個實施例中，光學模塊16包括至少一個是廉價高功率發(fā)光二極管(LED)的激 發(fā)源。LED是市售的，有多種波長，并且具有長久的壽命(例如，100，000小時或更長)。在 另一實施例中，常規(guī)的鹵素燈泡或汞燈可以被用作激發(fā)源。如圖1所示，光學模塊16可連接至纖維光纜14。纖維光纜14會形成一種柔性裝 置，用于收集來自光學模塊16的熒光信號而沒有靈敏度的損失。在這個例子中，纖維光纜 14將光學模塊16連接至檢測器18。纖維光纜14攜帶由光學模塊16收集的熒光并有效地 將捕獲的光傳遞至檢測器18。在一個實施例中，檢測器18是光電倍增管。在其它實施例 中，可以使用一個或多個固態(tài)檢測器。可以從裝置上取下光學模塊16，并且可以很容易地與針對在不同波長詢問而優(yōu)化的其它光學模塊進行互換。系統(tǒng)10的模塊結(jié)構(gòu)使所述裝置容易適應(yīng)用在給定分析環(huán)境(如 PCR)的所有熒光染料。在系統(tǒng)10中可以采用的其它化學技術(shù)包括hvader (Third Wave, Madison, Wisconsin)、轉(zhuǎn)錄介導(dǎo)擴增(GenProbe，San Diego, California)、熒光標記的酶聯(lián) 免疫吸附測定(ELISA)或熒光原位雜交(FISH)。系統(tǒng)10的模塊結(jié)構(gòu)可以提供的另一優(yōu)點 是，為了選擇性地激發(fā)和檢測PCR分析中的相應(yīng)染料，可以通過對具體的靶波長范圍選擇 相應(yīng)的激發(fā)源(未顯示)以及激發(fā)和檢測濾光器(未顯示)來優(yōu)化每一光學模塊16的靈 敏度。雖然在圖示的實施例中，系統(tǒng)10包括單個光學模塊16，但在其它實施例中，系統(tǒng) 可以包括多個光學模塊16。例如在一些實施例中，系統(tǒng)10可以包括四個光學模塊16，它們 提供用于四種不同染料的光學檢測的四個“通道”。能夠在實時PCR中檢測多個靶物種的系 統(tǒng)10可以被稱為多重PCR系統(tǒng)。這四個光學模塊各自可以在任何給定的時間激發(fā)轉(zhuǎn)盤13 的不同區(qū)并收集由染料以不同的波長發(fā)射的熒光能量。在包括多個光學模塊的實施例中， 可以基本上同時地詢問發(fā)生在樣品17內(nèi)的多個平行反應(yīng)。在包括多個光學模塊16的其它 實施例中，可以基本上同時地詢問發(fā)生在盤13的不同小室中的多個不同反應(yīng)。可以將多個光學模塊中的每一個光學連接至形成光纖束的一部分的纖維光纜14。 光纖束可以將光學模塊光學連接至單個檢測器18或多個檢測器。使用單個檢測器18可以 是有利的，原因在于其容許使用高度靈敏且可能是昂貴的檢測器(例如，光電倍增管)，同 時保持成本最低，因為只需要使用單個檢測器。在圖1的例子中，樣品17容納在盤13的小室中，所述盤安裝在受控制單元19控制 的轉(zhuǎn)臺15上。槽型傳感器觸發(fā)器20提供控制單元19和數(shù)據(jù)分析裝置11所使用的輸出信 號，用于在盤轉(zhuǎn)動期間用小室位置進行同步數(shù)據(jù)采集。槽型傳感器觸發(fā)器20可以是機械或 光學傳感器。例如，傳感器可以是向盤13發(fā)送光束的激光器，控制單元19使用傳感器檢測 通過盤13上的槽的光以確定盤上的小室位置。在其它實施例中，盤13除了槽之外可以包 括凸塊、突出部或反射面，或者用這些代替槽。槽傳感器觸發(fā)器20可以使用任何物理結(jié)構(gòu) 或裝置來確定盤13轉(zhuǎn)動時的徑向位置。光學模塊16可以物理地安裝在轉(zhuǎn)臺15上方。因 此，光學模塊16在任一時刻與不同的小室交疊。分析系統(tǒng)10可以還包括加熱元件(未顯示)，用于調(diào)整盤13上的樣品17的溫度。 在一個實施例中，加熱元件可以包括容納在反射罩內(nèi)的圓柱形鹵素燈泡。反射罩的形狀能 將輻射從燈泡聚集到盤13的徑向部分上面。一般來說，當盤13旋轉(zhuǎn)時，盤13的受熱區(qū)域 類似于環(huán)。在這一實施例中，反射罩的形狀可以是容許精確聚集輻射能量的橢圓和球形幾 何形狀的組合。在其它實施例中，反射罩可以具有不同的形狀，或者燈泡可以廣泛地照射較 大的區(qū)域。還在其它實施例中，反射罩的形狀可以將輻射從燈泡聚集到盤13的單個區(qū)域上 面，如容納樣品17的單個處理小室。在一些實施例中，加熱元件可以加熱空氣并強制熱空氣到達一個或多個樣品17 的上面以調(diào)整溫度。另外，可以通過盤13直接加熱樣品17。在這種情況下，加熱元件可以 位于平臺15，并與盤13熱連接。通過控制單元19進行控制，加熱元件內(nèi)的電阻可以對盤 13的選定區(qū)域進行加熱。例如，一個區(qū)域可以包含一個或多個小室，并且有可能是全盤13。作為另外的選擇或除此之外，系統(tǒng)10可以包括冷卻部件(未顯示)。系統(tǒng)10中可 以包括風扇以對盤13提供冷空氣(例如室溫空氣)。適當?shù)卣{(diào)整樣品的溫度以及在實驗完成后存儲樣品17時可能需要進行冷卻。在其它實施例中，冷卻部件可以包括平臺15與盤 13之間的熱連接，必要時平臺15可以降低其溫度。例如，一些生物樣品可以儲存在4攝氏 度下以降低酶活性或蛋白質(zhì)變性。關(guān)于可用來實施本發(fā)明的示例性裝置的更詳細的資料可見于例如美國專利申 請公開 No. 2006-0223172(題為 “MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE HAVING FIBER BUNDLE COUPLING MULTIPLE OPTICAL MODULES TO A COMMON DETECTOR”)、美國專 利 No. 7，507，575 (題為 “MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE HAVING REMOVABLE OPTICAL MODULES”)、美國專利申請公開 No. 2007-0009382 (題為 “HEATING ELEMENT FOR A ROTATING MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE”)、美國專利申請公開 No. 2007-0009383(題為“VALVE CONTROL SYSTEM FOR A ROTATINGMULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE”)和美國專利申請公開 No. 2007-001007 (題為 “SAMPLE PROCESSING DEVICEC0MPRESSI0N SYSTEMS AND METHODS”)。這些公開內(nèi)容均全文以引用的方式并入本 文。對于實時PCR，可以使用熒光來測量利用三種常規(guī)技術(shù)之一的PCR分析期 期間的擴增量。第一種技術(shù)是使用經(jīng)與雙鏈DNA結(jié)合后熒光增加的染料，如Sybr· Green (Molecular Probes, Eugene, Oregon) 第二種技術(shù)使用熒光標記的探針(雜交探針、 發(fā)夾式探針等)，當與擴增的靶序列結(jié)合時，其熒光產(chǎn)生變化。這種技術(shù)類似于使用雙鏈 DNA結(jié)合染料，但更具有特異性，因為探針只與靶序列的某個部分結(jié)合。第三種技術(shù)是使用 水解探針(Taqman ，Applied BioSystems, Foster City，California)，其中在 PCR 循環(huán)的 延伸階段期間，聚合酶的核酸外切酶活性酶切探針上的猝滅劑分子，使其具有熒光活性。在每一種方式中，熒光量大致線性正比于擴增的核酸濃度。數(shù)據(jù)分析裝置11測量 在每個PCR循環(huán)(或者任選地在PCR循環(huán)后通過控制單元19進行取樣、緩沖和傳遞)期間 從檢測器18輸出的信號，從而以近實時的方式觀察擴增。在一些實施例中，控制單元19或 數(shù)據(jù)分析裝置11可以在一段PCR循環(huán)上對檢測器18的輸出信號進行積分，從而對每個PCR 循環(huán)產(chǎn)生單個熒光值。在其它實施例中，數(shù)據(jù)分析裝置11可以對每個PCR循環(huán)測量和保留 指示檢測器18的熒光的多個輸出信號。數(shù)據(jù)分析裝置11對每個PCR循環(huán)存儲代表輸出信 號的數(shù)據(jù)，作為矩陣或表格格式的擴增數(shù)據(jù)，其中，舉例來說，一行的每一列存儲循環(huán)數(shù)目， 第二行的同一列存儲相關(guān)的熒光強度。數(shù)據(jù)分析裝置11還可以對單個PCR分析期的多個PCR循環(huán)將檢測器18的數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換成擴增曲線，如圖2中所示的擴增曲線20。對于典型的PCR分析期，擴增曲線20代表 對多個PCR循環(huán)中的每一個通過熒光檢測到的樣品的擴增。擴增曲線20可以包括對多個 PCR循環(huán)中的每一個的單個熒光強度值。以曲線與數(shù)據(jù)擬合。曲線擬合可以采用例如線性 回歸，或者可以簡單地用平滑或非平滑線連接相鄰循環(huán)的熒光數(shù)據(jù)。在其它實施例中，擴增 曲線20對多個PCR循環(huán)中的每一個可以包括不止一個熒光強度值。對單個PCR分析期的 擴增曲線一般可分為大致三個區(qū)基線期22、生長期M和平臺期26。根據(jù)本文中所述的技術(shù)，數(shù)據(jù)分析裝置11可以對擴增數(shù)據(jù)或擴增曲線20應(yīng)用小 波變換，用以沿擴增曲線確定本文中稱為Tmax值的點，其是對應(yīng)于擴增數(shù)據(jù)或擴增曲線20 的生長期對內(nèi)的點的PCR循環(huán)。具體來說，擴增數(shù)據(jù)或擴增曲線20的小波變換產(chǎn)生擴增 曲線20的循環(huán)-頻率表示法，它一般具有復(fù)雜的循環(huán)依賴性。進行小波變換后，數(shù)據(jù)分析裝置11識別出Tmax值作為變換的擴增數(shù)據(jù)內(nèi)的循環(huán)值，在此中變換的擴增數(shù)據(jù)的一個或多 個頻率分量具有最大的量值。也就是說，數(shù)據(jù)分析裝置11對擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換，從而 將擴增數(shù)據(jù)分解成一系列基函數(shù)(即小波)。這樣可容許分析擴增數(shù)據(jù)，以便識別較大量 值的頻率分量，同時保持分量的循環(huán)關(guān)系。因而，數(shù)據(jù)分析裝置11能夠?qū)ψ儞Q的擴增數(shù)據(jù) 內(nèi)的一個或多個頻率部分識別具有最大局部小波量值的循環(huán)，并將其同與擴增數(shù)據(jù)相關(guān)的 PCR分析期的Tmax值相關(guān)聯(lián)。然后數(shù)據(jù)分析裝置11可以根據(jù)Tmax值更新顯示。當系統(tǒng)10對包含不同的已知核酸初始濃度的多個樣品進行PCR時，數(shù)據(jù)分析裝 置11可以產(chǎn)生圖線28，其包括樣品的Tmax對初始DNA濃度(DNAtl)的對數(shù)的關(guān)系的標準 曲線29，如圖3所示。標準曲線四可以包括利用線性回歸或別的曲線擬合技術(shù)對多個 (In(DNAtl)，Tmax)數(shù)據(jù)點的擬合線。數(shù)據(jù)分析裝置11隨后可以使用標準曲線四或代表標準 曲線四的方程對具有未知核酸初始濃度的核酸樣品的初始濃度進行定量。例如，裝置11 可以對具有未知核酸初始濃度的樣品確定Tmax值。然后裝置11可以在對應(yīng)于Tmax值的點沿 標準曲線四作Tmax值圖，或者可以將Tmax值代入標準曲線四的方程，從而確定樣品中的核 酸初始濃度。數(shù)據(jù)分析裝置11還可以使用標準曲線四確定PCR反應(yīng)的效率，進一步詳細 描述如下。圖4是作為例子的熒光檢測裝置12的實施例的功能方框圖。具體地講，圖4表示 裝置部件之間的電連接以及光通過部件的一般路徑。在圖4的例子中，裝置12包括至少一 個處理器344或其它邏輯控制單元、存儲器346、盤式電機348、光源330、激發(fā)濾光器334、 透鏡338、檢測濾光器340、聚光透鏡342、檢測器18、槽傳感器觸發(fā)器27、通信接口 350、加 熱元件354、激光器355和電源352。如圖4所示，透鏡338和聚光透鏡342不必與別的部 件電連接。另外，光源330、濾光器334和340、透鏡338和聚光透鏡342代表了一個光學模 塊16。裝置12可以包含另外的光學模塊16，如前面所述，雖然在圖4中沒有顯示。在這種 情況下，每個增加的光學模塊可以包括基本上與圖4中所示類似設(shè)置的部件。光按一定的路徑通過圖4中的若干部件。光線一旦由光源330發(fā)出，它便進入激 發(fā)濾光器334，并且作為離散波長的光離開。然后其穿過透鏡338，在那里離開檢測裝置12， 并激發(fā)處理小室(未顯示)內(nèi)的樣品17。樣品17通過發(fā)不同波長的熒光作出反應(yīng)，此時光 線進入透鏡338并由檢測濾光器340濾光。濾光器340除去樣品17中波長在所需熒光之 外的背景光。其余的光在被檢測器18檢測之前通過聚光透鏡342送進纖維光纜14。隨后 檢測器18將收到的光信號放大。處理器；344、存儲器346和通信接口 350可屬于控制單元19。處理器；344控制盤式 電機348轉(zhuǎn)動，或者根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)盤13，從而收集熒光信息或通過盤13移動流體。處理器 344可使用從槽傳感器觸發(fā)器20收到的盤位置信息來識別轉(zhuǎn)動期間盤13上的小室位置，并 同步獲取從盤13上收到的熒光數(shù)據(jù)。處理器344還可以控制光學模塊16內(nèi)的光源330何時開和關(guān)。在一些實施例中， 處理器344控制激發(fā)濾光器334和檢測濾光器340。根據(jù)被照射的樣品情況，處理器344可 以更改濾光器以使不同波長的激發(fā)光到達樣品或者使不同波長的熒光到達聚光透鏡342。 在一些實施例中，可以為特定的光學模塊16的光源330優(yōu)化一方或兩方的濾光器，并且不 可由處理器344進行更改。聚光透鏡342連接于纖維光纜14，后者提供光從聚光透鏡342到檢測器18的光路。處理器344可以控制檢測器18的操作。雖然檢測器18可以不斷地檢測著所有的光， 但許多實施例中應(yīng)用其它的獲取模式。處理器344可以確定檢測器18何時收集數(shù)據(jù)，并且 可以對檢測器18的其它配置參數(shù)進行編程設(shè)定。在一個實施例中，檢測器18是從聚光透 鏡342提供的光中捕捉熒光的光電倍增管。作為響應(yīng)，檢測器18產(chǎn)生代表收到的光的輸出 信號343(例如模擬輸出信號)。雖然圖3中未顯示，但在包括多個光學模塊的實施例中，檢 測器18可同時接收來自裝置12的其它光學模塊16的光。在這種情況下，輸出信號343是 由檢測器18從各光學模塊16收到的光輸入的組合的電學表示。處理器344還可以控制來自裝置12的數(shù)據(jù)流?？梢园褦?shù)據(jù)(如，自檢測器18取 樣的熒光、來自加熱元件3M及相關(guān)傳感器的樣品溫度和盤轉(zhuǎn)動信息)存儲到存儲器346 里面用于分析。處理器344可以包括任何一個或多個微處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專 用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它數(shù)字邏輯電路。此外，處理器344提 供存儲在計算機可讀介質(zhì)(如存儲器346)上的用于固件、軟件或其組合的操作環(huán)境。存儲器346可以包括一個或多個用于存儲多種信息的存儲器。例如，一個存儲器 可以包含具體的配置參數(shù)、可執(zhí)行指令，一個存儲器可以包含收集的數(shù)據(jù)。因此，處理器344 可以使用存儲在存儲器346中的數(shù)據(jù)控制裝置的操作和校準。存儲器346可以包括任何 一個或多個隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、電可擦除可編程ROM (EEPROM)、閃存等。處理器344可另外地控制加熱元件354?；诎诖鎯ζ?46內(nèi)的指令，可以選 擇性地驅(qū)動加熱元件354，從而根據(jù)所需的加熱曲線控制一個或多個小室的溫度。一般來 說，當盤旋轉(zhuǎn)時，加熱元件加熱盤13的一個徑向部分。加熱元件3M可以包括鹵素燈泡和 用于將熱能聚集到盤13的特定區(qū)域上的反射器。在其它實施例中，加熱元件3M可以順序 地加熱一個或多個小室。這種實施例要求盤13不動而加熱小室。在任何實施例中，加熱元 件354能夠根據(jù)需要極其快速地開啟和關(guān)閉。處理器344利用通信接口 350與數(shù)據(jù)分析裝置11進行通訊。通信接口 350可以用 單一方法或組合方法傳輸數(shù)據(jù)。一些方法可以包括通用串行總線(USB)端口或IEEE 1394 端口，用于以高數(shù)據(jù)傳輸速率進行硬線連接。在一些實施例中，可以把存儲裝置直接連接至 這些端口中的一個，以便進行用于后處理的數(shù)據(jù)存儲。可以通過處理器344對數(shù)據(jù)進行預(yù) 處理以備查看，或者可能需要在可以開始分析之前對原始數(shù)據(jù)進行完全的處理。還可以通過射頻(RF)通信或局域網(wǎng)(LAN)連接來完成與分析裝置11的通信。此 外，可以通過直接連接或者通過網(wǎng)絡(luò)接入點來實現(xiàn)連接，該網(wǎng)絡(luò)接入點例如是可以支持有 線或無線通信的網(wǎng)絡(luò)集線器或路由器。例如，檢測裝置12可以以一定的RF頻率發(fā)送數(shù)據(jù) 供目標數(shù)據(jù)分析裝置11接收。此外，檢測裝置12能夠經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(如因特網(wǎng))從遠程裝置上下載更新的軟件、固 件和校準數(shù)據(jù)。通信接口 350還可以使處理器344能夠監(jiān)視、盤存和報告任何故障。如果 發(fā)生操作問題，處理器344能夠輸出錯誤信息，從而通過提供操作數(shù)據(jù)來協(xié)助用戶進行故 障排除。例如，處理器344可以提供信息以幫助用戶診斷故障加熱元件或同步問題。電源352對裝置12的部件輸送操作功率。電源352可以使用來自標準115伏電插 座的電力，或者用電池和發(fā)電電路來產(chǎn)生操作功率。在一些實施例中，電池是可再充電的， 從而可容許進行長期操作。例如，裝置12可以是便攜式的，從而能夠在緊急情況下(例如在災(zāi)區(qū))檢測生物樣品。可以通過115伏電插座完成再充電。在其它實施例中，可以使用 傳統(tǒng)電池。圖5是示出示例性數(shù)據(jù)分析裝置11的進一步細節(jié)的功能方框圖，該數(shù)據(jù)分析裝置 可以是一般的計算裝置，如執(zhí)行一個或多個微處理器上的軟件的臺式計算機。在圖示的實 施例中，數(shù)據(jù)分析裝置11可以在功能上被視為包括控制模塊31、接口模塊32、數(shù)據(jù)庫模塊 33、通信模塊34和分析模塊35。接口模塊32代表與用戶交互所需的軟件和硬件，例如用于接收來自用戶38的輸 入以及對用戶38輸出信息。接口模塊32可以接收來自輸入裝置37的輸入以及對使用戶 能夠與系統(tǒng)10交互的輸出裝置36輸出數(shù)據(jù)。例如，用戶38可以改變檢測裝置12和分析 裝置11的操作參數(shù)以及存儲在數(shù)據(jù)庫模塊33中的操作數(shù)據(jù)。此外，用戶38可以與接口模 塊32交互，從而啟動對盤13的小室內(nèi)存儲的樣品17的實時核酸擴增。另外，用戶38可以 與數(shù)據(jù)分析裝置11交互，從而對獲取的數(shù)據(jù)進行觀察和操作。在此過程期間，接口模塊32 可以給用戶提供用于與分析裝置11交互的用戶界面畫面，包括例如圖13-22中所示的示例 性用戶界面畫面。示例性輸入裝置37包括鍵盤、觸摸屏、鼠標、麥克風等。輸出裝置38可 以包括例如IXD屏、LED陣列、CRT屏或觸摸屏顯示器。控制模塊31代表響應(yīng)通過接口模塊32從用戶38接收的輸入來指示熒光檢測裝 置12操作的邏輯控制單元。例如，控制模塊31可以包含軟件指令，所述軟件指令被執(zhí)行時 對熒光檢測裝置12的控制單元19提供用于傳達命令的控制邏輯，從而開始進行PCR分析 和數(shù)據(jù)收集。此外，在每個PCR循環(huán)或PCR分析期或者完成每個PCR循環(huán)或PCR分析期后， 控制模塊31可以提供命令要求和接收來自控制單元19的緩沖擴增數(shù)據(jù)。此外，控制模塊 31提供控制邏輯，用于存儲數(shù)據(jù)庫模塊33內(nèi)的緩沖擴增數(shù)據(jù)，以及用于請求分析模塊35響 應(yīng)來自用戶38的命令處理數(shù)據(jù)。分析模塊35接收來自控制模塊31的擴增數(shù)據(jù)，利用小波變換對擴增數(shù)據(jù)進行處 理，并對與擴增數(shù)據(jù)相關(guān)的一個或多個PCR循環(huán)的PCR分析期確定Tmax值。例如，分析模塊 35對擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換以識別對應(yīng)于擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的PCR循環(huán)，即，對于曲 線的Tmax值。在一些實施例中，PCR循環(huán)可對應(yīng)于大約生長期的開始、可對應(yīng)于生長期的結(jié) 束或可對應(yīng)于生長期內(nèi)的一些其它點。在一些實施例中，分析模塊35可確定對PCR分析期 的Tmax值至循環(huán)的一部分。此外，分析模塊35可任選容許用戶38選擇和應(yīng)用手動或自動閾值技術(shù)來識別對 應(yīng)于擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的循環(huán)(例如，閾值循環(huán)，ct)。手動閾值技術(shù)有賴于用戶設(shè)置 閾熒光強度。然后分析模塊35確定何時擴增數(shù)據(jù)跨越此閾值和返回其作為Ct值發(fā)生的循 環(huán)。如果選擇自動閾值技術(shù)，分析模塊35自動確定閾值熒光強度。例如，分析模塊 35可以確定擴增曲線基線區(qū)上的熒光信號的平均值和標準偏差。然后分析模塊35可以 設(shè)定閾值在平均基線熒光信號以上的一定數(shù)目的標準偏差，例如在平均熒光信號以上的五 個標準偏差。閾值技術(shù)的進一步細節(jié)描述在美國專利申請公開No. 2003/0044826(題為 "AUTOMATIC THRESHOLD SETTING FOR QUANTITATIVE POLYMERASE CHAIN REACTION”)中， 上述申請全文以引用的方式并入本文。在其它實施例中，分析模塊35還可容許用戶38選 擇導(dǎo)數(shù)技術(shù)作為確定對應(yīng)于擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的循環(huán)的不同辦法。
在導(dǎo)數(shù)技術(shù)中，分析模塊35可以計算擴增數(shù)據(jù)的η階導(dǎo)數(shù)，確定η階導(dǎo)數(shù)的極 大值、極小值或零值，并輸出此導(dǎo)數(shù)值作為Ct值出現(xiàn)的PCR循環(huán)。導(dǎo)數(shù)技術(shù)的進一步細節(jié) 描述在美國專利申請公開 No. 2002/0(^8452(題為 “METHOD FOR QUANTIFICATION OF AN ANALYTE ”)，上述申請全文以引用的方式并入本文。分析模塊35還可以容許用戶38選擇其它技術(shù)作為確定對應(yīng)于擴增數(shù)據(jù)生長 期內(nèi)的點的循環(huán)的辦法。其它技術(shù)包括擴增生長曲線的傅里葉變換(進一步細節(jié)如 美國專利申請公開No. 2006/0286587中所述，其內(nèi)容全文以引用的方式并入本文)和 Levenberg-Marquardt回歸處理方法(進一步細節(jié)如美國專利申請公開No. 2007/0143385 中所述，題為“METHOD FOR QUANTIFICATION OF AN ANALYTE”，其內(nèi)容全文以引用的方式并 入本文)。當對擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換以確定Tmax值時，擴增數(shù)據(jù)被分解成系列的基函數(shù) (即小波)，其可以是多種函數(shù)?；瘮?shù)的一個例子是Morlet小波。其它有用的小波包括 例如Haar小波或方脈沖函數(shù)；Marr小波或墨西哥帽；Paul小波；Daubechies小波；Mathieu 小波；Legendre小波；β小波；Hermetian小波；Siannon小波；高斯函數(shù)的導(dǎo)數(shù)等?！銇碚f，分析模塊35對擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換以產(chǎn)生數(shù)據(jù)的三維表示，其中一 維是循環(huán)，第二維是膨脹(例如倒頻)，第三維是小波幅值。這使得能沿循環(huán)和頻率維度分 析擴增曲線，以便識別較大的幅值分量，同時保持分量的循環(huán)關(guān)系。因而，分析模塊35能夠 識別具有最大小波幅值的分量，并根據(jù)那些分量的循環(huán)關(guān)系將那些分量與擴增曲線上指示 生長區(qū)的點相關(guān)聯(lián)。例如，根據(jù)幅值以及它們的循環(huán)相關(guān)性，分析模塊35能夠?qū)εc擴增數(shù) 據(jù)相關(guān)的PCR分析期識別Tmax值。例如，當應(yīng)用小波變換時，分析模塊35將擴增數(shù)據(jù)分解成選定小波的平移和膨 脹，其中每個時間平移值代表擴增數(shù)據(jù)內(nèi)的循環(huán)偏移，每個膨脹值代表不同的小波倒頻。分 析模塊35這樣做的方式可以是，用以時間平移值和膨脹值賦值的選定小波乘以代表擴增 數(shù)據(jù)(例如擴增曲線)的函數(shù)，或者對擴增數(shù)據(jù)直接應(yīng)用以時間平移值和膨脹值賦值的選 定小波。然后分析模塊35在所有循環(huán)上對結(jié)果函數(shù)進行積分，從而產(chǎn)生在該時間平移值和 膨脹值時的小波變換的幅值。然后分析模塊35可以在保持膨脹值的同時增加時間平移值， 實施擴增函數(shù)與小波的乘法，并對結(jié)果函數(shù)進行積分，從而確定在此時間平移值和膨脹值 時的小波變換的幅值。分析模塊35可以對每對兒時間平移和膨脹重復(fù)此過程，以便對選定 的小波建立擴增數(shù)據(jù)的三維循環(huán)-頻率-幅值表示法。然后分析模塊35可以應(yīng)用構(gòu)建的三維表示，以便對PCR分析期識別Tmax值，和/ 或?qū)⑿〔ㄗ儞Q幅值輸出為圖形、文本、表格、圖像等，進一步的詳細描述如下。在一個實施例 中，分析模塊35構(gòu)建二維圖象，其中第一軸是時間平移，第二軸是膨脹，每個時間平移-膨 脹坐標上的顏色、陰影或圖像的強度代表在該點的小波變換的幅值。在其它實施例中，舉例 來說，分析模塊35可以構(gòu)建三維圖形，其中第一軸是時間平移，第二軸是膨脹，第三軸是小 波變換的幅值。接口模塊32可以顯示分析模塊35對用戶的輸出，作為分析PCR期間的輔 助手段。如下文中進一步詳述的那樣，一旦計算了擴增數(shù)據(jù)的小波變換，分析模塊35可以 對擴增數(shù)據(jù)確定Tmax值。例如，分析模塊35可以選擇膨脹值，并確定對于此膨脹值來說，在 什么時間平移值下出現(xiàn)局部極大的小波變換幅值。分析模塊35可以根據(jù)一定的規(guī)范選擇此局部極大的小波變換幅值，包括例如忽略邊緣偽影，如使用有限數(shù)目的膨脹值所出現(xiàn)的 那些。出現(xiàn)局部極大的小波變換幅值的時間平移值是對于此膨脹部分的Tmax值。在一些 實施例中，分析模塊35可以選擇指定的膨脹值(例如，頻率部分，如下所述)，在此確定Tmax 值。在其它實施例中，用戶可以通過接口模塊32指示分析模塊35選擇一定的膨脹值，或者 可以選擇不止一個確定Tmax值的膨脹值。在此實施例中，分析模塊35可以對為每個膨脹值 確定的Tmax值取平均值，從而確定平均Tmax值。然后接口模塊32可以把Tmax值顯示在輸出裝置36的顯示器上。接口模塊32可 以以文本、圖形上的數(shù)據(jù)點、表格的一部分等的形式顯示Tmax值。在一些實施例中，Tfflax值包 括在Tmax值對初始核酸濃度的對數(shù)的關(guān)系的標準曲線上的一個點。在其它實施例中，接口模塊32可以根據(jù)TTmax值在輸出裝置36的顯示器上顯示信 息。例如，分析模塊35可以將Tmax值的測定解釋為簡單地表示在已經(jīng)歷PCR分析的樣品中 存在某種核酸。然后接口模塊32可以顯示指示出在樣品中存在此核酸片段的信息。反之， 如果沒有對樣品確定Tmax值(即，沒有發(fā)生擴增)，分析模塊35可以將此解釋為表示樣品中 不存在具有某種序列的核酸，并且接口模塊32可以顯示相應(yīng)的信息。在其它實施例中，當樣品包含未知初始濃度的已知核酸時，分析模塊35可以對未 知樣品確定Tmax值，對已知的核酸應(yīng)用標準曲線，并且在不顯示Tmax的情況下顯示未知樣品 的濃度。在一些實施例中，在利用小波變換分析擴增數(shù)據(jù)之前，分析模塊35或控制模塊31 可以應(yīng)用數(shù)據(jù)準備技術(shù)，如曲線平滑、噪聲降低等。數(shù)據(jù)分析裝置11可以是通用工作站、臺式計算機、膝上型計算機；手持計算裝置、 個人數(shù)字助理(PDA)或其它的計算裝置。數(shù)據(jù)分析裝置11可以包括微處理器、數(shù)字信號處 理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)或用于實施所述技術(shù)的其它 硬件、固件和/或軟件。換言之，如本文所述，可以用硬件、軟件、固件及其組合等執(zhí)行PCR 擴增數(shù)據(jù)的分析。如果以軟件執(zhí)行，計算機可讀介質(zhì)可以存儲可以由處理器或DSP執(zhí)行的 指令(即程序代碼)，用以實施如上所述的一項或多項技術(shù)。例如，計算機可讀介質(zhì)可以包 括磁介質(zhì)、光學介質(zhì)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、非易失性隨機存取存儲器 (NVRAM)、電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)、閃存或適于存儲程序代碼的其它介質(zhì)。圖6是示出數(shù)據(jù)分析裝置11收集和分析PCR擴增數(shù)據(jù)的示例方法的流程圖。首 先，分析裝置11初始化PCR分析42。例如，分析裝置11 (例如控制模塊31)根據(jù)存儲在數(shù) 據(jù)庫模塊33中的參數(shù)或用戶通過接口模塊32的輸入來控制熒光檢測裝置12的操作。所 述參數(shù)可以包括例如樣品類型和數(shù)量、熒光標記物類型、檢測器波長、循環(huán)數(shù)目、循環(huán)步驟、 循環(huán)溫度分布和升溫速率、盤轉(zhuǎn)速、熒光檢測時間等。分析裝置11初始化PCR分析的方式 例如是，對控制單元19輸出命令，根據(jù)由用戶指定的工作參數(shù)指示熒光檢測裝置12準備新 的PCR分析期。此外，分析裝置11可以初始化一個或多個文件，用于存儲要接收自熒光檢 測裝置12的擴增曲線數(shù)據(jù)。作為響應(yīng)，控制單元19利用光學模塊16和檢測器18獲取PCR擴增數(shù)據(jù)44。控制 單元19可以對每個PCR循環(huán)獲取熒光數(shù)據(jù)，并且可以收集一定時間長度的數(shù)據(jù)，例如，對于 每個PCR循環(huán)，盤13經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)數(shù)?？刂茊卧?9可以對由檢測器18檢測到的熒光進行 積分，從而對每個PCR循環(huán)產(chǎn)生單一的熒光值，或者可以為單個PCR循環(huán)獲取和保留多個熒光值。在PCR分析期結(jié)束之前，控制單元19可以緩沖擴增數(shù)據(jù)，或者可以將數(shù)據(jù)傳遞給分 析裝置11，后者可把擴增數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫模塊33中用于過后分析，或者可以把擴增數(shù)據(jù) 傳送至分析模塊35，用于進行基本上實時的分析。在任何情況下，數(shù)據(jù)分析裝置11的分析模塊35對PCR擴增數(shù)據(jù)46應(yīng)用小波變換。 如下文進一步詳述，小波變換把強度對循環(huán)擴增數(shù)據(jù)的關(guān)系變換成基于頻率-時間的數(shù)據(jù) 集，后者是兩個新變量的涵數(shù)膨脹和時間平移。對于每對上述新變量，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)具有小 波變換幅值。根據(jù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，分析模塊35識別Tmax值，其可對應(yīng)于局部極大小波變換幅 值的時間平移坐標、多個局部極大幅值的平均時間平移坐標，或者可以代表由用戶選定的 擴增曲線的另一特性。然后，接口模塊32根據(jù)Tmax值更新顯示48。在一些實施例中，接口模塊32可以在 圖形上、作為表格中的項目或者以任何其它合適的格式顯示Tmax值。另外，如圖7和8的上 下文所述，Tmax值可形成為標準曲線的一部分，或者分析模塊35可以使用Tmax值來確定樣品 中的初始核酸濃度。在其它實施例中，接口模塊32可以根據(jù)Tmax值在輸出裝置36的顯示器上顯示信 息。例如，分析模塊35可以將Tmax值的測定解釋為簡單地表示在已經(jīng)歷PCR分析的樣品中 存在某種核酸片段。然后接口模塊32可以顯示信息，表示在樣品中存在此核酸片段。反之， 如果沒有對樣品確定Tmax值(即，沒有發(fā)生擴增)，分析模塊35可以將此解釋為表示樣品中 不存在具有某種序列的核酸，并且接口模塊32可以顯示相應(yīng)的信息。這(例如)在用于確 定病原體存在的核酸分析中是可取的。在其它實施例中，當樣品包含未知初始濃度的已知核酸時，分析模塊35可以對未 知樣品確定Tmax值，對已知的核酸應(yīng)用標準曲線，并且在不顯示Tmax值的情況下顯示未知樣 品的濃度。圖7示出PCR分析系統(tǒng)10的另一示例性操作。類似于參照圖6所述的實施例，控 制模塊31首先初始化熒光檢測裝置12以開始進行樣品52的PCR分析。在圖示的實施例 中，樣品包括已知的初始核酸濃度。然后，熒光檢測裝置12的控制單元19利用光學模塊16 和檢測器18獲取擴增數(shù)據(jù)M。然后數(shù)據(jù)分析11的分析模塊35對擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換 56，從而確定Tmax值和利用接口模塊32顯示Tmax值58。接口模塊32可以在圖形上、作為表 格中的項目或者以任何其它合適的格式顯示Tmax值。另外，在圖7所示的實施例中，分析模塊35進行計算和任選畫出Tmax值對初始核 酸濃度對數(shù)的關(guān)系的標準曲線上的點60。要生成標準曲線上的點，分析模塊35或控制模塊 31計算出樣品中初始核酸濃度的對數(shù)。然后分析模塊35或控制模塊31對照初始核酸濃 度的對數(shù)畫出Tmax值，從而形成曲線上的一個點。然后分析模塊35可以對包含不同初始濃 度的相同核酸的一組樣品中的每一個重復(fù)這一程序，從而生成標準曲線。也就是說，分析模 塊35可以對包含不同初始濃度的相同核酸的多個樣品中的每一個獲取擴增數(shù)據(jù)54，并且 對每一個樣品來說，對擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換56以確定Tmax值，計算初始核酸濃度的對數(shù)， 并生成標準曲線60上的對應(yīng)點。在一些實施例中，多個樣品中不止一個可能包含相同的初 始核酸濃度。Tmax值可大致線性地正比于初始核酸濃度的對數(shù)。因此，數(shù)據(jù)點的線性回歸擬合可 以是直線。分析模塊35可以利用標準曲線或標準曲線的方程確定包含未知初始濃度的相同核酸的樣品(例如用于生成標準曲線的樣品，如參照圖8的進一步詳述)的初始濃度。分析模塊35還可以利用標準曲線的方程確定PCR反應(yīng)的效率。PCR反應(yīng)的效率是 核酸量達到加倍每個PCR循環(huán)的接近程度的量度。PCR反應(yīng)的效率與下述方程的曲線斜率 有關(guān)
權(quán)利要求
1.一種方法，包括實施核酸樣品的PCR分析，其中所述PCR分析包括多個PCR循環(huán)；從所述PCR分析中獲取擴增數(shù)據(jù)，所述擴增數(shù)據(jù)與所述多個PCR循環(huán)中的每一個當中 存在的核酸量成正比；對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換以確定對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的PCR循環(huán)；以及根據(jù)對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的所述PCR循環(huán)更新顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中應(yīng)用小波變換包括由所述擴增數(shù)據(jù)生成擴增曲線，所述擴增曲線代表所述核酸樣品的生長對PCR循環(huán)的 關(guān)系；以及對所述擴增曲線應(yīng)用連續(xù)小波變換(CWT)以將所述擴增曲線分解成頻率分量，同時沿 所述擴增曲線對所述頻率分量保持PCR循環(huán)定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述擴增數(shù)據(jù)代表所述核酸樣品隨時間推移的生長，且其中應(yīng)用小波變換包括對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用離散小波變換(DWT)，從而將所述擴增數(shù) 據(jù)分解成頻率分量，同時相對于時間對所述頻率分量保持PCR循環(huán)定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的所述PCR循 環(huán)包括PCR循環(huán)的一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的所述PCR循 環(huán)被稱為Tmax值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的所述PCR循 環(huán)對應(yīng)于所述生長期的大致開始。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中更新顯示包括根據(jù)對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi) 的點的所述PCR循環(huán)顯示信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中更新顯示包括顯示所述Tmax值。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述核酸樣品包含已知的初始核酸濃度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中更新顯示包括在包含所述Tmax值對所述初始核酸 濃度的對數(shù)的關(guān)系的圖上顯示所述Tmax值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括對各包含已知初始核酸濃度的多個核酸樣品的每一個重復(fù)進行權(quán)利要求1的方法。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述圖還包含利用線性回歸針對所述多個樣品 的每一個進行的對所述Tmax值對所述初始核酸濃度的對數(shù)的關(guān)系的標準曲線擬合。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括對包含未知初始核酸濃度的核酸樣品重復(fù)進行權(quán)利要求1的方法。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中更新顯示包括在所述圖上顯示包含未知初始核 酸濃度的所述核酸樣品的Tmax值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括根據(jù)包含未知初始核酸濃度的所述核酸樣品的Tmax值和所述標準曲線確定包含未知初 始核酸濃度的所述核酸樣品中的核酸初始量。
16.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述核酸樣品包含未知的初始核酸濃度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括根據(jù)所述Tmax值和標準曲線確定所述核酸樣品的初始濃度。
18.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換包括生成多個頻 率部分，其中所述多個頻率部分的每一個包括多個時間平移值，且其中每個時間平移值包 括小波變換幅值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換包括根據(jù)所述多 個時間平移值中的至少一個的小波變換幅值確定所述Tmax值。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換包括在小波變換 中對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用Haar小波。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換包括選擇小波。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換包括選擇所述多 個頻率部分中的一個，并根據(jù)在所述頻率部分中的多個時間平移值中的至少一個的小波變 換幅值確定所述Tmax值。
23.一種包括指令的計算機可讀介質(zhì)，所述指令使處理器啟動核酸樣品的PCR分析，其中所述PCR分析包括多個PCR循環(huán)從所述PCR分析中接收擴增數(shù)據(jù)，所述擴增數(shù)據(jù)與所述多個PCR循環(huán)中的每一個當中 存在的核酸量成正比；對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換以確定對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的PCR循環(huán)；以及根據(jù)對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的所述PCR循環(huán)更新顯示。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的計算機可讀介質(zhì)，其中所述核酸樣品包含未知初始量的核 酸，并其中所述計算機可讀介質(zhì)還包括指令，所述指令使處理器根據(jù)對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的所述PCR循環(huán)和標準曲線確定所述核酸樣 品的初始濃度。
25.一種裝置，包括初始化核酸樣品的PCR分析并接收擴增數(shù)據(jù)的控制模塊，所述擴增數(shù)據(jù)與多個PCR循 環(huán)中的每一個當中存在的核酸量成正比；對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換以確定對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的PCR循環(huán) 的分析模塊；和根據(jù)對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的所述PCR循環(huán)更新顯示的接口模塊。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述分析模塊由所述擴增數(shù)據(jù)生成擴增曲線，所述擴增曲線代表所述核酸樣品的生長對PCR循環(huán)的 關(guān)系；以及對所述擴增曲線應(yīng)用連續(xù)小波變換(CWT)以將所述擴增曲線分解成頻率分量，同時沿 所述擴增曲線對所述頻率分量保持PCR循環(huán)定位。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述擴增數(shù)據(jù)代表所述核酸樣品隨時間推移的生長，且其中所述分析模塊對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用離散小波變換(DWT)，從而將所述擴增數(shù)據(jù)分解成頻率分量，同時相對于時間對所述頻率分量保持PCR循環(huán)定位。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的所述PCR 循環(huán)包括循環(huán)的一部分。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的所述PCR 循環(huán)被稱為Tmax值。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的所述PCR 循環(huán)對應(yīng)于所述生長期的大致開始。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述接口模塊根據(jù)對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期 內(nèi)的點的所述PCR循環(huán)顯示信息。
32.根據(jù)權(quán)利要求四所述的裝置，其中所述接口模塊顯示所述Tmax值。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，還包括數(shù)據(jù)庫模塊以存儲所述擴增數(shù)據(jù)。
34.根據(jù)權(quán)利要求四所述的裝置，其中所述核酸樣品包含已知初始量的核酸。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置，其中所述接口模塊在所述Tmax對所述核酸初始量的 對數(shù)的關(guān)系的圖上顯示所述Tmax值。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，其中所述分析模塊對包含已知初始量的核酸的多個 核酸樣品中的每一個確定Tmax值。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的裝置，其中所述圖還包含利用線性回歸對所述多個樣品的 每一個進行的對所述Tmax值對所述核酸初始量的對數(shù)的的關(guān)系的線擬合。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其中所述分析模塊對包含未知初始量的核酸的核酸 樣品確定Tmax值。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其中所述接口模塊在所述圖上顯示包含未知初始量 的核酸的所述核酸樣品的Tmax值。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的裝置，其中所述分析模塊根據(jù)包含未知初始量的核酸的所 述核酸樣品的Tmax值和所述線確定包含未知初始量的核酸的所述核酸樣品中的核酸初始量。
41.根據(jù)權(quán)利要求四所述的裝置，其中所述核酸樣品包含未知初始量的核酸。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的裝置，其中所述分析模塊根據(jù)所述Tmax值和標準曲線確定 所述核酸樣品的初始濃度。
43.根據(jù)權(quán)利要求四所述的裝置，其中所述分析模塊對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換以 生成多個頻率部分，其中所述多個頻率部分的每一個包括多個時間平移值，且其中每個時 間平移值包括小波幅度。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其中所述分析模塊根據(jù)所述多個時間平移值中的至 少一個的小波幅度確定Tmax值。
45.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述分析模塊對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用Haar小波。
46.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換包括選擇小波。
47.根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其中所述分析模塊選擇所述多個頻率部分中的一 個，并根據(jù)在所述頻率部分中的所述多個時間平移值中的至少一個的小波變換幅值確定 T 佶
全文摘要
本發(fā)明提供一種方法，其包括獲取正比于多個PCR循環(huán)中的每一個當中存在的核酸量的擴增數(shù)據(jù)，該方法包括對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換以確定對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的PCR循環(huán)并更新顯示。本發(fā)明還提供一種裝置，包括控制模塊、分析模塊和接口模塊，用于初始化核酸樣品的PCR分析、接收正比于核酸存在量的擴增數(shù)據(jù)、對所述擴增數(shù)據(jù)應(yīng)用小波變換以確定對應(yīng)于所述擴增數(shù)據(jù)生長期內(nèi)的點的PCR循環(huán)，以及根據(jù)所述擴增數(shù)據(jù)更新顯示。
文檔編號C12Q1/68GK102046807SQ200980119169
公開日2011年5月4日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者彼得·D·陸德外斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司