小波分析在psa定量儀器中的應用

1、<p>　　小波分析在PSA定量儀器中的應用</p><p>　　【關鍵詞】 小波分析</p><p>　　前列腺特異性抗原A（prostate specific antigen，PSA）由前列腺上皮細胞產(chǎn)生，在前列腺腺體的腺泡和腺管上皮細胞內(nèi)合成，是一種唯一由前列腺上皮產(chǎn)生的蛋白，其特異性較高 ［1］ 。隨著人口老齡化及飲食結構的改變，前列腺癌的發(fā)病率也逐年上升。尤為突出的是

2、前列腺潛伏癌發(fā)病率之高在惡性腫瘤中是獨一無二的，已成為越來越影響公眾健康的問題。因此前列腺癌的檢測已成為腫瘤研究的重要課題?，F(xiàn)今國內(nèi)外對PSA定量測試主要采用化學發(fā)光免疫分析法 ［2］ 、非同位素的免疫分析、同位素標記免疫分析、免疫放射分析（IRMA）和酶聯(lián)免疫法 ［3］ （ELISA試劑盒）?；瘜W發(fā)光免疫分析法和酶聯(lián)免疫法這兩種方法的配套儀器已經(jīng)問世并且達到了定量的水平。在本文中，筆者將介紹小波分析在PSA金標試條定量測定儀器中的應用

3、，并將其與Beck-man發(fā)光檢測儀（Beckman access immunoassay system）做對比分析，結果表明它們之間線性相關性良好。</p><p>　　1 小波分析在PSA定量儀器中的應用小波分析自產(chǎn)生以來，因其在信號處理中的無限優(yōu)越性，已經(jīng)成為信號處理最有力的工具。小波分析是在Fouri-er分析基礎上發(fā)展起來的，同時又克服了Fourier變換的一些缺點，使它成為繼Fourier變換之后的有

4、力信號處理工具 ［4］ 。在應用上，小波分析具有時―頻分析的特性，因此比Fourier分析和窗口Fourier分析應用更廣泛?，F(xiàn)在小波分析已被應用在信號分析、圖像處理、數(shù)學領域的許多學科、軍事電子對抗與武器的智能化、大型機械的故障診斷、天然氣儲量的預測及勘探井位的確定、醫(yī)學成像與診斷等工程應用方面 ［4，5］ 。在本節(jié)的后兩部分中，將介紹小波分析在PSA定量儀器中的應用:小波分析在定位金標試條測試信號線的應用及小波分析在去噪中的應用。&

5、lt;/p><p>　　1.1 金標試條測試線的定位 在金標試條定量檢測中，儀器采集到的信號含有奇異點及不規(guī)則的突變部分;這些部分是金標試條顯色線對應的部分，往往攜帶比較重要的信息，是儀器檢測的重點。小波函數(shù)因具有“自適應”及“變焦”特性，有很好的空間局部化性質(zhì)，通過信號的小波變換模極值點在多尺度上的綜合表現(xiàn)來表示信號的突變或暫態(tài)特征 ［6］ 。因此對突變信號的突變性即突變點的位置及突變度大小的分析非常有效。對突變信

6、號的檢測或突變點位置的定位，在小波分析中利用分析信號的奇異性得到。信號的奇異性分析方法有 ［7］ :基于多分辨率分析的奇異性檢測方法、二進制離散小波變換的奇異性檢測方法、連續(xù)小波變換的奇異性檢測方法。隨后簡單介紹多分辨率分析的奇異性檢測方法。小波變換用于確定金標試條曲線信號的測試線位置的基本步驟如下（以多分辨率分析的奇異性檢測方法為例）:（1）去除噪聲;（2）為滿足多分辨率分析均勻采樣要求，以及提高定位的精確度，首先采用3次樣條插值法，

7、對金標試條信號曲線進行插值，得到較光滑的金標試條信號曲線;（3）通過Mallat算法對插值后的N個金標試條信號數(shù)據(jù)進行J（J=3或4）尺度的小波分解，分解得到逼近系</p><p>　　1.2 金標試條信號的去噪應用 金標試條信號在采集和傳輸?shù)倪^程中，不可避免地會受到自然和人為的各種干擾，在對金標試條信號進行判讀之前，有必要對信號進行去噪處理，提高信噪比。小波分析的濾波方法克服了傳統(tǒng)濾波方法的不足，其理論基礎是利

8、用小波變換在時間域和頻率域同時具有良好的局部化性質(zhì)的優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)濾波法只能對信號的頻率域進行處理的缺陷。因此，小波去噪理論比經(jīng)典的頻率域濾波方法更具有靈活性。</p><p>　　1.2.1 小波去噪理論中的去噪方法 ［8］ 小波分解與重構法去噪、非線性小波變換閾值法去噪、基于閾值處理的平移不變量小波去噪法、小波變換模極大值法去噪。在本文中，筆者提出了基于模極大值處理的平移不變量小波去噪法。</p&g

9、t;<p>　　1.2.2 基于模極大值的平移不變量小波去噪法是在平移不變量小波去噪法上的改進 在平移不變量小波去噪法中，對平移后的信號采用小波變換再進行閾值化去噪處理，因為閾值化去噪處理有其固有的不利條件，即不管是硬閾值化還是軟閾值化處理，去噪之后得到的恢復信號都缺乏原始信號的光滑度。在基于模極大值的平移不變量小波去噪法中，對小波變換后采用模極大值法去噪處理，可以有效的保留信號在奇異點上的信息，并最大可能的去除噪隨機噪聲

10、（或白噪聲）?；谀O大值的平移不變小波去噪算法見圖1 ［9，10］ 。（1）對帶噪聲做循環(huán)平移;（2）對每次平移后的信號做小波變換，得出各尺度上的小波系數(shù)W j，k ;（3）對小波系數(shù)W j，k 進行模極大值去噪處理，得出估計小波系數(shù)^W j，k 。在這一步中，采用模極大值去噪處理，其處理過程為 ［7～9］ :①搜索小波變換系數(shù)W j，k ，找出每階尺度j上小波變換系數(shù)W j，k 對應的模極大值點;②設最大尺度2 J 上的極

11、值點的最大幅度為A，定義如下的閾值: δ 0 =log 2 （1+2σ） J+Z 。式中σ為噪聲功率，J為最大尺度，Z為一常數(shù);③對于尺度2 j （1</p><p><b>　　2 對比實驗</b></p><p>　　2.1 主要材料 金標PSA測定儀（實驗方）由福州大學科技開發(fā)總公司生產(chǎn)，PSA金免疫層析試條為上海美康生物工程有限公司的PSA金免疫層析定量試條。

12、Beckman發(fā)光檢測儀（對比方）。</p><p><b>　　2.2 樣本</b></p><p>　　2.2.1 檢測標本的對象 本檢測標本主要為臨床前列腺疾病患者和前列腺癌癥懷疑的患者。</p><p>　　2.2.2 臨床檢測樣品 第1組血清樣本是隨機抽樣的，共10例;第2組血清樣本取自懷疑有前列腺疾病病例，共33例。</p&g

13、t;<p>　　2.2.3 臨床檢測方法 用金免疫層析試條PSA測定儀在上海市第七人民醫(yī)院進行臨床試驗。采用金標PSA測定儀和Beckman發(fā)光檢測儀做對照測試。采用同人同指標，對上述正常隨機樣本組及臨床懷疑有前列腺疾病組樣本進行對照，做對比相關性檢測。</p><p>　　2.3 臨床實驗數(shù)據(jù)</p><p>　　2.3.1 第1組對比實驗數(shù)據(jù) 隨機抽取血清樣品。</

14、p><p>　　2.3.2 第2組對比實驗數(shù)據(jù) 臨床懷疑前列腺疾病組。</p><p>　　2.4 實驗報告結論</p><p>　　2.4.1 測定結果相關性分析 見表1、見表2。</p><p>　　表1 隨機抽取血清樣品臨床對比實驗數(shù)據(jù)（略）注:例數(shù)（n）=10;（V=n-1=9），r=0.8376&gt;r 0.05（9） =0.

15、0602;線性相關</p><p>　　表2 臨床懷疑前列腺疾病組臨床對比實驗數(shù)據(jù)（略）注:例數(shù)（n）=30;（V=n-1=29），r=0.9339&gt;r 0.05（29） =0.355;線性相關 第1組隨機抽樣血清樣本（表1），第2組懷疑前列腺疾病血清樣本病例（表2）。共33例，其中31號、32號和33號患者數(shù)據(jù)均超過兩儀器量程，不做統(tǒng)計，余下30例。</p><p>　

16、　2.4.2 對照檢測結果分析 兩臺儀器工作原理，測試材料和方法等影響因素不同，對一些特殊血樣測試的結果可能會有所差異。如第2組3號病例由于標本發(fā)生溶血，金免疫層析試條測定儀測數(shù)量為11，而Beckman發(fā)光儀結果為20.47;第2組14號病例存在同樣問題;其余絕大多數(shù)病例結果基本符合。另外，由于第2組中31、32、33號患者標本兩儀器測量均超過量程最大值，故不在分析范圍內(nèi)。</p><p>　　2.5 臨床檢測

17、結論 （1）金標PSA測定儀，配套使用中美合作上海美康生物工程公司的PSA試條，可進行PSA濃度的測定。（2）根據(jù)對比試驗結果，對于同一樣本，在金標PSA測定儀與Beckman發(fā)光儀進行對比實驗，相關系數(shù)比界值高許多，說明線性相關性顯著。其中第2組Beckman發(fā)光儀的平均值Y=7.8163，金免疫層析試條PSA測定儀的平均值Y=7.4333，X/Y=0.9510。根據(jù)平均值趨向真值的原理，說明兩臺儀器很接近。因此金標PSA測定儀檢測的

18、數(shù)據(jù)是科學的、可信的，有臨床應用價值，可用來初篩或作為臨床醫(yī)生診斷的參考。（3）金標PSA測定儀與上海美康生物工程公司的PSA試條都系國內(nèi)生產(chǎn)，因此較易推廣。其價格比進口的發(fā)光儀低廉，所用試劑和檢測費都比發(fā)光儀便宜得多，尤其適用于中等綜合性醫(yī)院或社區(qū)基層醫(yī)院使用，有利于對患者進行及時診斷。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1 周緒華，

19、劉啟芳，鄒杰，等.PSA在前列腺癌診斷中的意義.中國綜合臨床，1999，15（4）:394.</p><p>　　2 蔣秉坤，范欽信.臨床生物化學及生物化學檢驗.北京:人民衛(wèi)生出版社，1998，5.</p><p>　　3 趙永芳.生物化學技術原理及應用.北京:科學出版社，2002，7</p><p>　　4 李建平.小波分析與信號處理.重慶:重慶出版社，1997，

20、12.</p><p>　　5 李彥民.小波分析的發(fā)展過程及應用現(xiàn)狀.伊犁師范學院學報，2000（1）:84-87.</p><p>　　6 聶永安.用小波變換進行信號特征檢測的原理與方法.地震地磁觀測與研究，1999，20（3）:24-30.</p><p>　　7 朱鳳崗.小波分析對奇異性的檢測用于滴定點的確定.山東農(nóng)業(yè)大學學報，2003，34（1）:87-90

21、.</p><p>　　8 郭代飛.利用小波門限法進行信號去噪.山東大學學報（自然科學版），2001，36（3）:306-311.</p><p>　　9 Zhang Weiqiang，Song Guoxiang.A iranslation-invariant wavelet de-noising method based on a newthresholding function.Pco