CN110967306B - 反应稳定起始时间确定方法和装置、分析仪器和存储介质 - Google Patents

反应稳定起始时间确定方法和装置、分析仪器和存储介质 Download PDF

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    • G16H50/70—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for mining of medical data, e.g. analysing previous cases of other patients

Abstract

本发明实施例公开一种反应稳定起始时间确定方法和装置、分析仪器和存储介质。该反应稳定起始时间确定方法包括：根据样本反应时的吸光度数据生成第一曲线，第一曲线用于表征吸光度随时间的变化情况；根据第一曲线生成第二曲线，第二曲线用于表征第一曲线随时间的波动情况；依次搜索第二曲线中的极小值点，将第二曲线中首个满足预设的反应稳态条件的极小值点对应的时间作为样本的反应稳定起始时间；其中，预设的反应稳态条件为，极小值点与向后预定时间段处的参考点的差值或者比值处于对应的误差范围。采用本发明实施例中的技术方案，能够针对不同样本确定出实际的反应稳定起始时间，提高测量准确性。

Description

反应稳定起始时间确定方法和装置、分析仪器和存储介质
技术领域
本发明涉及医学分析领域，尤其涉及一种反应稳定起始时间确定方法和装置、分析仪器和存储介质。
背景技术
在医学分析领域，一些测试项目(比如凝血项目)采用透射比浊法进行检测。其检测原理为：向样本(比如血浆)中加入特定试剂，使得样本中的抗原和试剂中的抗体进行反应，随着样本中的被检测物质(抗原)与相应抗体结合，透射光的或反射光的光强度发生变化，通过单位时间内吸光度的变化量以及标准曲线推算出待检物质的含量。
但是，加入试剂过程、反应混匀过程以及反应后的样本运输到检测装置这些过程都可能产生气泡。产生的气泡会发生光散射或者光折射，对检测信号产生干扰，影响项目检测的准确性。所以在计算单位时间内吸光度的变化量时，需要从抗原抗体稳定反应后再开始计算，否则不稳定反应的波动将对吸光度的变化量的计算结果造成极大干扰，影响测量准确性。
现有技术中通过时间阈值来限定反应稳定起始时间，并且为保险起见，该时间阈值一般会大于实际的反应稳定起始时间。
发明内容
本发明实施例提供了一种反应稳定起始时间确定方法和装置、分析仪器和存储介质，能够针对不同样本确定出实际的反应稳定起始时间，提高测量准确性。
第一方面，本发明实施例提供一种反应稳定起始时间确定方法，该方法包括：
根据样本反应时的吸光度数据生成第一曲线，第一曲线用于表征吸光度随时间的变化情况；
根据第一曲线生成第二曲线，第二曲线用于表征第一曲线随时间的波动情况；
依次搜索第二曲线中的极小值点，将第二曲线中首个满足预设的反应稳态条件的极小值点对应的时间作为样本的反应稳定起始时间；
其中，预设的反应稳态条件为，极小值点与向后预定时间段处的参考点的差值或者比值处于对应的误差范围。
在第一方面的一种可能的实施方式中，预定时间段的数目为一个或者多个；若预定时间段的数目为多个，预设的反应稳态条件为，极小值点与向后多个预定时间段处的参考点的差值或者比值全部处于对应的误差范围
在第一方面的一种可能的实施方式中，根据第一曲线生成第二曲线的步骤包括：基于滑动窗口算法对第一曲线进行处理，得到第二曲线，第二波动曲线的横坐标为时间，纵坐标为基于检测窗口得到的方差或者标准差。
在第一方面的一种可能的实施方式中，检测窗口的长度为6～20。
在第一方面的一种可能的实施方式中，按照时间先后顺序依次搜索第二曲线中的极小值点的步骤，包括：对第二曲线进行滤波处理，得到滤波处理后的第二曲线；依次搜索滤波处理后的第二曲线中的极小值点。
第二方面，本发明实施例提供一种反应稳定起始时间确定装置，该装置包括：第一曲线生成模块，用于根据样本反应时的吸光度数据生成第一曲线，第一曲线用于表征吸光度随时间的变化情况；第二曲线生成模块，用于根据第一曲线生成第二曲线，第二曲线用于表征第一曲线随时间的波动情况；搜寻模块，用于依次搜索第二曲线中的极小值点，将第二曲线中首个满足预设的反应稳态条件的极小值点对应的时间作为样本的反应稳定起始时间；其中，预设的反应稳态条件为，极小值点与向后预定时间段处的参考点的差值或者比值处于对应的误差范围。
在第二方面的一种可能的实施方式中，第二曲线生成模块具体用于基于滑动窗口算法对第一曲线进行处理，得到第二曲线，第二曲线的横坐标为时间，纵坐标为基于检测窗口得到的方差或者标准差。
在第二方面的一种可能的实施方式中，搜寻模块具体用于，对第二曲线进行滤波处理，得到滤波处理后的第二曲线；依次搜索滤波处理后的第二曲线中的极小值点，将滤波处理后的第二曲线中首个满足预设的反应稳态条件的极小值点对应的时间作为样本的反应稳定起始时间。
第三方面，本发明实施例提供一种分析仪器，该分析仪器包括如上所述的反应稳定起始时间确定装置。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的反应稳定起始时间确定方法。
如上所述，本发明实施例基于样本反应时的吸光度数据的波动情况进行了反应稳定起始时间的搜寻，具体为依次搜索第二曲线中的极小值点，将第二曲线中首个满足预设的反应稳态条件的极小值点对应的时间作为样本的反应稳定起始时间。其中，预设的反应稳态条件为极小值点与向后预定时间段处的参考点的差值或者比值处于对应的误差范围。
与现有技术中通过简单的时间阈值来限定反应稳定起始时间相比，本发明实施例能够针对不同样本分别确定出实际的反应稳定起始时间，从而提高测量准确性。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本发明实施例涉及的光学检测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的5个样本(样本1-样本5)的吸光度曲线示意图；
图3为本发明实施例提供的反应稳定起始时间确定方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的吸光度方差曲线示意图；
图5为与图4对应的滤波处理后的吸光度方差曲线示意图；
图6为与图5对应的滤波处理后的吸光度方差曲线示意图；
图7为本发明另一实施例提供的滤波处理后的吸光度方差曲线示意图；
图8为本发明实施例提供的反应稳定起始时间确定装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明实施例的全面理解。
图1为本发明实施例涉及的光学检测系统的结构示意图。
如图1所示，光源及光纤产生的光透过反应杯。信号采集电路接收透过反应杯的光并将其转换为透射光信号，得到透射光曲线。射光信号曲线通过朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律进一步转换为吸光度曲线。
根据朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律，t时刻的吸光度At可以表示为：
其中，I0为入射光信号值，It为t时刻的出射光信号值。
一般情况下，吸光度曲线在反应初始阶段会出现一些波动。
图2为本发明实施例提供的5个样本(样本1-样本5)的吸光度曲线示意图。其中，横坐标为采样点序号(序号的先后顺序反映了时间的先后顺序)，纵坐标为吸光度。
如图2所示，在反应初始阶段(即采样点0～60之间)，不同样本波动出现的时间和反应达到稳定时对应的波动时间长短均不同。
基于此，本发明实施例提供了一种反应稳定起始时间确定方法和装置、分析仪器和存储介质。采用本发明实施例中的技术方案，能够针对不同样本分别确定出实际的反应稳定起始时间，从而提高测量准确性。
图3为本发明实施例提供的反应稳定起始时间确定方法的流程示意图。如图3所示，该反应稳定起始时间确定方法包括步骤301至步骤303。
在步骤301中，根据样本反应时的吸光度数据生成第一曲线，第一曲线用于表征吸光度随时间的变化情况。
在步骤302中，根据第一曲线生成第二曲线，第二曲线用于表征第一曲线随时间的波动情况。
在步骤303中，依次搜索第二曲线中的极小值点，将第二曲线中首个满足预设的反应稳态条件的极小值点对应的时间作为样本的反应稳定起始时间。
其中，预设的反应稳态条件为：极小值点与向后预定时间段处的参考点的差值或者比值处于对应的误差范围。
第一曲线也称为吸光度曲线，第二曲线也称为吸光度波动曲线。
具体实施时，第二曲线可以通过对第一曲线做方差或者标准差反映出来，这里的第二曲线的横坐标为时间，纵坐标为方差或者标准差。
在一些实施例中，可以基于滑动窗口算法对第一曲线进行求方差或者标准差，纵坐标为基于检测窗口得到的方差和标准差，用于反映检测窗口内数据的稳定程度。
具体地，方差计算公式可以表示为：
其中，n为检测窗口长度(即检测窗口内的数据个数)，xi为采样点数据，为检测窗口内对应数据的平均值。设反应开始时间为0秒，采样间隔为0.1秒，则21秒内有210个原始数据。若检测窗口长度为10，则第1-10个数据可得到第1个方差值、第2-11个数据可得到第2个方差值……依次在0-209个原始数据内可得到200个对应方差值。
图4为本发明实施例提供的吸光度方差曲线示意图，其中，横坐标为采样点序号(序号的先后顺序反映了时间的先后顺序)，纵坐标为方差。接着上文中的例子，这里第1个方差值对应第1-10个吸光度数据，第2个方差值对应第2-11个吸光度数据，……依次第200个方差值对应第201-210个吸光度数据。
如图4所示，吸光度方差曲线会收敛于某一阈值，也就是说，反应最终会趋于稳定。由于反应最终会趋于稳定，若极小值点与向后预定时间段处的参考点的差值或者比值处于对应的误差范围，说明极小值点与参考点的值十分接近，也就是说，在极小值点与参考点之间的预定时间段之内反应可能已经趋于稳定状态，即极小值点之后，反应已经趋于稳定状态，因此，可以将第二曲线中首个满足预设的稳定反应条件的极小值点对应的时间作为样本的反应稳定起始时间。
具体实施时，从反应最初开始依次搜索第二曲线中的极小值点，判定第二曲线中的各极小值点是否满足预设的反应稳态条件，若不满足预设的反应稳态条件，则继续搜索下一极小值点，将首个满足预设的反应稳态条件的极值点对应的时间确定为反应稳定初始时间。
如上所述，本发明实施例基于样本反应时的吸光度数据的波动情况进行了反应稳定起始时间的搜寻，具体为依次搜索第二曲线中的极小值点，将第二曲线中首个满足预设的反应稳态条件的极小值点对应的时间作为样本的反应稳定起始时间。其中，预设的反应稳态条件为极小值点与向后预定时间段处的参考点的差值或者比值处于对应的误差范围。
与现有技术中通过简单的时间阈值来限定反应稳定起始时间相比，本发明实施例能够针对不同样本分别确定出实际的反应稳定起始时间，从而提高测量准确性。
根据本发明实施例，为了平衡基于滑动窗口算法进行波动情况分析时的复杂度和准确度，方差或者标准差计算时的检测窗口的长度不宜偏大或者偏小，可以为6～20。
为进一步确定检测窗口的最佳长度，本发明实施例选取了低、中、高三个浓度(3，7，18)的样本，针对不同检测窗口长度(6，10，20)作了10次复测，分别统计极小值点的个数以及反应稳定起始时间。
统计结果参见表1。
表1
对表1分析后发现，标粗部分的结果与实际样本反应情况差距大。比如，检测窗口长度为6的数据中：浓度为3时对应的反应稳定起始时间24、42、12，浓度为7时对应的反应稳定起始时间53，以及浓度为18时对应的反应稳定起始时间26、25；以及检测窗口长度为20的数据中：浓度为3时对应的反应稳定起始时间85、6、133、12、100，浓度为7时对应的反应稳定起始时间64、52、79。
从结果准确性来看检测窗口长度为10时的准确度最高。从降低算法的复杂性来看，极小值点个数越少越简单，越多越复杂，检测窗口长度为10时的复杂度居中。因此，综合以上两点，可以选择检测窗口长度10作为最佳的窗口搜索长度。
在一些可选实施例中，考虑到原始吸光度方差曲线微小波动过多，会干扰实际极小值点的寻找，可以先对第二曲线进行滤波处理，得到滤波处理后的第二曲线；依次搜索滤波处理后的第二曲线中的极小值点，从而提高极小值点搜寻的准确度。
图5为与图4对应的滤波处理后的吸光度方差曲线示意图。本发明实施例不限定滤波算法的类型。
在一些实施例中，预定反应时间段的数目可以为一个或者多个，即用于评估极小值点的参考点的数目为一个或者多个。
图6用“*”标出了从图5中的吸光度方差曲线中寻找到的所有极小值点，并示出仅通过一个预定时间段就可以准确地确定反应稳定时间的情况。参看虚线框标出的第2个极小值点。
以预定时间段为1s为例，从反应最初开始依次搜索吸光度曲线中的极小值点，由于第2个极小值点的方差以及自第2个极小值点后1s的点的方差的比值接近1，说明自第2个极小值点后反应开始趋于稳定，因此，可以将第2个极小值点对应的时间5.9s确定为反应稳定起始时间。
图7为本发明另一实施例提供的滤波处理后的吸光度方差曲线示意图，示出了需要通过两个预定时间段就才可以准确地确定反应稳定时间的情况。图7中示用虚线圈标出了两个点P1和P2，其中，P1为极小值点，P2为位于P1后1s的点。
从图7可以看出，虽然P1的方差与P2的方差值很接近，但是两者间存在一个较大的波动，未达到平衡状态，因此基于1s这一个时间段得到的反应稳定起始时间为假值。
为解决该问题，在对吸光度方差曲线上的极小值点进行判定时，可以将极小值点的方差分别与后多个时间段处(比如0.5s和2s)的点的方差进行比较，如果极小值点的方差与后多个时间段处(比如0.5s和2s)的点的方差的比值全部接近于1，才将该极小值点对应的时间确定为反应稳定起始时间，以消除因仅与一个时间段(比如1s)的点的方差对比而出现的误判问题。
如上所述，本发明实施例中的反应稳定起始时间确定方法可以根据方差或者标准差来描述反应曲线(吸光度曲线)的波动情况，再用极小值进行波谷检测，最后通过极小值点的判定得到最终的稳定反应起始时间。
需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际情况选择用作对比的参考时间段的取值和数量，此处不做限定。
为了验证本发明实施例中可变起始时间算法的可实施性，下面选取低浓度样本复测10次，在不应用可变起始时间和应用可变起始时间两种不同的情况下，得到20s的稳定反应时间和算法求出来的起始时间，实验结果如表2：
表2
可以采用变异系数CV表示吸光度变化率的稳定性，其中，δ为标准偏差，μ为平均值。对表2中数据计算得到，固定起始时间的CV是0.141，可变起始时间的CV是0.146。可以看到在浓度3左右，固定起始时间和可变起始时间的CV相差无几。
进一步地，基于本发明实施例中的可变时间算法，对259个样本的稳定反应起始时间进行了测量，测量结果如下(相邻样本的稳定反应时间之间用“，”隔开，单位：0.1s)：
59,60,65,64,76,86,43,80,79,85,68,78,55,54,72,47,107,51,30,28,65,48,54,53,30,57,72,60,68,45,37,59,71,83,68,52,64,10,54,51,83,7,84,29,15,68,64,76,49,113,64,12,79,100,38,40,66,41,34,49,48,48,45,49,58,35,82,56,47,46,36,44,31,59,27,58,47,48,51,51,68,40,108,23,53,92,46,37,63,71,44,8,76,54,26,74,25,66,38,23,80,61,33,58,32,81,38,61,46,46,26,8,84,61,48,9,44,62,59,72,87,105,83,19,186,66,53,35,73,87,21,54,35,43,61,57,37,62,21,28,34,41,53,81,95,3,3,54,35,10,11,37,42,47,32,32,51,22,63,48,41,88,51,59,44,34,29,65,57,62,55,50,53,37,54,41,79,31,48,60,12,76,50,43,52,60,32,52,64,84,51,39,78,48,135,38,98,81,20,78,38,23,28,41,71,11,33,69,72,36,51,60,66,7,51,66,41,51,54,22,68,86,34,40,34,91,26,73,77,50,66,63,38,40,58,49,31,9,20,53,68,85,53,80,9,54,64,87,69,50,21,28,87,53,93,25,95,41,37,19。
将上述259组基于本发明实施例的可变时间算法求得的稳定反应起始时间与真实反应曲线做比对发现，有25组数据和真实情况有偏差，故实验结果准确率大概在90.35％左右，基本满足需求。
需要说明的是，本发明实施例的可变时间算法可用于免疫反应稳定起始时间的寻找，同时也适用于其他数据处理方面需要寻找稳定反应起始时间的项目。
图8为本发明实施例提供的反应稳定起始时间确定装置的结构示意图。如图8所示，该反应稳定起始时间确定装置包括：第一曲线生成模块801、第二曲线生成模块802和搜寻模块803。
其中，第一曲线生成模块801用于根据样本反应时的吸光度数据生成第一曲线，第一曲线用于表征吸光度随时间的变化情况。
第二曲线生成模块802用于根据第一曲线生成第二曲线，第二曲线用于表征第一曲线随时间的波动情况。
搜寻模块803用于依次搜索第二曲线中的极小值点，将第二曲线中首个满足预设的反应稳态条件的极小值点对应的时间作为样本的反应稳定起始时间；
其中，预设的反应稳态条件为，极小值点与向后预定时间段处的参考点的差值或者比值处于对应的误差范围。
如上所述，本发明实施例基于样本反应时的吸光度数据的波动情况进行了反应稳定起始时间的搜寻，具体为依次搜索第二曲线中的极小值点，将第二曲线中首个满足预设的反应稳态条件的极小值点对应的时间作为样本的反应稳定起始时间。与现有技术中通过简单的时间阈值来限定反应稳定起始时间相比，本发明实施例能够针对不同样本分别确定出实际的反应稳定起始时间，从而提高测量准确性。
在一些可选实施例中，第二曲线生成模块802具体用于基于滑动窗口算法对第一曲线进行处理，得到第二曲线，第二曲线的横坐标为时间，纵坐标为基于检测窗口得到的方差或者标准差。
在一些实施例中，搜寻模块803具体用于对第二曲线进行滤波处理，得到滤波处理后的第二曲线；依次搜索滤波处理后的第二曲线中的极小值点，将滤波处理后的第二曲线中首个满足预设的反应稳态条件的极小值点对应的时间作为样本的反应稳定起始时间。
本发明实施例还提供一种分析仪器，该分析仪器包括如上所述的反应稳定起始时间确定装置。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的反应稳定起始时间确定方法。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (7)

1.一种反应稳定起始时间确定方法，其特征在于，包括：
根据样本反应时的吸光度数据生成第一曲线，所述第一曲线用于表征吸光度随时间的变化情况；
基于滑动窗口算法对所述第一曲线进行处理，得到第二曲线，所述第二曲线的横坐标为时间，纵坐标为基于检测窗口得到的方差或者标准差；
依次搜索所述第二曲线中的极小值点，将所述第二曲线中首个满足预设的反应稳态条件的极小值点对应的时间作为所述样本的反应稳定起始时间；
其中，所述预设的反应稳态条件为，所述极小值点与向后预定时间段处的参考点的差值或者比值处于对应的误差范围；
所述预定时间段的数目为一个或者多个；
若所述预定时间段的数目为多个，所述预设的反应稳态条件为，所述极小值点与向后多个预定时间段处的参考点的差值或者比值全部处于对应的误差范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测窗口的长度为6～20。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依次搜索所述第二曲线中的极小值点的步骤，包括：
对所述第二曲线进行滤波处理，得到滤波处理后的第二曲线；
依次搜索所述滤波处理后的第二曲线中的极小值点。
4.一种反应稳定起始时间确定装置，其特征在于，包括：
第一曲线生成模块，用于根据样本反应时的吸光度数据生成第一曲线，所述第一曲线用于表征吸光度随时间的变化情况；
第二曲线生成模块，用于根据所述第一曲线生成第二曲线，具体的是基于滑动窗口算法对所述第一曲线进行处理，得到第二曲线，所述第二曲线的横坐标为时间，纵坐标为基于检测窗口得到的方差或者标准差；
搜寻模块，用于依次搜索所述第二曲线中的极小值点，将所述第二曲线中首个满足预设的反应稳态条件的极小值点对应的时间作为所述样本的反应稳定起始时间；
其中，所述预设的反应稳态条件为，所述极小值点与向后预定时间段处的参考点的差值或者比值处于对应的误差范围；
所述预定时间段的数目为一个或者多个；若所述预定时间段的数目为多个，所述预设的反应稳态条件为，所述极小值点与向后多个预定时间段处的参考点的差值或者比值全部处于对应的误差范围。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述搜寻模块具体用于，对所述第二曲线进行滤波处理，得到滤波处理后的第二曲线；依次搜索所述滤波处理后的第二曲线中的极小值点，将所述滤波处理后的第二曲线中首个满足预设的反应稳态条件的极小值点对应的时间作为所述样本的反应稳定起始时间。
6.一种分析仪器，其特征在于，包括如权利要求4-5任一项所述的反应稳定起始时间确定装置。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述的反应稳定起始时间确定方法。
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