CN109030321B - 用于流式细胞仪的数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于流式细胞仪的数据处理方法，包括以下步骤：预先获取探测器增益实际值与探测器增益控制值之间的增益映射关系；采集流式细胞仪原始数据，记录探测器增益控制值；计算探测器增益实际值；采用补偿算法或归一算法对流式细胞仪原始数据进行运算处理，得到新的流式细胞仪数据。本发明通过系统初始荧光矩阵，可以获得任意增益条件下的荧光补偿矩阵(同组染料)，避免多次进行复杂的荧光补偿操作，有效降低了试剂的使用量和实验时间。并且所有的测试数据都归一化到特定增益倍数条件下的数据，这样所有的测试数据均可以进行横向比较，方便数据的挖掘。本发明具有很大的时间效益和经济效益，具有很好的推广应用价值。

Description

用于流式细胞仪的数据处理方法
技术领域
本发明涉及数据处理领域，特别涉及一种用于流式细胞仪的数据处理方法。
背景技术
流式细胞仪是一种可以对细胞，或者一些特殊微粒(如聚苯乙烯微球)的特性(如大小，折射率，内部结构的复杂程度等)进行快速分析的仪器。在含有细胞的样本被鞘液压缩聚焦，进入流体池中后形成层流，细胞被压缩在样本流线上，一个一个地通过激光光斑，使用探测器在光轴方向的前方和光轴的90°方向测试细胞经过激光光斑产生的散射光，以及所携带的荧光染料产生的特异性荧光，从而测试细胞的一些特性。
流式细胞仪记录的数据通常包括前向散射光强度，侧向散射光强度，荧光强度等数据。获取这些数据主要通过光电二极管，雪崩二极管或者光电倍增管等手段，通常为了达到一定的动态范围，这个探测器的增益都是可变的，因此测量得到的数据大小由光信号的大小和探测器的增益共同决定。因此探测器的增益值设置为不同值时，所测量的数据不具有可比性，也因此造成不同增益条件下的补偿矩阵也不同。
在公开的商用流式细胞仪中，仍然存在这些问题。这些流式细胞仪测试过程中，要求数据测量采用同一配置，即增益等参数相同，所测量的数据才具备可比性。这些仪器也具备增益控制功能，但是，这些增益控制值和增益之间并没有准确的映射关系，而且探测器之间的差异性也导致传统的仪器无法实现归一化的功能。
参照图4，四个探测器分别探测阴影部分的光谱所对应的光强，显然对染料1除了探测器3可以测得该染料的信号以外，探测器4也可以测得该染料的部分信号，而染料2只有探测器4可以测得信号，所以探测器4所测量得到的信号由于含有染料1的光强成分，所以会导致染料2的结果不准确，因此碰到染料光谱有重叠的情况，流式细胞仪的数据需要进行补偿。假设探测器3的测量值I3，探测器4对染料1的响应和探测器3对染料1的响应比例系数a1(该系数通过只有染料1时探测器的响应测试得到)，探测器4的总响应I4，则探测器4对染料2的响应I42通过下式进行校正。
I42＝I4-I3*a1，
但是这一结论成立的前提是以后所有的测量数据其探测器的增益必须保持不变，或是更准确的说是探测器4对染料1的响应和探测器3对染料1的响应之间的比例系数a1保持不变，否则上式不成立，结果就无法补偿。这是最简单的情况，如果涉及多光谱重叠，还需要通过矩阵计算。
商用的流式细胞仪，如BD公司的流式细胞仪，其补偿功能必须是在增益条件不变的情况下才能见效，增益发生变化，染料的荧光在各通道的响应就发生了变化，原来的补偿矩阵就会失效。
总之，现有的商用流式细胞仪和公开的资料显示，流式细胞仪存在不同增益条件下测试的数据不可进行比较，不同增益条件下测试的数据，需要重新在该增益条件下进行荧光补偿两方面的不足，造成流式数据挖掘困难，重复补偿增加使用难度，增加运营成本，浪费时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于流式细胞仪的数据处理方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于流式细胞仪的数据处理方法，包括以下步骤：
1)预先获取探测器增益实际值与探测器增益控制值之间的增益映射关系；
2)采集流式细胞仪原始数据，记录探测器增益控制值；
3)根据步骤1得到的增益映射关系计算得到对应的探测器增益实际值；
4)结合步骤3得到的探测器增益实际值，采用补偿算法或归一算法对流式细胞仪原始数据进行运算处理，得到新的流式细胞仪数据。
优选的是，所述步骤1)具体包括：预先采集若干探测器增益控制值数据及与之分别对应的若干探测器增益实际值数据，从而计算得到探测器增益实际值y与探测器增益控制值x之间的确定的一一对应的增益映射关系：y＝f(x)。
优选的是，所述步骤4)中采用补偿算法对流式细胞仪原始数据进行运算处理，具体为：结合系统内置的初始荧光补偿矩阵和探测器增益实际值，利用补偿矩阵修正算法运算得到新的荧光补偿矩阵，再结合得到的新的荧光补偿矩阵利用补偿算法对流式细胞仪原始数据进行运算，得到新的流式细胞仪数据。
优选的是，所述补偿矩阵修正算法具体包括以下步骤：
a)采集流式细胞仪的原始数据O，记录探测器增益控制值X，X＝[x1 x2 ...xn]T，j＝1,...n,xj为第j个荧光通道的探测器增益控制值，n为通道总数；
b)获取流式细胞仪系统内置的初始荧光补偿矩阵Kc0、自发荧光矩阵A0以及相应的探测器增益控制值X0＝[x10 x20 …xn0]T；
c)根据预先得到的探测器增益实际值与探测器增益控制值之间的增益映射关系y＝f(x)，得到探测器增益控制值X和X0对应的探测器增益实际值Y和Y0，
其中，Y＝[y1 y2 ...yn]T，Y0＝[y10 y20 ...yn0]T；
d)计算新的补偿矩阵Kc，Kc等于初始荧光补偿矩阵Kc0点乘修正系数矩阵RK，即：Kc＝Kc0·*RK，
其中，RK由探测器增益实际值Y与系统内置探测器增益实际值Y0运算得到：RK＝(Y·/Y0)×(Y0·/Y)；
·*定义为点乘，即两个矩阵位置对应的元素进行相乘；
·/定义为点除，即两个矩阵位置对应的元素进行相除。
优选的是，利用补偿算法对流式细胞仪原始数据进行运算的方法具体为：新的流式细胞仪数据S等于流式细胞仪原始数据O减去自发荧光A再左乘荧光补偿矩阵Kc，即：S＝Kc×[O-A]，
其中，A为探测器增益控制值为X0条件下的自发荧光A0乘以各个通道的探测器增益实际值Y和Y0的比值RA，即A＝A0·*RA,其中RA＝Y·/Y0。
优选的是，所述步骤4)中采用归一算法对流式细胞仪原始数据进行运算，得到新的流式细胞仪数据。
优选的是，该方法包括以下步骤：
I.确定各荧光通道所需要归一化的增益倍数G；
II.采集流式细胞仪原始数据O，记录探测器增益控制值X；
III.根据预先得到的探测器增益实际值与探测器增益控制值之间的增益映射关系y＝f(x)，得到探测器增益值实际值Y；
IV.计算新的流式细胞仪数据S：新的流式细胞仪数据S等于将所得到的流式细胞仪原始数据O除以各个通道中的对应的探测器增益实际值Y，并乘以对应的探测器的归一化增益倍数g，
即：S＝(O·/Y)·*G；
其中：Y＝[y1 y2 ...yn]T，G＝[g1 g2 ...gn]T；j＝1,...n,yj为第j个荧光通道的探测器增益实际值，gj为第j个荧光通道的增益倍数，n为通道总数。
本发明的有益效果是：本发明通过系统初始荧光矩阵，可以获得任意增益条件下的荧光补偿矩阵(同组染料)，避免多次进行复杂的荧光补偿操作，有效降低了试剂的使用量和实验时间。并且所有的测试数据都归一化到特定增益倍数条件下的数据，这样所有的测试数据均可以进行横向比较，方便数据的挖掘。本发明系统进行初始荧光补偿确定补偿矩阵后，增益可以任意变化，不需要重新进行补偿，除非仪器硬件发生变化。并且，新的流式细胞仪数据之间可以进行对比，不存在因为测试时增益不同而不能比较的情况。本发明具有很大的时间效益和经济效益，具有很好的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明的用于流式细胞仪的数据处理方法的一种实施例的流程示意图；
图2为本发明的实施例1和2中的探测器增益映射曲线图；
图3为本发明的用于流式细胞仪的数据处理方法的另一种实施例的流程示意图；
图4为现有技术中的荧光重叠示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本实施例的一种用于流式细胞仪的数据处理方法，包括以下步骤：
1)预先获取探测器增益实际值与探测器增益控制值之间的增益映射关系；
预先采集若干探测器增益控制值数据及与之分别对应的若干探测器增益实际值数据，从而计算得到探测器增益实际值y与探测器增益控制值x之间的确定的一一对应的增益映射关系：y＝f(x)。
2)采集流式细胞仪原始数据，记录探测器增益控制值；
3)根据步骤1得到的增益映射关系计算得到对应的探测器增益实际值；
4)结合步骤3得到的探测器增益实际值，采用补偿算法或归一算法对流
式细胞仪原始数据进行运算处理，得到新的流式细胞仪数据。
参照图1，在一种实施例中，所述步骤4)中采用补偿算法进行运算处理，具体为：结合系统内置的初始荧光补偿矩阵和探测器增益实际值，利用补偿矩阵修正算法运算得到新的荧光补偿矩阵，再结合得到的新的荧光补偿矩阵利用补偿算法对流式细胞仪原始数据进行运算，得到新的流式细胞仪数据。
其中，所述补偿矩阵修正算法具体包括以下步骤：
a)采集流式细胞仪的原始数据O，记录探测器增益控制值X，X＝[x1 x2 ...xn]T，j＝1,...n,xj为第j个荧光通道的探测器增益控制值，n为通道总数；
获取流式细胞仪系统内置的初始荧光补偿矩阵Kc0、自发荧光矩阵A0以及相应的探测器增益控制值X0＝[x10 x20 …xn0]T；或者直接获取探测器增益实际值Y0＝[y10 y20...yn0]T，
b)根据预先得到的探测器增益实际值与探测器增益控制值之间的增益映射关系y＝f(x)，得到探测器增益控制值X和X0对应的探测器增益实际值Y和Y0，
其中，Y＝[y1 y2 ...yn]T，Y0＝[y10 y20 ...yn0]T；
c)计算新的补偿矩阵Kc，Kc等于初始荧光补偿矩阵Kc0点乘修正系数矩阵RK，即：Kc＝Kc0·*RK，
其中，RK由探测器增益实际值Y与系统内置探测器增益实际值Y0运算得到：RK＝(Y·/Y0)×(Y0·/Y)；
·*定义为点乘，即两个矩阵位置对应的元素进行相乘；
·/定义为点除，即两个矩阵位置对应的元素进行相除。
其中，利用补偿算法对流式细胞仪原始数据进行运算的方法具体为：新的流式细胞仪数据S等于流式细胞仪原始数据O减去自发荧光A再左乘荧光补偿矩阵Kc，即：S＝Kc×[O-A]，
其中，A为探测器增益控制值为X0条件下的自发荧光A0乘以各个通道的探测器增益实际值Y和Y0的比值RA，即A＝A0·*RA,其中RA＝Y·/Y0。
参照图3，在另一种实施例中，所述步骤4)中采用归一算法对流式细胞仪原始数据进行运算，得到新的流式细胞仪数据。
该方法具体包括以下步骤：
I.确定各荧光通道所需要归一化的增益倍数G；
II.采集流式细胞仪原始数据O，记录探测器增益控制值X；
III.根据预先得到的探测器增益实际值与探测器增益控制值之间的增益映射关系y＝f(x)，得到探测器增益值实际值Y；
IV.计算新的流式细胞仪数据S：新的流式细胞仪数据S等于将所得到的流式细胞仪原始数据O除以各个通道中的对应的探测器增益实际值Y，并乘以对应的探测器的归一化增益倍数g，
即：S＝(O·/Y)·*G；
其中：Y＝[y1 y2 ...yn]T，G＝[g1 g2 ...gn]T；j＝1,...n,yj为第j个荧光通道的探测器增益实际值，gj为第j个荧光通道的增益倍数，n为通道总数。
以下再结合具体实施例和试验数据对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例中，假设涉及的探测器通道总数为2，如图2所示，获得2个探测器(图2中的探测器1和探测器2)的探测器增益控制值和探测器增益映射曲线08。
在增益控制值X＝[2000,2000]时,流式细胞仪测得其中一个细胞的数据为O＝[55000,25000]。
首先根据增益映射曲线08，计算得到探测器增益的实际值为Y＝f(X)＝[9,8.9]。
该仪器的初始荧光补偿矩阵
Figure BDA0001670341540000071
是在仪器状态稳定条件下测得的探测器增益控制值为X0＝[10,10]时的荧光补偿矩阵。
新的荧光补偿矩阵，由初始荧光补偿矩阵和探测器增益实际值经过补偿矩阵修正算法进行运算得到。
其中：X＝[2000,2000]
Y＝[9,8.9]
Y0＝[10,10]
Figure BDA0001670341540000072
则，
Figure BDA0001670341540000073
从而实现了不需要任何补偿对照实验获得了新的增益条件下的补偿矩阵。然后计算新的流式细胞仪数据S＝Kc×[O-A]。
Figure BDA0001670341540000074
Figure BDA0001670341540000075
即该细胞补偿过后的数据值为S＝[44000,24950]。
实施例2
本发明可以进一步简化成不需要荧光补偿的情况，去除荧光补偿步骤，仅将不同增益条件下获得的数据归一化成某个特定增益下的数值，以进行进一步的数据比较分析，如图4所示，采用归一算法对流式细胞仪原始数据进行运算，得到新的流式细胞仪数据。
本实施例中，探测器通道总数为4，如图2所示，获得4个探测器的探测器增益控制值和探测器增益映射曲线08。其中，由于4条曲线重叠较严重，从图中难以显示清楚。
在增益控制值X＝[2000,2000,3500,3500]时,流式细胞仪测得的其中一个细胞数据为[55000,25000,80000,20000]。
首先根据增益映射曲线08，计算得到探测器增益的实际值为：Y＝f(X)＝[9,8.9,103.5,102.6]。
设每个探测器需要归一化的增益倍数为G＝[10,10,10,10],那么新的流式细胞仪数据：
S＝(O·/Y)·*G＝[55000,25000,80000,20000]./[9,8.9,103.5,102.6].*[10,10,10,10]
＝[61111,28090,7729,1949]。
上述实例将流式细胞仪数据1都归一化到增益为10倍的条件下的新的流式细胞仪数据4，通过这种方式，不管什么增益条件下测试的数据都归一化为增益倍数相同的条件下的数据，可实现不同增益条件下测试的数据进行比较。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (2)

1.一种用于流式细胞仪的数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)预先获取探测器增益实际值与探测器增益控制值之间的增益映射关系；
2)采集流式细胞仪原始数据，记录探测器增益控制值；
3)根据步骤1得到的增益映射关系计算得到对应的探测器增益实际值；
4)结合步骤3得到的探测器增益实际值，采用补偿算法或归一算法对流式细胞仪原始数据进行运算处理，得到新的流式细胞仪数据；
所述步骤4)中采用补偿算法对流式细胞仪原始数据进行运算处理，具体为：结合系统内置的初始荧光补偿矩阵和探测器增益实际值，利用补偿矩阵修正算法运算得到新的荧光补偿矩阵，再结合得到的新的荧光补偿矩阵利用补偿算法对流式细胞仪原始数据进行运算，得到新的流式细胞仪数据；
所述补偿矩阵修正算法具体包括以下步骤：
a)采集流式细胞仪的原始数据O，记录探测器增益控制值X，X＝[x1 x2 ... xn]T，j＝1,...n,xj为第j个荧光通道的探测器增益控制值，n为通道总数；
b)获取流式细胞仪系统内置的初始荧光补偿矩阵Kc0、自发荧光矩阵A0以及相应的探测器增益控制值X0＝[x10 x20 L xn0]T；
c)根据预先得到的探测器增益实际值与探测器增益控制值之间的增益映射关系y＝f(x)，得到探测器增益控制值X和X0对应的探测器增益实际值Y和Y0，
其中，Y＝[y1 y2 ... yn]T，Y0＝[y10 y20 ... yn0]T；
d)计算新的补偿矩阵Kc，Kc等于初始荧光补偿矩阵Kc0点乘修正系数矩阵RK，即：Kc＝Kc0·*RK，
其中，RK由探测器增益实际值Y与系统内置探测器增益实际值Y0运算得到：RK＝(Y·/Y0)×(Y0·/Y)；
·*定义为点乘，即两个矩阵位置对应的元素进行相乘；
·/定义为点除，即两个矩阵位置对应的元素进行相除；
利用补偿算法对流式细胞仪原始数据进行运算的方法具体为：新的流式细胞仪数据S等于流式细胞仪原始数据O减去自发荧光A再左乘荧光补偿矩阵Kc，即：S＝Kc×[O-A]，
其中，A为探测器增益控制值为X0条件下的自发荧光A0乘以各个通道的探测器增益实际值Y和Y0的比值RA，即A＝A0g*RA,其中RA＝Y·/Y0；
或者，
所述步骤4)中采用归一算法对流式细胞仪原始数据进行运算，得到新的流式细胞仪数据，该方法包括以下步骤：
I.确定各荧光通道所需要归一化的增益倍数G；
II.采集流式细胞仪原始数据O，记录探测器增益控制值X；
III.根据预先得到的探测器增益实际值与探测器增益控制值之间的增益映射关系y＝f(x)，得到探测器增益值实际值Y；
IV.计算新的流式细胞仪数据S：新的流式细胞仪数据S等于将所得到的流式细胞仪原始数据O除以各个通道中的对应的探测器增益实际值Y，并乘以对应的探测器的归一化增益倍数g，
即：S＝(O·/Y)·*G；
其中：
·*定义为点乘，即两个矩阵位置对应的元素进行相乘；
·/定义为点除，即两个矩阵位置对应的元素进行相除；
Y＝[y1 y2 ... yn]T，G＝[g1 g2 ... gn]T；j＝1,...n,yj为第j个荧光通道的探测器增益实际值，gj为第j个荧光通道的增益倍数，n为通道总数。
2.根据权利要求1所述的用于流式细胞仪的数据处理方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：预先采集若干探测器增益控制值数据及与之分别对应的若干探测器增益实际值数据，从而计算得到探测器增益实际值y与探测器增益控制值x之间的确定的一一对应的增益映射关系：y＝f(x)。
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