一种用于生物特征信息提取的输入和输出集成系统技术方案

本发明专利技术提出了一种用于生物特征信息提取的输入和输出集成系统，涉及生物信息检测技术领域，激光器发出的宽光谱脉冲激光被光波导传输并聚焦至所述检测区域，标记的被测物在所述检测区域受激光器发出的宽光谱脉冲激光照射后产生荧光信号，荧光光谱仪与光波导的输出端相耦合，荧光信号耦合进入荧光光谱仪；荧光光谱仪分别连接所述数字处理器和激光器，数字处理器将处理信号输出至所述电气控制部，电气控制部连接并控制激光器；荧光图像传感器与荧光光谱仪耦合，用于对荧光信号进行合成，生成荧光光谱曲线；荧光图像传感器连接计算系统，计算系统连接激光器，计算系统用于对荧光光谱曲线进行提取及分析，从而获得待测样品的生物特征信息。征信息。征信息。

【技术实现步骤摘要】
一种用于生物特征信息提取的输入和输出集成系统


[0001]本专利技术涉及生物信息检测
，具体涉及一种用于生物特征信息提取的输入和输出集成系统。

技术介绍

[0002]随着生命科学研究的深入，人们现在已经知道特定生物功能的异常都是由生物体中某些基因异常表达或表达产物的异常修饰引起的。这些基因称为该生物功能的相关基因。为此，人类就开始了基因组计划，目前已有许多生物基因组(例如，酵母、人、水稻、鸡、鼠等)测序完成。测序结果表明微生物的基因组由几个到几千个不等的基因组成；人的基因组有25000多个基因，动物与人相当，而植物则甚至可达十几万个。
[0003]伴随着基因组计划的进行，许多高通量分析技术随之出现，例如，芯片技术、基因表达系列分析SAGE、抑制消减杂交等。这些高通量分析技术的共同特点是它们能同时测定生物体大量的基因甚至是全基因组(一般是几千到几万个基因)在具有特定生物功能变化(例如某种疾病)的研究对象中与参照物(例如，健康个体)的差异表达情况。与该生物功能相关的基因应该就在这些差异表达基因当中。
[0004]随着生物信息学蓬勃发展，己经产生了众多可以应用于实际领域的分支，药物设计、基因芯片设计均为以生物信息学为理论基础的而建立的新兴学科，具体可对多个符号序列进行对比，分析它们之间的相似性或不相似性；对多个蛋白质分子结构进行比对，比较相异的蛋白质结构；基因识别分析，对于任意一个给定的基因组序列，通过基因识别分析方法来识别、确定基因所在的范围或位置。
[0005]在生物信息学中，数据库技术是最基本的技术，生物信息的储存、管理、查询等功能是建立在数据库管理系统之上。运用多种方法对同一样品进行检测，并将数据综合进行分析，可以得到生物基因组组成的更丰富的信息，但是，现有技术的生物特征信息提取手段不但费时费力，而且在数据处理的过程中容易引入误差。因此，发展一种用于生物特征信息提取的输入和输出集成系统，具有重要的意义。
[0006]现有技术中，例如专利文献CN108885173A提供了用于利用时间分辨光谱法进行体内或离体实时表征生物样品的装置、系统和方法。光源生成光脉冲或连续光波并激发该生物样品，从而诱导响应荧光信号。多路信号分离器将该信号分解成光谱带，并向该光谱带施加时间延迟，以便利用检测器从来自单次激发脉冲的多个光谱带来捕获数据。通过对该光谱带的荧光强度大小和/或衰减进行分析而表征该生物样品。该样品可包含一种或多种外源或内源的荧光团。该系统可将荧光光谱法与其他光学光谱法或成像模式相结合，该光脉冲可聚焦在单个焦点处或在整个区域上进行扫描或图案化，但是该技术方案的生物特征信息提取手段仍费时费力。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种用于生物特征信息提取的输入和输出
集成系统，包括：激光器，光波导，荧光光谱仪，荧光图像传感器，数字处理器，计算系统和电气控制部；所述激光器耦合光波导，所述光波导中段的内部设置有检测区域，所述激光器发出的宽光谱脉冲激光被光波导传输并聚焦至所述检测区域，标记的被测物在所述检测区域受所述激光器发出的宽光谱脉冲激光照射后产生荧光信号，所述荧光光谱仪与光波导的输出端相耦合，荧光信号耦合进入荧光光谱仪；所述荧光光谱仪分别连接所述数字处理器和激光器，所述数字处理器将处理信号输出至所述电气控制部，所述电气控制部连接并控制所述激光器；所述荧光图像传感器与荧光光谱仪耦合，用于对荧光信号进行合成，生成荧光光谱曲线；所述荧光图像传感器连接所述计算系统，计算系统连接所述激光器，计算系统用于对所述荧光光谱曲线进行提取及分析，从而获得待测样品的生物特征信息。
[0008]进一步地，所述计算系统对所述荧光光谱曲线进行提取及分析的具体过程如下：激光器在标记的被测物的位置r
s
处和时间t时的频率范围为的激光激发而产生的时域荧光光强由下式给出：；其中是灵敏度函数，代表脉冲激光频率能够激发出的荧光物质所具有的生物特征参数，为脉冲激光频率能够激发出的荧光的衰减时间,S为检测区域C的表面积；样品特征值A由总采集时间P内累积时域荧光光强中包含的多个衰变的荧光光谱峰值按照强度权重计算而成：；；将所述样品特征值A输入到特征数据库，并将对照结果输出送至用户终端，从而获得待测样品的生物特征信息。
[0009]进一步地，所述灵敏度函数W代表荧光频率和激光器发射的脉冲激光频率下的背景光学特性，表示为：。
[0010]进一步地，所述荧光光谱仪包括：荧光信号探测模块、第一光电倍增管、第一调制解调器、第二光电倍增管、第二调制解调器和电压幅度变换器；所述荧光信号探测模块用于对标记的被测物在检测区域受脉冲激光照射后产生的荧光信号进行探测，输出携带荧光波长信息的光谱信号；
所述荧光信号探测模块分别连接有第一光电倍增管和第二光电倍增管；所述第一光电倍增管用于探测携带荧光波长信息的光谱信号，并将所述光谱信号转换成对应光子信息的第一脉冲电信号，同时将第一脉冲电信号传输给第一调制解调器；所述第二光电倍增管用于探测激光器输出的脉冲激光来产生对应光子信息的第二脉冲电信号并作为参考脉冲信号传输给第二调制解调器；所述电压幅度变换器分别连接第二调制解调器和第一调制解调器，用于将所述第一脉冲电信号和所述第二脉冲电信号到达的时间分别转换为相应的电压值，并将电压值发送至所述数字处理器；所述数字处理器用于计算两个脉冲电信号的电压差值，并将电压差值传送至电气控制部，所述电气控制部控制激光器构建最佳脉冲激光发射宽光谱。
[0011]进一步地，所述荧光图像传感器按设置好的单帧曝光时间Em、采样周期以及总采集时间P进行时域分辨高速连续曝光，将由宽光谱脉冲激光激发的随时间衰减的个荧光光谱信号记录并合成为一个总采集时间的荧光光谱曲线，并送至所述计算系统。
[0012]进一步地，所述检测区域的两端连接有混合入口和样品出口；待测样品通过样品上入口流入，标记物通过样品下入口流入，二者混合后形成标记的被测物从所述混合入口流入检测区域，并从样品出口流出。
[0013]进一步地，所述第一调制解调器用于调整第一脉冲电信号以避免信号抖动引起的误差；所述第二调制解调器用于调整所述第二脉冲电信号避免信号抖动引起的误差。
[0014]相比于现有技术，本申请具有如下有益技术效果：荧光图像传感器与荧光光谱仪耦合，用于对荧光信号进行合成，生成荧光光谱曲线；电气控制部进行单位时间内光子信息的统计来构建出最佳脉冲激光发射光谱，以得到最佳信噪比的荧光光谱，提高了生物特征信息提取的精度。荧光图像传感器连接所述计算系统，计算系统连接所述激光器，计算系统用于对所述荧光光谱曲线进行提取及分析，激光器在标记的被测物的位置r
s
处和时间t时的频率范围为的激光激发而产生的时域荧光光强，样品特征值由总采集时间内累积时域荧光光强中包含的多个衰变的荧光光谱峰值按照强度权重计算而成，将所述样品特征值输入到特征数据库，并将对照结果输出送至用户终端，从而获得待测样品的生物特征信息，提取手段更加省时省力。
附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于生物特征信息提取的输入和输出集成系统，其特征在于，包括：激光器，光波导，荧光光谱仪，荧光图像传感器，数字处理器，计算系统和电气控制部；所述激光器耦合光波导，所述光波导中段的内部设置有检测区域，所述激光器发出的宽光谱脉冲激光被光波导传输并聚焦至所述检测区域，标记的被测物在所述检测区域受所述激光器发出的宽光谱脉冲激光照射后产生荧光信号，所述荧光光谱仪与光波导的输出端相耦合，荧光信号耦合进入荧光光谱仪；所述荧光光谱仪分别连接所述数字处理器和激光器，所述数字处理器将处理信号输出至所述电气控制部，所述电气控制部连接并控制所述激光器；所述荧光图像传感器与荧光光谱仪耦合，用于对荧光信号进行合成，生成荧光光谱曲线；所述荧光图像传感器连接所述计算系统，计算系统连接所述激光器，计算系统用于对所述荧光光谱曲线进行提取及分析，从而获得待测样品的生物特征信息。2.根据权利要求1所述的输入和输出集成系统，其特征在于，所述计算系统对所述荧光光谱曲线进行提取及分析的具体过程如下：激光器在标记的被测物的位置r
s
处和时间t时的频率范围为的激光激发而产生的时域荧光光强由下式给出：；其中是灵敏度函数，代表脉冲激光频率能够激发出的荧光物质所具有的生物特征参数，为脉冲激光频率能够激发出的荧光的衰减时间,S为检测区域C的表面积；样品特征值A由总采集时间P内累积时域荧光光强中包含的多个衰变的荧光光谱峰值按照强度权重计算而成：；；将所述样品特征值A输入到特征数据库，并将对照结果输出送至用户终端，从而获得待测样品的生物特征信息。3.根据权利要求2所述的输入和输出集成系统，其特征在于，所述灵敏度函数W代表荧光频率和激光器发射的脉冲激光频率下的背景光学特性，表示为：。4.根据权利要求1所述的输入和输出集成系统，其特征在于，所述荧光光谱仪包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志岩，郑青松，
申请(专利权)人：哈尔滨星云医学检验所有限公司，
类型：发明
国别省市：