质谱成像数据的差异分析方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及质谱成像数据的差异分析方法及系统，该方法包括：选取需要进行差异分析的区域并确定最小区域的形状和大小，得到被测样品的质谱数据集；分析所选定的最小区域间存在的差异，得到差异系数；按照差异系数进行排序，并以选定的最小区域为核心进行扩展，判定扩展后的区域之间的差异程度是否符合预设的条件。本发明专利技术能够使研究人员准确、精确分析不同样品成像数据图间的显著差异、差异所在的样品区域，物质种类与含量差异。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及质谱分析领域，尤其涉及质谱成像数据的差异分析方法及系统。
技术介绍
质谱分析方法是将物质粒子(原子、分子)电离成离子，并通过适当的稳定或变化 的电场或磁场将它们按空间位置、时间先后等实现质荷比分离，并检测其强度来作定性、定 量分析的分析方法。由于其直接测量的本质和高灵敏、高分辨、高通量和高适用性的特性， 使得质谱仪和质谱分析技术在现代科学技术中举足轻重。随着生命科学、环境科学、医药科 学、纳米材料等学科的发展，以及食品安全、国家安全、国际反恐的需要，质谱仪已成为增长 速度飞快的分析仪器之一。尤其是色谱/质谱联用技术和仪器的出现，因其对复杂基体的 高分离功能和检测的高灵敏度，更是在上述各领域倍受青睐，甚至不可或缺。对于复杂基体的检测分析，其分析流程是样品前处理、色谱分离、质谱分析检测、 数据处理。其中，样品前处理占大部分工作量，操作环节多、而且非常复杂。不同分析目的， 前处理操作不同，但通常包括取样、称量、均勻化、粗分离、提纯、浓缩等步骤。复杂的前处 理很容易对被测物产生污染、流失、改性等阻碍真实、精确反映分析检测结果的影响。利用新兴质谱技术在无需任何样品前处理的情况下对复杂基体的样品的成像则 是当前研究的前沿和热点之一。自 1997 年美国范德堡大学(Vanderbilt University)的 Richard Caprioli 等首 次提出MALDI质谱分子成像技术以来，质谱成像技术作为质谱技术中的一个新领域迅速发 展，质谱成像技术就广泛用于样品表面直接质谱分析，特别是生物组织表面直接分析，用于 蛋白组学、代谢组学、脂类组学、药代动力学等领域研究。质谱成像分析的流程是将被用来研究的样品置于质谱仪的靶上或样品台上，按 照预先定义好的样品扫描范围、样品扫描方式、采样点扫描时间间隔和空间间隔，移动样品 台，对样品中的采样点(微区)进行离子化，离子化后的离子进入质谱仪，采集质谱数据信 息，如此逐步采集样品中扫描范围内的其他采样点，最后得到具有空间信息的整个样品的 质谱数据，这样就可以完成对样品的“分子成像”，该分子成像图是3维图，每个点的X，y与 其实际样品中采样点的对应，相对位置一样，ζ轴为m/z轴，表示该点化合物信息。设定离子m/z的范围，即可确定该样品区域所含分子的种类，并选定峰高或者峰 面积来代表分子的相对丰度。图像中的彩色斑点代表化合物的定位，每个斑点颜色的深浅 与该点上检测到的某离子信号大小相关。通过增加单位面积上离子化样品点数量和像素， 可以获得更多的样品信息，例如采用4000像素比200像素能够得到更好的样品图像。质谱 分子成像技术是一种半定量或相对定量技术，图像上颜色深的部分表明有更多的生物分子 聚集在样品的这个部分。然而，不可能据此确定分子在样品的不同部位的实际绝对含量。选 择组织图像上的任意一个斑点，图像都能够给出一个质谱谱图或者离子谱图，代表在样品 的该部位存在这种分子，然后与做指纹图谱类似，像做指纹图谱那样，将样品的离子谱图与 已知标准品进行对照，分析差异，从而进行生物标志物的发现和药物作用的监控。对于复杂基体样品质谱检测，相对于经过色谱分离后再质谱检测的数据，质谱成 像数据更复杂、所包含数据信息丰富，每幅质谱数据往往不是单一组分，是多个组分的混合 物，在质谱图上有多个质谱峰，给后续的数据处理和数据解释带来了难度。特别在分析两 类不同的样品时，如病变与正常组织切片的差异分析、污染样品与正常样品的差异分析，改 性与正常样品的差异分析、实验组与对照组间的差异分析等，存在着很多困难，难以找出差B. 升。不同样品质谱成像分析的差异有两类一、是物质差异，反映在质谱图上的不同， 种类不同或浓度不同；二是空间分布差异，同种含量的物质，在样品上分布明显不同。当前分析质谱成像数据的差异方法有两种，假定对A、B两类样品做相同条件的 质谱成像分析，获得A、B两类质谱成像数据一将A、B两类分别做质谱图叠加平均，对比 这两类的平均质谱图，找出差异；二是分别在A、B两类质谱成像数据图上选定样品的区域 Region of Sample (简称R0S)，分别给对R0S区域做平均质谱图，对比R0S内的平均质谱 图，找差异。第一种方法的问题是在对比时增加了很多无关的信息，掩盖或弱化不同样品 间的真实差异，容易影响判断，不容易找出物质差异，不能找出空间差异；第二种方法的问 题是，如果R0S选大了，就会出现第一种方法的问题，如果R0S选小了，就存在选择的R0S大 小、形状、位置是否合适的问题，同时要求A类R0S内的数据一致性好、B类R0S内的数据一 致性也好，A类R0S内的数据与B类R0S内的数据差异明显。因此，很难给出两类样品的物 质差异，更难给出差异的所在区域。在分析两类不同的样品时，找出物质差异存时在如下的 困难一、同类样品间差异过大，容易掩盖不同样品间的差异；二、化学噪声或局部污染等 原因产生的差别，能够被误判为差异。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，提供了质谱成像数据的差异分析方法及系统，其目的 在于计算出实验组与对照组间质谱成像数据的物质差异和空间差异。本专利技术提供了质谱成像数据的差异分析方法，包括步骤1，从第一组被测样品的质谱成像数据集和第二组被测样品的质谱成像数据 集中分别选取进行差异分析的区域；步骤2，设定代表第一组被测样品最小区域和第二组被测样品最小区域的大小和 形状；步骤3，在为第一组被测样品和第二组被测样品所选取的进行差异分析的区域中 选定各最小区域对应的质谱成像数据；步骤4，将第一组被测样品中的最小区域对应的质谱成像数据和第二组被测样品 中的最小区域对应的质谱成像数据分别利用主成分分析方法、因子分析方法或统计方法比 较第一组被测样品中的最小区域对应的质谱成像数据和第二组被测样品中的最小区域对 应的质谱成像数据存在的差异程度是否符合预设条件；将符合预设条件的最小区域的空间 信息及相应的平均质谱图，或者符合预设条件的最小区域的空间信息及相应的样品点之间 的决定系数和相应的样品点平均质谱图之间的决定系数加入最小区域信息集；根据区域信 息集中的空间信息或者样品点之间的决定系数和样品点平均质谱图之间的决定系数计算 得到差异系数；步骤5，按照差异系数进行排序，选择与每个差异系数对应的第一组被测样品中的 最小区域和二组被测样品中的最小区域；分别以第一组被测样品中的最小区域和第二组被 测样品中的最小区域为核心扩展样品点，扩展后的第一组被测样品中的区域和扩展后的第 二组被测样品中的区域存在的差异程度是否符合预设条件；扩展后的以第一组被测样品中 的区域为核心的区域的界限不超出第一组被测样品的界限，扩展后的以第二组被测样品中 的区域为核心的区域的界限不超出第二组被测样品的界限；将扩展后的第一组被测样品中 的区域和扩展后的第二组被测样品中的区域的空间信息及相应的平均质谱图，或者将扩展 后的第一组被测样品中的区域和扩展后的第二组被测样品中的区域的空间信息及相应的 样品点之间的决定系数和相应的样品点平均质谱图之间的决定系数加入区域信息集。步骤4中，将第一组被测样品中的最小区域对应的质谱成像数据和第二组被测样 品中的最小区域对应的质谱成像数据利用主成分分析方法比较第一组被测样品中的最小 区域对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
质谱成像数据的差异分析方法，其特征在于，包括：步骤１，从第一组被测样品的质谱成像数据集和第二组被测样品的质谱成像数据集中分别选取进行差异分析的区域；步骤２，设定代表第一组被测样品最小区域和第二组被测样品最小区域的大小和形状；步骤３，在为第一组被测样品和第二组被测样品所选取的进行差异分析的区域中选定各最小区域对应的质谱成像数据；步骤４，将第一组被测样品中的最小区域对应的质谱成像数据和第二组被测样品中的最小区域对应的质谱成像数据分别利用主成分分析方法、因子分析方法或统计方法比较第一组被测样品中的最小区域对应的质谱成像数据和第二组被测样品中的最小区域对应的质谱成像数据存在的差异程度是否符合预设条件；将符合预设条件的最小区域的空间信息及相应的平均质谱图，或者符合预设条件的最小区域的空间信息及相应的样品点之间的决定系数和相应的样品点平均质谱图之间的决定系数加入最小区域信息集；根据区域信息集中的空间信息或者样品点之间的决定系数和样品点平均质谱图之间的决定系数计算得到差异系数；步骤５，按照差异系数进行排序，选择与每个差异系数对应的第一组被测样品中的最小区域和二组被测样品中的最小区域；分别以第一组被测样品中的最小区域和第二组被测样品中的最小区域为核心扩展样品点，扩展后的第一组被测样品中的区域和扩展后的第二组被测样品中的区域存在的差异程度是否符合预设条件；扩展后的以第一组被测样品中的区域为核心的区域的界限不超出第一组被测样品的界限，扩展后的以第二组被测样品中的区域为核心的区域的界限不超出第二组被测样品的界限；将扩展后的第一组被测样品中的区域和扩展后的第二组被测样品中的区域的空间信息及相应的平均质谱图，或者将扩展后的第一组被测样品中的区域和扩展后的第二组被测样品中的区域的空间信息及相应的样品点之间的决定系数和相应的样品点平均质谱图之间的决定系数加入区域信息集。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊行创，方向，江游，黄泽建，张玉奎，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]