用于色譜-質(zhì)譜數(shù)據(jù)集的時(shí)間對(duì)準(zhǔn)的方法
【專利說(shuō)明】用于色譜-質(zhì)譜數(shù)據(jù)集的時(shí)間對(duì)準(zhǔn)的方法發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于調(diào)整色譜-質(zhì)譜數(shù)據(jù)集的時(shí)間標(biāo)度的方法。此外，本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理裝置和質(zhì)譜系統(tǒng)。
[0002]發(fā)明背景
[0003]電離法的發(fā)展如電噴霧離子化由溶劑流攜帶的樣品允許將質(zhì)譜法應(yīng)用到生物學(xué)并且特別是處于細(xì)胞水平的詳細(xì)的過(guò)程分析，如在Patterson和Aebersold的文章(自然遺傳學(xué)增刊(nature genetics suppl.)，33，311(2003))中討論的。對(duì)于含有多種單獨(dú)的分子的復(fù)雜樣品的分析，液相色譜法經(jīng)常用于分離不同的分子(根據(jù)它們的保留時(shí)間，即，從將該樣品注入色譜柱到洗脫相應(yīng)的分子的時(shí)間(保留時(shí)間也可以稱為洗脫時(shí)間))。
[0004]生物質(zhì)譜法中的單一的實(shí)驗(yàn)總體上要求測(cè)量大量的色譜-質(zhì)譜數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)集含有具有不同的質(zhì)荷比(m/z)和保留時(shí)間的離子的強(qiáng)度或豐度。這些二維譜通過(guò)以有規(guī)律的保留時(shí)間間隔進(jìn)行質(zhì)量掃描來(lái)測(cè)量;示例數(shù)據(jù)集在圖2a)中示出；為了簡(jiǎn)單起見，僅繪制了離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)的二維場(chǎng)的水平跡線。二維譜的水平切片產(chǎn)生質(zhì)量色譜圖，表明在特定的質(zhì)/荷范圍內(nèi)作為保留時(shí)間的函數(shù)的離子的測(cè)量的強(qiáng)度，而二維光譜的垂直切片是質(zhì)譜圖，表明在特定的保留時(shí)間間隔下具有不同的質(zhì)荷比的離子的測(cè)量的強(qiáng)度。化合物的存在由強(qiáng)度的局部極大值，稱為特征(或峰)表明。單一特征可以跨越若干個(gè)保留時(shí)間掃描間隔和若干個(gè)質(zhì)/荷值(至少對(duì)于高分辨率質(zhì)譜儀)。
[0005]尤其在代謝組學(xué)中，其中檢測(cè)藥物對(duì)有機(jī)體的影響，需要總結(jié)或比較多個(gè)色譜-質(zhì)譜數(shù)據(jù)集，例如樣品譜與參比譜的比較，或在給予特定的藥物之后在不同的時(shí)間下測(cè)量的譜的比較。對(duì)應(yīng)的譜之間的這些比較由于以下而變得困難:在總體上相同的實(shí)驗(yàn)設(shè)置下測(cè)量的譜的保留時(shí)間由于多種原因偏移，如柱化學(xué)隨時(shí)間推移的變化、儀器漂移或樣品組分之間的相互作用。
[0006]為了補(bǔ)償時(shí)間標(biāo)度上的這些漂移，用于調(diào)整色譜-質(zhì)譜數(shù)據(jù)集的時(shí)間標(biāo)度的多種方法是已知的?？傮w上，這些方法包括以下步驟:在有待對(duì)準(zhǔn)的兩個(gè)數(shù)據(jù)集中找到類似的特征，將第一數(shù)據(jù)集的特征與第二數(shù)據(jù)集的特征進(jìn)行匹配，針對(duì)在匹配特征之間的保留時(shí)間的差值調(diào)整偏移函數(shù)，并且根據(jù)該偏移函數(shù)相對(duì)于該第一數(shù)據(jù)集偏移該第二數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)點(diǎn)以便使這些保留時(shí)間同步。
[0007]WO 03/095978 A2披露了用于將至少兩個(gè)色譜-質(zhì)譜數(shù)據(jù)集(每個(gè)包括多個(gè)質(zhì)量色譜圖)進(jìn)行時(shí)間對(duì)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，通過(guò)依靠來(lái)自每個(gè)數(shù)據(jù)集的至少兩個(gè)質(zhì)量色譜圖計(jì)算在所述數(shù)據(jù)集之間的距離函數(shù)并且對(duì)準(zhǔn)所述數(shù)據(jù)集(通過(guò)最小化所述距離函數(shù)以便獲得對(duì)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)集)。
[0008]與保留時(shí)間對(duì)準(zhǔn)類似的方法也描述于Mue I Ier等人的蛋白質(zhì)組學(xué)(Proteomi cs) 7(2007) ,3470-3480和Silva等人的分析化學(xué)(Anal.Chenu )77(2005) ,2187-2200的文章中。
[0009]這些方法依靠考慮大量的匹配的特征，這使得它們是計(jì)算上昂貴的；它們還仍然易于系統(tǒng)誤差。
[0010]針對(duì)此背景，本發(fā)明的目標(biāo)是提供對(duì)應(yīng)的色譜-質(zhì)譜數(shù)據(jù)集的時(shí)間標(biāo)度的可靠調(diào)整。
[0011]發(fā)明概述
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于調(diào)整色譜-質(zhì)譜數(shù)據(jù)集、特別是液相色譜-質(zhì)譜數(shù)據(jù)集的時(shí)間標(biāo)度的方法，其中第一數(shù)據(jù)集的時(shí)間標(biāo)度用作參比時(shí)間標(biāo)度并且其中至少一個(gè)第二數(shù)據(jù)集的時(shí)間標(biāo)度被適配于該參比時(shí)間標(biāo)度，該方法包括以下步驟
[0013]通過(guò)評(píng)價(jià)該第一數(shù)據(jù)集的連續(xù)點(diǎn)的強(qiáng)度識(shí)別該第一數(shù)據(jù)集中的特征組，每個(gè)特征組包括至少兩個(gè)特征，
[0014]通過(guò)評(píng)價(jià)該第二數(shù)據(jù)集的連續(xù)點(diǎn)的強(qiáng)度識(shí)別該第二數(shù)據(jù)集中的特征組，每個(gè)特征組包括至少兩個(gè)特征，
[0015]將該第一數(shù)據(jù)集的識(shí)別的特征組與該第二數(shù)據(jù)集的識(shí)別的特征組匹配，并且
[0016]基于該第一數(shù)據(jù)集中的特征組與該第二數(shù)據(jù)集中的匹配特征組之間的時(shí)間差值確定該第二數(shù)據(jù)集的修正的時(shí)間標(biāo)度。
[0017]連續(xù)點(diǎn)之間的時(shí)間差值優(yōu)選地位于給定的時(shí)間間隔內(nèi)；最小的時(shí)間間隔特別由測(cè)量速率的倒數(shù)給出，而最大的時(shí)間間隔可以例如基于使用的樣品、溶劑或色譜柱進(jìn)行選擇。數(shù)據(jù)集優(yōu)選地含有在質(zhì)荷比區(qū)間和保留時(shí)間區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)陣列。該數(shù)據(jù)集可以含有輪廓模式(profile mode)譜，即在預(yù)定義的保留時(shí)間區(qū)間內(nèi)進(jìn)行的質(zhì)量掃描，或預(yù)處理的數(shù)據(jù)，特別是質(zhì)心模式譜，其中在用于固定的保留時(shí)間位置的質(zhì)量掃描中，局部最大值的強(qiáng)度通過(guò)針對(duì)質(zhì)/荷比掃描調(diào)整質(zhì)心來(lái)確定以便確定峰的中心來(lái)確定;具體地，對(duì)于每個(gè)保留時(shí)間區(qū)間可以給出峰清單。在該清單中的峰總體上是在固定的保留時(shí)間間隔下在定義的質(zhì)荷比范圍內(nèi)的強(qiáng)度上的局部最大值。當(dāng)質(zhì)荷比差值和/或強(qiáng)度差值或相鄰峰之間的強(qiáng)度比符合一個(gè)或多個(gè)條件時(shí)，出現(xiàn)在相同保留時(shí)間的若干特征(在給定的公差內(nèi))可以形成特征組。優(yōu)選地，第一數(shù)據(jù)集中的特征組與第二數(shù)據(jù)集中的匹配特征組之間的時(shí)間差值基于相應(yīng)的數(shù)據(jù)集中的特征組的時(shí)間位置來(lái)確定。特征組的位置可以特別地基于該組中的特征的平均位置來(lái)確定。
[0018]當(dāng)確定包括多個(gè)相關(guān)特征的匹配特征組時(shí)，與單特征的匹配相比假陽(yáng)性的可能性顯著降低。其結(jié)果是，每個(gè)找到的匹配是更可靠的，并且穩(wěn)健的回歸函數(shù)可以基于較少的點(diǎn)。相比之下，當(dāng)嘗試自動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)不同的數(shù)據(jù)集時(shí)，當(dāng)保留時(shí)間差值超出預(yù)定義的容許區(qū)間的范圍發(fā)生時(shí)，單獨(dú)特征的匹配可能導(dǎo)致失敗。與所有發(fā)現(xiàn)的單一特征或峰的強(qiáng)力匹配相比，基于特征組的匹配的保留時(shí)間對(duì)準(zhǔn)是更穩(wěn)健的并且更計(jì)算上有效的。
[0019]優(yōu)選地，識(shí)別特征組包括通過(guò)確定數(shù)據(jù)集中的最陡上升的點(diǎn)來(lái)識(shí)別特征，尤其基于三個(gè)或更多個(gè)連續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的強(qiáng)度差值，其中特別地所考慮的數(shù)據(jù)點(diǎn)通過(guò)總和或平均在給定的質(zhì)荷比間隔和給定的保留時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的強(qiáng)度來(lái)確定。有利地，最陡上升的點(diǎn)的位置對(duì)抗小的信號(hào)波動(dòng)是穩(wěn)健的。原則上，其他峰識(shí)別方法可以用于識(shí)別特征，如本領(lǐng)域已知的。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)在給定的質(zhì)荷比間隔的連續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的跡線中進(jìn)行評(píng)價(jià)，優(yōu)選地通過(guò)總和或平均在該給定的質(zhì)荷比間隔內(nèi)的這些數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中特別地并行評(píng)價(jià)覆蓋整個(gè)數(shù)據(jù)集的跡線以識(shí)別特征。當(dāng)預(yù)處理的數(shù)據(jù)集含有峰清單時(shí)，求和不是必需的;為了檢測(cè)特征，連續(xù)峰是其中心位置的差值小于給定的公差的那些峰。
[0021 ]在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例中，當(dāng)滿足以下標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)或多個(gè)、優(yōu)選地全部時(shí)，識(shí)別特征和/或?qū)Ⅻc(diǎn)確定為最陸上升的點(diǎn):
[0022].該最陡上升的點(diǎn)與該緊接著的上一個(gè)點(diǎn)之間的每保留時(shí)間差值的強(qiáng)度差值以及該緊接著的下一個(gè)點(diǎn)與該最陡上升的點(diǎn)之間的每保留時(shí)間差值的強(qiáng)度差值二者都大于預(yù)定閾值
[0023]?對(duì)于在該最陡上升的點(diǎn)之前的預(yù)定義的第一時(shí)間間隔內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，強(qiáng)度高于預(yù)定義的閾值和/或單調(diào)地上升
[0024]?對(duì)于該數(shù)據(jù)集中的至少一個(gè)隨后的點(diǎn)，強(qiáng)度小于或等于在該最陡上升的點(diǎn)處的強(qiáng)度。
[0025]該預(yù)定義的第一時(shí)間間隔可能局限于連續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的保留差值的一倍或兩倍。
[0026]可能優(yōu)選的是需要滿足另外的標(biāo)準(zhǔn)或條件以便識(shí)別特征;具體地，僅當(dāng)與前一識(shí)別的特征的時(shí)間差值高于預(yù)定義的閾值時(shí)可以識(shí)別特征。此外，可以定義特征的最小寬度，特別是最陡上升的點(diǎn)與具有較低或相等強(qiáng)度的返回點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)點(diǎn)的最小數(shù)目。優(yōu)選地，對(duì)于包括多個(gè)具有相同斜率的相鄰點(diǎn)的數(shù)據(jù)集，基于具有最早時(shí)間位置的最陡上升的點(diǎn)識(shí)別特征。
[0027]優(yōu)選地，基于由該最陡上升的點(diǎn)和返回點(diǎn)界定的時(shí)間間隔內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)確定該特征的時(shí)間位置，其中該返回點(diǎn)是在該最陡上升的點(diǎn)之后的第一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)的強(qiáng)度在給定的公差內(nèi)等于該最陡上升的點(diǎn)的強(qiáng)度。具體地，特征的時(shí)間位置或保留時(shí)間位置基于該特征的最陡上升的點(diǎn)與返回點(diǎn)之間的間隔內(nèi)的點(diǎn)的平均值或中值確定。可替代地，該時(shí)間位置可以基于將質(zhì)心與那個(gè)時(shí)間間隔進(jìn)行擬合或通過(guò)選擇最大強(qiáng)度的點(diǎn)作為該特征的時(shí)間位置來(lái)確定。為了確定該返回點(diǎn)，可以進(jìn)行具有比該最陡上升的點(diǎn)更高和更低強(qiáng)度的相鄰點(diǎn)之間的內(nèi)插。在另一個(gè)替代方案中，可以將具有比該最陡上升的點(diǎn)更低強(qiáng)度的第一隨后的點(diǎn)視為該返回點(diǎn)。
[0028]優(yōu)先地，識(shí)別數(shù)據(jù)集中的特征組的步驟包括將特征分組，其中當(dāng)滿足一個(gè)或多個(gè)預(yù)定義的條件時(shí)，將在預(yù)定義的時(shí)間間隔內(nèi)具有位置的特征分組在特征組中。在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，特征組對(duì)應(yīng)于分子的同位素模式。
[0029]尤其優(yōu)先地，當(dāng)在該預(yù)定義的時(shí)間間隔內(nèi)識(shí)別至少三個(gè)特征并且從第一特征到第二特征的質(zhì)荷比差值在給定的公差內(nèi)等于從該第二特征到第三特征的質(zhì)荷比差值時(shí)，滿足預(yù)定義的條件。質(zhì)量差值的公差允許識(shí)別出對(duì)應(yīng)的峰，盡管稍微不同的質(zhì)量虧損。對(duì)于給定的公差，可以選擇固定值;可替代地，該給定的公差可以改變，取決于歸因于對(duì)應(yīng)于該特征組的離子的電荷。
[0030]尤其優(yōu)先地，當(dāng)在該預(yù)定義的時(shí)間間隔內(nèi)識(shí)別至少三個(gè)特征并且至少三個(gè)特征的強(qiáng)度比對(duì)應(yīng)于預(yù)定義的模式時(shí)，滿足預(yù)定義的條件?？梢岳鐚⒃擃A(yù)定義的模式選擇為使得對(duì)應(yīng)于最低質(zhì)量的特征具有