用于执行qPCR方法的方法和设备技术

本发明专利技术涉及计算机执行的用于运行定量聚合酶链式反应（qPCR）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于执行qPCR方法的方法和设备


[0001]本专利技术涉及对聚合酶链式反应方法（PCR方法）的使用方案，尤其以用于探测病原体的存在性。此外本专利技术涉及对qPCR测量的评估。

技术介绍

[0002]为了探测有待研究的物质、如例如血清或诸如此类物中的DNA链区段，在自动化的系统中执行PCR方法。PCR系统能够实现的是，对确定的有待检测的、例如应该配属于病原体的DNA链区段进行扩增并且进行检测。PCR方法一般包括循环地使用变性、退火以及延伸的步骤。特别地，在PCR过程中DNA双链展开成单链并且其分别通过积聚核苷酸又进行补足，以便在每个循环中复制DNA链区段。
[0003]qPCR方法能够实现以被证明的方式用这种过程来量化病原体负荷。为此，核苷酸至少部分地设有荧光分子，所述荧光分子在与有待检测的DNA链区段的单链连接时激活荧光特性。根据双链的结构能够在每个循环之后求取荧光值，该荧光值依赖于所产生的DNA链区段的数目。
[0004]在扩增过程中，则能够由所求取的荧光值（强度值）来求取qPCR曲线，该qPCR曲线在有待研究的物质中存在有待检测的DNA链区段的情况下具有sigmoid状的曲线。所测量的qPCR曲线实际上会带有伪迹，从而通常执行多个并行的测量，以便能够通过对测量值构造平均值来实现对qPCR曲线的更为精确的评估。

技术实现思路

[0005]按照本专利技术，规定了用于执行qPCR方法的按照权利要求1的方法以及按照并列的权利要求的设备和qPCR系统。
[0006]在从属权利要求中提出了另外的设计方案。
[0007]按照第一方面，规定了用于运行定量聚合酶链式反应（qPCR）
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方法的方法，该方法具有以下的步骤：
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循环地实施qPCR循环；
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在每个qPCR循环之后或者期间测量荧光的强度值，以便得到由强度值组成的qPCR曲线；
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借助于基于数据的分类模型来评估qPCR曲线的变化曲线，训练该分类模型，以便依赖于qPCR曲线的变化曲线来提供分类结果；
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依赖于对qPCR曲线的变化曲线进行的评估的分类结果来运行qPCR方法。
[0008]qPCR方法具有循环地重复变性、退火和延伸的步骤的过程。在变性中，在高温情况下有待研究的物质中的整个双链DNA展开成两个单链。在退火的步骤中，添加给物质的引物与单链连接，所述引物预先给定了对有待检测的DNA链区段进行扩增的起始点。在延伸的步骤中，第二互补的DNA链区段由自由的核苷酸在设有引物的单链上构成。在这些循环中的每个循环之后，有待检测的DNA链区段的DNA量因此理想地发生了翻倍。
[0009]通过使用qPCR方法，将作为标记的荧光分子装入到有待检测的DNA链区段中，从而通过在每个延伸步骤之后测量荧光的强度而能够求取强度值的在时间上的变化曲线。在此，如此得到的qPCR曲线具有三个有区别的阶段，即：基线，在该基线中由装入的标记所发射的荧光光线的荧光的强度还没有与背景荧光区分开；指数阶段，在该指数阶段中荧光强度上升超过基线，因此能被看到，其中，通过在每个循环中使DNA链翻倍而使得荧光信号与有待检测的DNA链区段的量成比例地指数地上升；以及平台阶段，在该平台阶段中试剂、也就是说引物和自由的核苷酸不再以所需的浓度存在并且没有继续发生翻倍。
[0010]对于证明例如能够对应于病原体的、预先给定的有待检测的DNA链区段，在此所谓的ct（cycle threshold，循环阈值）
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值是决定性。ct
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值确定了指数阶段的开始并且通过超过特定的极限值（该极限值对于分别有待检测的DNA链区段得以确定并且该极限值对于用于有待检测的DNA链区段的所有样品而言是相同的）来求取或者在计算上通过qPCR曲线在指数阶段中的二阶导数来求取并且对应于qPCR曲线的最陡的上升过程的强度值。如果已知目标值，则能够通过反算来确定有待研究的物质中的有待检测的DNA链区段的开始浓度。
[0011]实际上qPCR曲线非常不准确并且经受显著的波动。会出现基线漂移，随着该基线漂移表现出背景荧光在测量循环期间的上升。也就是说，即使在不发生扩增的情况下，荧光信号也上升。负面地影响qPCR曲线的精度的另外的影响因子例如能够由试剂浓度中的热噪声、波动或者说计量公差、荧光体积中的气穴以及伪迹（Artefakten）产生。
[0012]在传统的qPCR系统中一方面发生对qPCR曲线进行的基于软件的修正，另一方面能够规定，样品在相同的条件下多次测量并且产生的qPCR曲线通过形成平均值来进行平滑。然而这需要增高的耗费。
[0013]上述的方法的构思在于，借助于尤其呈人工神经元的网络、尤其深度神经元网络或者递归神经元网络、尤其LSTM的形式的基于数据的分类模型或者呈支持向量机的形式的基于数据的分类模型来决定，所测量的qPCR曲线是否表明了在有待研究的物质中存在有待检测的DNA链区段。因为所测量的qPCR曲线通常有非常多噪声，所以能够通过使用qPCR曲线变化曲线的经过训练的基于数据的分类模型也在边界情况下更为可靠地如此地进行评定，即：在有待研究的物质中是否存在有待检测的DNA链区段。
[0014]能够训练该分类模型，以便依赖于qPCR曲线来提供分类结果，该分类结果表明是否存在有待检测的DNA链区段。尤其可行的是，对于标记的qPCR曲线作为训练数据来训练基于数据的分类模型，从而能够以相应的方式对所测量的qPCR曲线进行分类。然而这一点需要用由手动地分类的或者说标记的qPCR曲线组成的大量的数据组对分类模型进行大规模的训练，因为没有考虑到任何前提（Vorannahmen）。
[0015]此外能够在所测量的qPCR曲线和给定参数的存在函数以及给定参数的缺失函数之间确定剩余误差变化曲线，其中，训练分类模型，以便依赖于剩余误差变化曲线中的至少一个剩余误差变化曲线来提供分类结果，该分类结果表明是否存在有待检测的DNA链区段。因此替代地可行的是，在有待研究的物质中存在有待检测的DNA链区段的情况下（存在
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曲线变化曲线）、并且在有待研究的物质中缺失有待检测的DNA链区段的情况下（缺失
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曲线变化曲线）将所测量的qPCR曲线拟合成qPCR曲线的参数化的理想变化曲线。这一点通过在所测量的qPCR曲线上对存在
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曲线变化曲线和缺失
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曲线变化曲线进行参数化来实现。参数化的存在
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曲线变化曲线或者说参数化的缺失
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曲线变化曲线以及实际上的所测量的qPCR曲
线之间的剩余误差变化曲线则能够借助于经过训练的基于数据的分类模型来评估。在此，训练分类模型，以便决定，相应的曲线拟合是否基于参数化的理想变化曲线，该理想变化曲线最接近于qPCR曲线的所测量的变化曲线。也就是说，借助于分类模型来确定，所测量的qPCR曲线更对应于存在
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qPCR
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.计算机执行的用于运行定量聚合酶链式反应（qPCR）
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方法的方法，该方法具有以下的步骤：
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循环地实施（S1
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S3）qPCR循环；
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对于每个qPCR循环测量（S11）荧光的强度值，以便得到由强度值组成的qPCR曲线；
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借助于基于数据的分类模型来评估（S12）所述qPCR曲线的变化曲线，训练所述分类模型，以便依赖于所述qPCR曲线的变化曲线来提供（S13）分类结果；
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依赖于对所述qPCR曲线的变化曲线进行的评估的分类结果来运行（S14）所述qPCR方法。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于数据的分类模型包括神经元网络、尤其是深度神经元网络或者递归神经元网络、尤其是LSTM，或者支持向量机模型。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，训练所述分类模型，以便依赖于所述qPCR曲线提供分类结果，所述分类结果表明是否存在有待检测的DNA链区段。4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，在所测量的qPCR曲线和被给定参数的存在函数以及被给定参数的缺失函数之间确定（S24）剩余误差变化曲线，其中，训练所述分类模型，以便依赖于所述剩余误差变化曲线中的至少一个剩余误差变化曲线来提供（S25）分类结果，所述分类结果表明是否存在有待检测的DNA链区段。5.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述分类结果基于来自给定参数的存在...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：