CN107133491B - 一种获取胎儿游离dna浓度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种获取胎儿游离DNA浓度的方法，对母体外周血中的cfDNA片段长度的数据，采用拥有K个正态分布的高斯混合模型，对母体和胎儿的cfDNA进行量化，自动准确的获取五个波峰和对应的分布范围，得到胎儿cfDNA的浓度，为产前无创检测(NIPT)提供更加合适和可靠的胎儿浓度，具有普适性和准确性。本方法通过动态确定母体和胎儿cfDNA片段长度的分布区域，对男胎和女胎都有效，并且对于不同胎儿以及胎龄的样本，能够自动获取并识别母体和胎儿cfDNA的分布，保证了胎儿浓度的准确度。

Description

一种获取胎儿游离DNA浓度的方法
技术领域
本发明涉及无创产前检测领域，更具体地，涉及一种获取胎儿游离DNA浓度的方法。
背景技术
无创产前基因检测(NIPT)通过采集孕妇外周血，提取其中的胎儿游离DNA。利用基因测序技术并结合生物信息学分析手段，便可准确判断胎儿是否患有染色体病。当胎儿游离DNA比例过低时可能因为胎儿DNA量太少而不能被检测出来染色体是否有异常，所以胎儿游离DNA浓度检测是无创产前基因检测中至关重要的步骤。
现有成熟的胎儿游离DNA浓度检测技术都是基于Y染色体在cfDNA中的含量来确定的，由于女胎不存在Y染色体，因此这个方法不适用于女胎。也有通过划分固定区间来统计母体和胎儿cfDNA片段的数量，以求得胎儿浓度的方法。但是，由于不同样本、不同胎龄的样本，它们的cfDNA片段长度的分布不是固定不变的,该方法无法动态获取准确的统计区间，得到的结果的准确度也受到严重的影响。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种获取胎儿游离DNA浓度的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种获取胎儿游离DNA浓度的方法，包括以下步骤：
S1：获取母血游离DNA(cfDNA)，并统计游离DNA片段长度；
S2：将统计游离DNA片段长度输入到高斯混合模型，采用拥有K个正态分布的高斯混合模型，对母体和胎儿的游离DNA进行量化，获取K个波峰和对应的分布范围，得到胎儿游离DNA的浓度；
S3：通过搜索比对正态分布的期望的大小，从K个正态分布分布中找出属于母体和胎儿的分布，得到对应的属于母体和胎儿的游离DNA片段数量Ni，其中i表示1到K中属于母体和胎儿的编号；
S4：与已知确定的胎儿游离DNA浓度进行三维线性拟合，得到三维线性拟合的系数，对测得的胎儿游离DNA浓度进行优化并输出结果。
在一种优选的方案中，步骤S2中，所述高斯混合模型表示为：
Figure BDA0001241254380000021
其中，K为正整数，N(x|μi,σi)为正态分布，μi表示期望，σi表示方差，样本x以πi的概率隶属于正态分布N(x|μi,σi)；
在一种优选的方案中，步骤S2中，具体步骤包括：
S21：计算样本xj发生的概率p(xj)，其中j＝1…n，n为正整数，p(xj)的公式为：
Figure BDA0001241254380000022
其中
Figure BDA0001241254380000023
S22：则样本xj存在，第k(k＝1,2,…,K)个正态分布发生的概率为：
Figure BDA0001241254380000024
S23：目标函数为：
Figure BDA0001241254380000025
通过最大似然法求得属于母体和胎儿的游离DNA片段数量：
Figure BDA0001241254380000026
更新参数：
Figure BDA0001241254380000027
Figure BDA0001241254380000028
Figure BDA0001241254380000029
S24：返回步骤S21，循环直到实现最大化结束。
在一种优选的方案中，取K的值为：K＝5。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明提供一种获取胎儿游离DNA浓度的方法，对母体外周血中的cfDNA片段长度的数据，采用拥有K个正态分布的高斯混合模型，对母体和胎儿的cfDNA进行量化，自动准确的获取五个波峰和对应的分布范围，得到胎儿cfDNA的浓度，为产前无创检测(NIPT)提供更加合适和可靠的胎儿浓度，具有普适性和准确性。本方法通过动态确定母体和胎儿cfDNA片段长度的分布区域，对男胎和女胎都有效，并且对于不同胎儿以及胎龄的样本，能够自动获取并识别母体和胎儿cfDNA的分布，保证了胎儿浓度的准确度。
附图说明
图1为本发明获取胎儿游离DNA浓度的方法的流程图。
图2为本发明步骤S2的具体流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种获取胎儿游离DNA浓度的方法，包括以下步骤：
S1：获取母血游离DNA(cfDNA)，并统计游离DNA片段长度；
S2：将统计游离DNA片段长度输入到高斯混合模型，采用拥有K个正态分布的高斯混合模型，对母体和胎儿的游离DNA进行量化，获取K个波峰和对应的分布范围，得到胎儿游离DNA的浓度；
S3：通过搜索比对正态分布的期望的大小，从K个正态分布分布中找出属于母体和胎儿的分布，得到对应的属于母体和胎儿的游离DNA片段数量Ni，其中i表示1到K中属于母体和胎儿的编号；
S4：与已知确定的胎儿游离DNA浓度进行三维线性拟合，得到三维线性拟合的系数，对测得的胎儿游离DNA浓度进行优化并输出结果。
在具体实施过程中，步骤S2中，所述高斯混合模型表示为：
Figure BDA0001241254380000031
其中，K为正整数，N(x|μi,σi)为正态分布，μi表示期望，σi表示方差，样本x以πi的概率隶属于正态分布N(x|μi,σi)；
如图2所示，在具体实施过程中，步骤S2中，具体步骤包括：
S21：计算样本xj发生的概率p(xj)，其中j＝1…n，n为正整数，p(xj)的公式为：
Figure BDA0001241254380000041
其中
Figure BDA0001241254380000042
S22：则样本xj存在，第k(k＝1,2,…,K)个正态分布发生的概率为：
Figure BDA0001241254380000043
S23：目标函数为：
Figure BDA0001241254380000044
通过最大似然法求得属于母体和胎儿的游离DNA片段数量：
Figure BDA0001241254380000045
更新参数：
Figure BDA0001241254380000046
Figure BDA0001241254380000047
Figure BDA0001241254380000048
S24：返回步骤S21，循环直到实现最大化结束。
在具体实施过程中，取K的值为：K＝5。
本发明提供一种获取胎儿游离DNA浓度的方法，对母体外周血中的cfDNA片段长度的数据，采用拥有K个正态分布的高斯混合模型，对母体和胎儿的cfDNA进行量化，自动准确的获取五个波峰和对应的分布范围，得到胎儿cfDNA的浓度，为产前无创检测(NIPT)提供更加合适和可靠的胎儿浓度，具有普适性和准确性。本方法通过动态确定母体和胎儿cfDNA片段长度的分布区域，对男胎和女胎都有效，并且对于不同胎儿以及胎龄的样本，能够自动获取并识别母体和胎儿cfDNA的分布，保证了胎儿浓度的准确度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种获取胎儿游离DNA浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取母血游离DNA，并统计游离DNA片段长度；
S2：将统计游离DNA片段长度输入到高斯混合模型，采用拥有K个正态分布的高斯混合模型，对母体和胎儿的游离DNA进行量化，获取K个波峰和对应的分布范围，得到胎儿游离DNA的浓度；
所述高斯混合模型表示为：
Figure FDA0002359245410000011
其中，K为正整数，N(x|μi，σi)为正态分布，μi表示期望，σi表示方差，样本x以πi的概率隶属于正态分布N(x|μi，σi)；
步骤S2中，具体步骤包括：
S21：计算样本xj发生的概率p(xj)，其中j＝1…n，n为正整数，p(xj)的公式为：
Figure FDA0002359245410000012
其中
Figure FDA0002359245410000013
S22：则样本xj存在，第k(k＝1，2，…，K)个正态分布发生的概率为：
Figure FDA0002359245410000014
S23：目标函数为：
Figure FDA0002359245410000015
通过最大似然法求得属于母体和胎儿的游离DNA片段数量：
更新参数：
Figure FDA0002359245410000017
Figure FDA0002359245410000018
Figure FDA0002359245410000021
S24：返回步骤S21，循环直到实现最大化结束；
S3：通过搜索比对正态分布的期望的大小，从K个正态分布分布中找出属于母体和胎儿的分布，得到对应的属于母体和胎儿的游离DNA片段数量Ni，其中i表示1到K中属于母体和胎儿的编号；
S4：与已知确定的胎儿游离DNA浓度进行三维线性拟合，得到三维线性拟合的系数，对测得的胎儿游离DNA浓度进行优化并输出结果。
2.根据权利要求1所述的获取胎儿游离DNA浓度的方法，其特征在于，取K的值为：K＝5。
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