專利名稱：軟件中的有源干涉信號分析的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及有源信號分析系統(tǒng)，特別是干涉信號分析系統(tǒng)。
相關(guān)申請 本申請是2001 年 8 月 9 日申請的、題為 “Method and System forSignal Detection in Arrayed Instrumentation Based on QuantumResonance，，的美國專利申請?zhí)?9/913，132的部分繼續(xù)申請，美國專利申請?zhí)?9/913，132是2000年2月 17日申請的PCT申請?zhí)朥S00/04076的國家階段申請，要求1999年2月22日申請的、 題為“Method andApparatus for Analyzing HybridizedBiochip Patterns using ResonanceInteractions Employing Quantum Expressor Functions，，的美國專利申請?zhí)?9/253，789，現(xiàn)在的美國專利號6，136，541的優(yōu)先權(quán)，所有申請均在此通過引用全部并入。基于與美國專利申請?zhí)?9/253，789同時期提交的申請的下列專利也在此通過引用全部并入題為“Method and Apparatusfor Interpreting Hybridized Bioelectronic DNA Microarray Patterns UsingSelf-scaling Convergent Reverberant Dynamics，， 的美國專利號 6,142,681，和題為 “Method and Apparatus for Exponentially Convergent TherapyEffectiveness Monitoring Using DNA Microarray Based Viral LoadMeasurements ”的美國專利號6，245，511。下列臨時專利申請也在此通過引用全部并入2002 年 7 月 9 日申請的、題為“Active Signal ProcessingTechnique Using Resonancehterferometry”的美國專利申請?zhí)?0/395，074，2002年7月四日申請的、題為 “High-ThroughputQuantitation of Signals from Arrayed Platforms UsingResonance Interferometry”的美國專利申請?zhí)?0/399，227,2002年9月3日申請的、題為“^Technique for Analysis andQuantitation of ArrayedInformation Structures，，的美國專利申請?zhí)?60/408，057,2002 年 9 月 5 日申請的、題為 “System and Method for Analysis and Quantitation ofArrayed Platforms”的美國專利申請?zhí)?60/408，844。2003 年 1 月 15 日申 i青白勺、IS為“Technique for Detection and Quantitation of ArrayedPlatform Signals" 的美國專利申請?zhí)?0/440，253。
背景技術(shù)：
1.無源和有源干涉信號分析概述 已經(jīng)證明，干涉分析對于執(zhí)行信號分析，特別是對于檢測信號模式(signal patterns)中例如二維圖像中的關(guān)注事件(events of interest)是有用的。干涉分析的一個示例包括，利用雷達脈沖照射一個運動目標(biāo)例如飛機，這些雷達脈沖與該目標(biāo)相互作用并且彼此干涉，然后反射回給一個傳感裝置例如天線。將天線收到的信號與原始發(fā)送的信號進行比較，盡力檢測該目標(biāo)的獨特的譜特征，以便識別該目標(biāo)。這種形式的干涉分析被稱為“有源分析”，因為用于照射關(guān)注事件的信號與該目標(biāo)及其它信號相互作用，以主動修改所得到的干涉模式。換句話說，正在被分析的系統(tǒng)被主動改變。就雷達而言，就是關(guān)注事件周圍的電磁場被主動改變。
信號分析的一種替換類型是“無源分析”，其中已被檢測的信號被處理，盡力在其中識別關(guān)注事件。具體示例包括試圖在圖像中增強特征的過濾圖像。這些技術(shù)被認為是無源的，因為沒有噪聲或其它信號被加入正在被分析的系統(tǒng)。特別是，無源干涉分析通常包括，在不加入噪聲或其它信號的情況下，所觀察的強度模式或相位信息的處理。通常，無源分析系統(tǒng)采用參數(shù)方法，例如匹配濾波器技術(shù)、最大后驗概率(MAP)技術(shù)、極大似然估計量(MLE)技術(shù)、奇異值分解(SVD)，經(jīng)典傅立葉分析、參數(shù)分布群集(PCA)，或中值過濾器變量。也可以使用非參數(shù)方法。另外，還可以使用定量和群集技術(shù)，例如“軟件計算”及其變體，其包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯系統(tǒng)、和貝葉斯推斷系統(tǒng)。雖然許多無源分析技術(shù)已經(jīng)被使用，但每個都要求，觀察信號的強度大于其出現(xiàn)在其中的背景信號。另外，分析系統(tǒng)必須正確估計背景信號和正確估計背景信號中的任何變異(variability)。在一些情況下，為擴展譜(spread spectrum, S-S)振幅相關(guān)性被提供有背景扣除，并采用定標(biāo)和規(guī)格化來補償檢測器非線性。因此，對于無源分析存在各種限制，尤其是不能檢測強度小于或接近于背景強度水平的信號。
就雜合(hybridized)生物微陣列模式的分析而言，迄今為止，無源分析一直是執(zhí)行的分析的唯一形式。簡單地說，生物微陣列的信號模式輸出被規(guī)格化，以補償染色、掃描儀或陣列影響。然后，對背景信號的特征、轉(zhuǎn)錄(transcript)或芯片(chip)水平做出一個估計。然后，從前景中扣除背景，并且計算出前景減去背景的比率，以用數(shù)量表示代表關(guān)注模式的微分式。該計算常常是利用信道比來執(zhí)行。在任何情況下，雜合數(shù)字化圖像模式的無源分析的示例包括PCA、SVD、MLE、隱馬爾可夫模型(HMM)和各種統(tǒng)計方法。由于該技術(shù)是無源的，因而容易受到上面所述的限制，尤其是，只有在估計背景之上的雜合基因轉(zhuǎn)錄可被檢測。另外，在具有低表達水平的目標(biāo)中的高調(diào)用可變性(call variability)出現(xiàn)，折疊變化計算中的高CV發(fā)生。當(dāng)處理具有有限動態(tài)范圍的平臺或協(xié)議時，偏斜結(jié)果(Skewed results)可發(fā)生。典型的是，無源雜合分析技術(shù)要求巨大數(shù)量的數(shù)據(jù)和標(biāo)本，以允許驅(qū)動該調(diào)用分析的統(tǒng)計的準(zhǔn)確。迄今為止，提高用于分析雜合數(shù)字化圖像的無源技術(shù)的精確度和可靠性的努力包括，濕(wet)信號擴大和生物增強。無源分析的計算增強已經(jīng)是最小的。
所以此后，計算機系統(tǒng)已經(jīng)非常局限于執(zhí)行無源分析，而有源分析很大程度上是只由硬件系統(tǒng)執(zhí)行。
2.基于硬件的有源信號分析 利用基于硬件的有源干涉信號分析，外部激勵被提供給被分析的系統(tǒng)，而系統(tǒng)被分析是為了提供一種相互作用，相互作用產(chǎn)生另外的信息或提供系統(tǒng)定性性質(zhì)中的一些變化。典型的是，外部激勵包括某種形式的噪聲注入，這導(dǎo)致噪聲與被分析系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)注事件之間的非線性耦合，其增強了這些事件。如上所述，有源信號處理(ASP)的一個示例是雷達，其中被注入到所分析的系統(tǒng)內(nèi)的信號是雷達信號。另一個示例是超導(dǎo)量子干涉設(shè)備 (SQUID)，其利用超導(dǎo)的量子效應(yīng)來檢測磁場。其它一些示例包括圖像智能(IMINT)，信號智能(SIGINT)，電子智能(ELINT)設(shè)備。此外，有源信號已被用于毫微微激光器。盡管這些基于硬件的系統(tǒng)在某些環(huán)境中提供了增強信號，但是此類系統(tǒng)的制造和運行成本昂貴，并且只能物理上操縱或產(chǎn)生類型非常特定的信號。
3.隨機諧振技術(shù) 在軟件中實現(xiàn)的另一個典型的有源系統(tǒng)或技術(shù)是隨機諧振，其中將噪聲應(yīng)用到被分析的一個圖像或一個系統(tǒng)，以改善輸出的信噪比(SNI )。利用隨機諧振，根據(jù)雙穩(wěn)態(tài)非線性動態(tài)系統(tǒng)對檢測器進行建模，其是通過施加附加隨機噪聲元件和一個周期性正弦強制函數(shù)而被增強的。當(dāng)SNR隨著噪聲水平的增加而經(jīng)過一個最大值時，隨機諧振產(chǎn)生。通過適當(dāng)選擇被施加的噪聲的量，可增強關(guān)注事件，以使背景下面的信號能夠被檢測到。
傳統(tǒng)上是采用利用一個經(jīng)典的噪聲源例如標(biāo)準(zhǔn)高斯噪聲模式的隨機諧振。但可替換的是，可采用利用一定形式的量子噪聲的隨機諧振。在這方面，已經(jīng)表現(xiàn)出的是，具有弱諧振激光場的一個雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的照射引起長壽命的相干隧道運動，其振幅作為雙級系統(tǒng)松弛(relaxation)速度和場強的函數(shù)，表現(xiàn)了量子隨機諧振^jSM)(參見Makarov DE. Makri N. “ Stochastic resonance and nonlinear response indoub1e-quantum-we11 structures" Physical Review B. 52(4) :R2257-R2260,1995 Jul 15)。本質(zhì)上，QSR 是量子噪聲引起的從動量子機械系統(tǒng)響應(yīng)的增強。
無論如何，迄今，傳統(tǒng)的隨機諧振和QSR僅用于點動態(tài)系統(tǒng)，即只提供隨時間變化的信號數(shù)據(jù)點的系統(tǒng)。增強隨機諧振的另一個技術(shù)是所謂的陣列增強隨機諧振(AESR)，其把隨機諧振擴展到二維動態(tài)系統(tǒng)，盡管仍然受限于靜態(tài)系統(tǒng)。雖然有所改善，但AESR典型地受限于具有非常小自由度的系統(tǒng)的分析。
因而，大多數(shù)傳統(tǒng)的有源信號分析系統(tǒng)不是在軟件中實現(xiàn)的，并且那些在軟件中實現(xiàn)的分析系統(tǒng)通常具有相當(dāng)大的限制。因此，所希望的是，提供新的或改進的技術(shù)，用于在軟件中實現(xiàn)有源信號的處理，為了這些目標(biāo)，本發(fā)明的各個方案被提出。通過在軟件中實現(xiàn)有源信號分析，與硬件系統(tǒng)之上的軟件系統(tǒng)有關(guān)的所有優(yōu)點可以被利用，包括較低的費用、增強的靈活性、增強的魯棒性、便攜性等等。
尤其是，希望提供在軟件中實現(xiàn)的一個有源信號處理系統(tǒng)，能夠在一個組合狀態(tài)空間內(nèi)檢測空間、時間或時空系統(tǒng)中的關(guān)注事件，其中狀態(tài)空間是離散的和連續(xù)的，其中背景噪聲是非穩(wěn)定的。理想地，系統(tǒng)能夠分析從陣列平臺檢測器配置的各種變體(包括線性的、陣列的、譜的和時間變化的)中收到的信號，而且能夠處理N屬性系統(tǒng)。此外，理想地， 改進的系統(tǒng)將能夠分析具有信號與背景比率為10_4的信號。對于應(yīng)用到微陣列平臺的生物樣本的分析，該系統(tǒng)或技術(shù)理想地將能夠檢測和定量特殊的雜合(例如基因組事件)和特殊的結(jié)合(binding)事件(例如蛋白質(zhì)結(jié)合事件)。在涉及基因組范圍內(nèi)，系統(tǒng)應(yīng)該能夠處理來自高密度基因表達微陣列(即陣列提供了每陣列IO2到IO6個斑點(spot))的數(shù)據(jù)，它代表了離散的、空間上變址(spatiallyindexed)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有高的探針密度(即每斑點IO6到IO9個探針)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了在軟件中執(zhí)行有源干涉信號分析的技術(shù)。依靠技術(shù)的實施， 通過采用相長(constructive)或相消(destructive)干涉分析(或相長和相消干涉分析的組合)，該技術(shù)提供了兩種檢測和定量分析，這些分析利用回蕩收斂(reverberant convergence)來檢測諧振事件。該技術(shù)可實現(xiàn)波粒相互作用(wave-particleinteractions)和波波相互作用(wave-wave interactions)的軟件模擬，可工作于頻域或相位域。該技術(shù)可用于分析靜態(tài)空間系統(tǒng)、來自陣列測量平臺的靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)系統(tǒng)、時空系統(tǒng)或等離子系統(tǒng)。
簡而言之，該技術(shù)采用表達子函數(shù)，表達子函數(shù)被設(shè)計來拒絕來自被分析的陣列數(shù)據(jù)內(nèi)的可能的關(guān)注事件的任何的干涉噪聲或背景雜波。更特殊的是，表達子函數(shù)的設(shè)計是為提取可能的關(guān)注事件的譜不變量，關(guān)注事件與用來檢測陣列數(shù)據(jù)的陣列設(shè)備有關(guān)。本發(fā)明的各種方案均致力于表達子函數(shù)的產(chǎn)生。典型地，表達子函數(shù)被設(shè)計為包括一定形式的非高斯噪聲，例如量子噪聲、偽隨機噪聲、多環(huán)穩(wěn)定(polycyclostationary)噪聲、環(huán)穩(wěn)定(cyclostationary)噪聲、穩(wěn)定噪聲、非穩(wěn)定噪聲或系統(tǒng)偏置。優(yōu)選地，在對陣列數(shù)據(jù)應(yīng)用表達子函數(shù)之前，陣列要被預(yù)處理，以把陣列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到一個譜域，其中譜諧波用參數(shù)表示關(guān)注事件到一個預(yù)處理動態(tài)系統(tǒng)。預(yù)處理可通過應(yīng)用一個預(yù)處理函數(shù)來執(zhí)行，預(yù)處理函數(shù)包括，例如I-D傅立葉函數(shù)、2-D傅立葉函數(shù)、N-D傅立葉函數(shù)、時分復(fù)用(TDM)函數(shù)、波分復(fù)用(WDM)函數(shù)、頻分復(fù)用(FDM)函數(shù)、徑向基函數(shù)、小波核函數(shù)、分形(fractal)函數(shù)或孤立子函數(shù)。陣列數(shù)據(jù)自身可以是空間I-D陣列、空間2-D陣列、空間點發(fā)射器陣列、時間點發(fā)射器陣列、時空點發(fā)射器陣列、譜點發(fā)射器陣列或由組合的空間分離點發(fā)射器構(gòu)成的虛擬陣列的形式。
根據(jù)一個示例性的方法，提供一項技術(shù)以用于有源地分析代表陣列數(shù)據(jù)的一個信號模式，以識別其中的關(guān)注事件。代表陣列數(shù)據(jù)的一個信號模式被輸入，基于合成噪聲與信號模式之間的干涉而產(chǎn)生諧振模式。下一步，與關(guān)注事件有關(guān)的諧振模式內(nèi)的諧振被檢測。 優(yōu)選地，在對信號模式施加合成噪聲的步驟之前預(yù)處理該信號模式。
在第一個示例性的系統(tǒng)實施例中，也就是這里被稱為“開環(huán)干涉系統(tǒng)”中，系統(tǒng)被提供以用于分析陣列平臺設(shè)備產(chǎn)生的一個陣列信號模式，以識別信號模式內(nèi)的關(guān)注事件。 該系統(tǒng)包括一個表達子函數(shù)輸入單元，該單元用于輸入先前產(chǎn)生的表達子函數(shù)，函數(shù)能夠提取與被使用的特定陣列平臺設(shè)備有關(guān)的關(guān)注事件的空間、時空或譜不變量。系統(tǒng)還包括一個預(yù)處理單元，用于對陣列信號模式進行預(yù)處理。一個有源干涉耦合器用于對預(yù)處理陣列信號模式和表達子函數(shù)進行卷積(convolve)，以干涉地增強與關(guān)注事件有關(guān)的預(yù)處理模式的部分，關(guān)注事件如果存在，則存在于預(yù)處理后的模式內(nèi)。系統(tǒng)還包括一個諧振標(biāo)識檢測器，其用于識別卷積后的信號模式內(nèi)的關(guān)注事件的發(fā)生。
在第二個示例性的系統(tǒng)實施例中，這里也被稱為“目標(biāo)導(dǎo)向的干涉系統(tǒng)”中，用于分析陣列信號模式的該系統(tǒng)包括一個用于輸入先前產(chǎn)生的表達子函數(shù)的一個表達子函數(shù)輸入單元，和用于預(yù)處理陣列信號模式的一個自適應(yīng)干涉耦合器，以把陣列信號模式轉(zhuǎn)換到一個譜域，同時將信號模式和表達子函數(shù)進行卷積，為的是干涉地增強信號模式的部分以識別關(guān)注事件，關(guān)注事件如果存在，則存在于信號模式內(nèi)。
在第三個示例性的系統(tǒng)實施例中，這里也被稱為“自組織的干涉系統(tǒng)”中，該系統(tǒng)包括用于預(yù)處理陣列信號模式的一個預(yù)處理器，和一個表達子函數(shù)自適應(yīng)單元，該單元基于輸入的規(guī)范的表達子函數(shù)(即與被使用的特定平臺無關(guān)的通用表達子函數(shù))和基于一個預(yù)處理的信號模式產(chǎn)生預(yù)處理的表達子函數(shù)，同時干涉地增強所述預(yù)處理后的信號模式的部分以識別關(guān)注事件，該關(guān)注事件如果存在，則存在于信號模式內(nèi)。
在第四個示例性的系統(tǒng)實施例中，這里也被稱為“迭代的干涉系統(tǒng)”中，該系統(tǒng)包括一個用于輸入為被使用的平臺得到的先前產(chǎn)生的表達子函數(shù)的一個表達子函數(shù)輸入單元，用于預(yù)處理陣列信號模式的一個預(yù)處理器和一個迭代卷積耦合器。該系統(tǒng)還包括控制耦合器的一個自適應(yīng)控制器單元，以迭代地和有選擇地將表達子函數(shù)卷積到一個預(yù)處理后的信號模式，直到獲得預(yù)定的收斂度，以識別增強的信號模式內(nèi)的關(guān)注事件。
本發(fā)明提出了在軟件中執(zhí)行有源信號分析的各種技術(shù)，提供了方法、系統(tǒng)和計算機產(chǎn)品的實施例。


根據(jù)下文中的詳細描述，當(dāng)參考附圖時，本發(fā)明的特點、目的和優(yōu)點將變得更加明顯，其中類似的參考符號在全部附圖中表示相應(yīng)的標(biāo)識，其中 圖1是一個方塊圖，提供了本發(fā)明第一個示例性實施例(開環(huán)干涉系統(tǒng))的系統(tǒng)部件的概述，該實施例提供了單獨的表達子函數(shù)產(chǎn)生單元、預(yù)處理器、有源干涉耦合器和諧振標(biāo)識檢測器部件； 圖2是一個流程圖，提供了用于本發(fā)明第一個示例性實施例的方法步驟的概述； 圖3是一個方塊圖，提供了本發(fā)明第二個示例性實施例(目標(biāo)導(dǎo)向的干涉系統(tǒng)) 的系統(tǒng)部件的概述，該實施例提供了一個自適應(yīng)干涉耦合器； 圖4是一個流程圖，提供了用于本發(fā)明第二個示例性實施例的方法步驟的概述； 圖5是一個方塊圖，提供了本發(fā)明第三個示例性實施例(自組織的干涉系統(tǒng))的系統(tǒng)部件的概述，該實施例提供了一個表達子函數(shù)自適應(yīng)單元； 圖6是一個流程圖，提供了用于本發(fā)明第三個示例性實施例的方法步驟的概述； 圖7是一個方塊圖，提供了本發(fā)明第四個示例性實施例(迭代的干涉系統(tǒng))的系統(tǒng)部件的概述，該實施例提供了用于迭代地控制一個單獨的迭代干涉系統(tǒng)的一個自適應(yīng)控制器； 圖8是一個流程圖，提供了用于本發(fā)明第四個示例性實施例的方法步驟的概述； 圖9說明了可被本發(fā)明的任何實施例處理的陣列數(shù)據(jù)信號模式的組合；和 圖10說明了預(yù)處理函數(shù)與表達子函數(shù)的組合，其可與本發(fā)明的任何實施例結(jié)合使用； 圖11說明了可采用本發(fā)明的一個示例性的平臺陣列檢測器和有源干涉分析系統(tǒng)； 圖12說明了可與本發(fā)明的任何實施例結(jié)合使用的各種平臺陣列檢測器； 圖13說明了用于產(chǎn)生陣列數(shù)據(jù)的一個示例性陣列平臺的結(jié)構(gòu)，該陣列數(shù)據(jù)可用于本發(fā)明的任何實施例；和 圖14是一個流程圖，概括了至少根據(jù)其中一個示例性實施例的本發(fā)明的總體方法。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖，對本發(fā)明的示例性實施例進行描述。
A.開環(huán)干涉系統(tǒng) 1.概述 圖1在一個較高層面上描述了用于本發(fā)明的第一個示例性實施例的示意性系統(tǒng)部件。左邊示出了僅在設(shè)計階段使用的部件；右邊示出了在一個輸入信號的實際分析過程中使用的部件。簡而言之，在設(shè)計階段期間，表達子函數(shù)發(fā)生單元100基于平臺陣列檢測器 102的特定特征，并基于從平臺陣列102中獲得的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一個或多個設(shè)計者表達子 (designer expressor)函數(shù)，平臺陣列檢測器102用于檢測要被處理的信號模式。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)是基于已知的關(guān)注事件而被產(chǎn)生。就是說，包含已知關(guān)注事件的輸入信號或物理樣本被應(yīng)用于檢測器以產(chǎn)生校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在一個示例中，平臺陣列檢測器是一個基因組(genomic) 生物芯片/微陣列，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)是從包含已知基因表達式的生物樣本中得到。由表達子函數(shù)發(fā)生單元輸入的平臺陣列檢測器的特征包括陣列的布局，和其相干噪聲或背景信號特征。 一旦基于校準(zhǔn)數(shù)據(jù)為特定平臺陣列檢測器產(chǎn)生了表達子函數(shù)，設(shè)計階段就被完成，然后，表達子函數(shù)發(fā)生單元就不再需要，除非采用了一個替換的平臺陣列檢測器。
在系統(tǒng)的實際運行階段期間使用的部件包括，產(chǎn)生檢測信號模式的上述平臺陣列檢測器102，和預(yù)處理檢測信號模式的預(yù)處理器單元104，以把信號模式轉(zhuǎn)變到一個譜域 (信號模式轉(zhuǎn)變到一個譜域的技術(shù)的一個示例，請參考2003年5月5日申請的美國專利申
10/430664,and System for Characterizing MicroarrayOutput Data”，此處通過引用將其全部并入)，其中譜諧波用參數(shù)表示關(guān)注事件到一個預(yù)定動態(tài)系統(tǒng)(為此，可應(yīng)用的特征被輸入到該預(yù)處理器單元)。運行階段部件還包括一個有源干涉耦合器106，其對預(yù)處理后的信號模式和先前產(chǎn)生的表達子函數(shù)進行卷積。執(zhí)行卷積是為了干涉地增強與關(guān)注事件有關(guān)的預(yù)處理后的信號模式的部分，關(guān)注事件如果存在，則存在于預(yù)處理后的信號模式內(nèi)。卷積是通過回蕩收斂來執(zhí)行的，以模擬有源干涉的增強，這將在下文詳述。最后，該系統(tǒng)還包括一個諧振標(biāo)識檢測器108，其對卷積后的信號模式進行處理以識別特定的關(guān)注事件，關(guān)注事件如果存在，則出現(xiàn)在卷積后的信號模式中。
除了平臺陣列檢測器之外，其是物理硬件部件，圖1中所有其它的部件可在軟件、 硬件、固件或其某種組合中實現(xiàn)。特別地，每個部件可以是用于執(zhí)行所述功能的計算機產(chǎn)品。在一個示例中，每個部件是在單個通用可編程計算機內(nèi)運行的一個軟件模塊。在其它情況下，軟件模塊是利用單獨的微處理器或特定用途集成芯片(ASIC)而實現(xiàn)。還有一些示例是，一些部件被移植到軟件中，而其它部件完全用硬件實現(xiàn)。能夠理解的是，大范圍的可能的實施方式與本發(fā)明是一致的，這里不試圖描述所有可能的配置。
現(xiàn)在參考圖2簡要地概述圖1中與開環(huán)干涉系統(tǒng)有關(guān)的方法步驟。盡管這些步驟是由圖1中的系統(tǒng)有利地執(zhí)行，但這些步驟可被任何其它適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)來執(zhí)行。相反地，圖1 中的系統(tǒng)或其部分可被用來執(zhí)行不同于圖2所示的方法。在本發(fā)明申請中的各種其它附圖中也是這樣。任何情況下，在步驟110中，從一個從特定平臺陣列檢測器中獲得的信號模式被輸入，在步驟112中，被設(shè)計用來為關(guān)注事件提取譜不變量的表達子函數(shù)被輸入，關(guān)注事件是由特定平臺陣列可檢測的。然后，在步驟114中，輸入的信號模式被預(yù)處理以把信號模式轉(zhuǎn)換到譜域，其中譜諧波用參數(shù)表示關(guān)注事件到上述的預(yù)處理動態(tài)系統(tǒng)中。在步驟116 中，然后利用回蕩收斂對預(yù)處理后的信號模式和表達子函數(shù)進行卷積，以模擬與關(guān)注事件有關(guān)的信號模式的有源干涉增強的部分，因而產(chǎn)生一個卷積后的信號模式(本文也將其稱為一個增強的信號模式)。最后在步驟118中，對卷積后的信號模式進行檢測以識別其中的關(guān)注事件。
應(yīng)指出的是，在步驟112中，不需要輸入一系列的特定關(guān)注事件。相反，該技術(shù)用于只基于輸入模式和先前產(chǎn)生的表達子函數(shù)來檢測輸入模式中存在的可能的關(guān)注事件。因此，圖2中的技術(shù)不僅僅是用于尋求確定特定的預(yù)處理的關(guān)注事件是否出現(xiàn)在輸入的信號模式中的一個診斷技術(shù)。這根據(jù)下文詳述的示例將更容易理解。
2.示例件實施例 現(xiàn)在詳細地解釋圖1中各種部件或在圖2中各種方法步驟的過程中所執(zhí)行的的數(shù)學(xué)方程。在這個示例中，采用了量子表達子函數(shù)。但是如下所述，在依賴于諸如信號與背景強度、被分析的關(guān)注事件的提取核心長度(extraction core length)、平臺相干性和期望敏感度等因子按需要修改方程的情況下，其它表達子函數(shù)可替換地使用。
示例性方程是與條件特別有關(guān)的，其中背景是信號強度的10到1000倍。
最初，在設(shè)計階段，圖1中的表達子函數(shù)發(fā)生單元100輸入平臺陣列檢測器特征， 數(shù)學(xué)上表示為 Ψ [Ω (N, Μ, Τ, A)] 其中Ω (N, Μ, Τ, Λ)表示對應(yīng)于一個或多個關(guān)注事件的一個預(yù)處理提取核心。符號N(0:n)，M(0:m)，T(l:k), Λ (0:ρ)分別表示圖11中描述的物理的或虛擬的陣列平臺的空間、時間和譜維度。預(yù)處理對應(yīng)于關(guān)注事件的提取核心的詳細內(nèi)容在2003年5月5日申 i青的、11 “Method and System for Characterizing Microarray Output Data" ^^H 專利申請序列號10/430664中給出。
表達子函數(shù)發(fā)生單元也輸入校準(zhǔn)數(shù)據(jù)(j標(biāo)本)，數(shù)學(xué)上表示為
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，其用于執(zhí)行有源干涉分析 用于輸入表示關(guān)注信號的信號模式的裝置；利用增加非高斯噪聲或遍歷噪聲驅(qū)動的回蕩收斂來產(chǎn)生關(guān)注信號的諧振模式的裝置；和檢測與關(guān)注事件有關(guān)的緊急諧振模式的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述用于產(chǎn)生諧振模式的裝置采用量子干涉分析。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述信號模式源于一個或多個靜態(tài)空間系統(tǒng)、一個來自陣列測量平臺的靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)系統(tǒng)、時空系統(tǒng)和等離子系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述有源干涉分析采用諧振干涉信號分析，其利用了譜信號脈沖的數(shù)字表示。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述有源干涉信號分析采用相干振蕩。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述有源干涉分析采用時域或頻域卷積操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述有源干涉分析采用表達子函數(shù)以通過一種計算引起的干涉機制來識別所述信號模式中的關(guān)注事件是否存在。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述有源干涉信號分析采用同步振蕩。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述有源干涉信號分析采用異步振蕩。
10.一種用于分析陣列信號模式以識別所述信號模式內(nèi)的關(guān)注事件的系統(tǒng)，所述陣列信號模式由一個陣列平臺設(shè)備產(chǎn)生，所述系統(tǒng)包括一個用于輸入表達子函數(shù)的表達子函數(shù)輸入單元；一個預(yù)處理器單元，其用于對所述陣列信號模式進行預(yù)處理，以把所述陣列信號模式轉(zhuǎn)換到譜域，其中一個或多個譜諧波頻率的組合用參數(shù)表示關(guān)注事件到一個預(yù)定的動態(tài)系統(tǒng)；一個耦合器單元，其用于對所述預(yù)處理后的信號模式和所述表達子函數(shù)進行卷積，以干涉地增強與關(guān)注事件有關(guān)的所述預(yù)處理后的信號模式的部分，該關(guān)注事件如果存在，則存在于所述預(yù)處理后的信號模式內(nèi)；和一個諧振標(biāo)識檢測器，其用于識別增強的信號模式內(nèi)的關(guān)注事件的發(fā)生。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述信號模式來源于被圖像化和像素化的數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述表達子函數(shù)被設(shè)計以便能夠提取與陣列設(shè)備或檢測器陣列有關(guān)的關(guān)注事件的一個或多個空間、時空或譜不變量。
13.一種用于分析陣列信號模式以識別所述信號模式內(nèi)的關(guān)注事件的方法，所述陣列信號模式由一個陣列設(shè)備產(chǎn)生，所述方法包括以下步驟輸入表達子函數(shù)，該表達子函數(shù)能夠提取與所述陣列設(shè)備有關(guān)的關(guān)注事件的譜不變量；對所述陣列信號模式進行預(yù)處理，以把所述陣列信號模式轉(zhuǎn)換到譜域； 對所述預(yù)處理后的信號模式和所述表達子函數(shù)進行卷積，以干涉地增強與關(guān)注事件有關(guān)的所述預(yù)處理后的信號模式的部分，該關(guān)注事件如果存在，則存在于所述預(yù)處理后的信號模式內(nèi)，其中對所述預(yù)處理后的信號模式和所述表達子函數(shù)進行卷積的步驟包括在所述預(yù)處理后的信號模式和所述表達子函數(shù)之間執(zhí)行回蕩收斂的步驟，以獲得諧振狀態(tài)，所述回蕩收斂由非高斯噪聲或遍歷噪聲驅(qū)動；和識別所述增強的信號模式內(nèi)的關(guān)注事件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述執(zhí)行回蕩收斂的步驟是利用一個開環(huán)控制程序來執(zhí)行的，該開環(huán)控制程序終止于一個預(yù)定條件的檢測。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述預(yù)定條件是對應(yīng)于一個關(guān)注事件的一個諧振標(biāo)識。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述對所述預(yù)處理后的信號模式和所述表達子函數(shù)進行卷積的步驟包括在所述預(yù)處理后的信號模式與所述表達子函數(shù)之間的相消干涉的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述對所述預(yù)處理后的信號模式和所述表達子函數(shù)進行卷積的步驟包括在所述預(yù)處理后的信號模式與所述表達子函數(shù)之間的相長干涉的步驟。
18.一種用于分析陣列信號模式以識別所述信號模式內(nèi)的關(guān)注事件的方法，所述陣列信號模式由一個陣列設(shè)備產(chǎn)生，所述方法包括以下步驟對所述陣列信號模式進行預(yù)處理，以把所述陣列信號模式轉(zhuǎn)換到譜域，其中一個或多個譜諧波用參數(shù)表示關(guān)注事件到一個預(yù)定的動態(tài)系統(tǒng)；和基于規(guī)范表達子函數(shù)和基于所述預(yù)處理后的信號模式產(chǎn)生預(yù)處理后的表達子函數(shù)，同時提取與所述陣列設(shè)備有關(guān)的關(guān)注事件的譜不變量，并干涉地增強所述預(yù)處理后的信號模式的部分以識別關(guān)注事件，該關(guān)注事件如果存在， 則在所述信號模式內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述產(chǎn)生預(yù)處理后的表達子函數(shù)的步驟被執(zhí)行，以在所述預(yù)處理后的信號模式和所述表達子函數(shù)之間隱性地實現(xiàn)回蕩收斂，以通過利用非高斯噪聲或遍歷噪聲獲得一個諧振狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述產(chǎn)生預(yù)處理后的表達子函數(shù)的步驟利用一個閉環(huán)程序來執(zhí)行。
21.一種用于分析陣列信號模式以識別所述信號模式內(nèi)的關(guān)注事件的系統(tǒng)，所述陣列信號模式由一個陣列平臺設(shè)備產(chǎn)生，所述系統(tǒng)包括一個表達子函數(shù)輸入單元，其用于輸入表達子函數(shù)，該表達子函數(shù)能夠提取與所述陣列設(shè)備有關(guān)的關(guān)注事件的譜不變量；一個預(yù)處理器，其用于對所述陣列信號模式進行預(yù)處理，以把所述陣列信號模式轉(zhuǎn)換到譜域，其中譜諧波用參數(shù)表示關(guān)注事件到一個預(yù)定的動態(tài)系統(tǒng)；一個迭代干涉耦合器，其用于對所述預(yù)處理后的信號模式和所述表達子函數(shù)進行卷積，以干涉地增強與關(guān)注事件有關(guān)的所述預(yù)處理后的信號模式的部分，該關(guān)注事件如果存在，則存在于所述預(yù)處理后的信號模式內(nèi)；和一個自適應(yīng)控制器，其用于控制所述耦合器以迭代地和有選擇地將表達子函數(shù)卷積到所述預(yù)處理后的信號模式，直到獲得由非高斯噪聲或遍歷噪聲驅(qū)動的預(yù)定的回蕩收斂度， 以識別所述增強的信號模式內(nèi)的關(guān)注事件。
22.一種用于分析陣列信號模式以識別所述信號模式內(nèi)的關(guān)注事件的方法，所述陣列信號模式由一個陣列平臺設(shè)備產(chǎn)生，所述方法包括以下步驟輸入表達子函數(shù)，該表達子函數(shù)能夠提取與所述陣列設(shè)備有關(guān)的關(guān)注事件的譜不變量；對所述陣列信號模式進行預(yù)處理，以把所述陣列信號模式轉(zhuǎn)換到譜域；和利用非高斯噪聲或遍歷噪聲迭代地和有選擇地對所述預(yù)處理后的信號模式和所述表達子函數(shù)進行卷積，以干涉地增強與關(guān)注事件有關(guān)的所述預(yù)處理后的信號模式的部分，該關(guān)注事件如果存在，則存在于所述預(yù)處理后的信號模式內(nèi)，直到獲得預(yù)定的收斂度以識別所述增強的信號模式內(nèi)的關(guān)注事件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述的迭代地和有選擇地對所述預(yù)處理后的信號模式和所述表達子函數(shù)進行卷積的步驟通過以下方式執(zhí)行利用回蕩收斂重復(fù)地將單個的固定表達子函數(shù)卷積到所述預(yù)處理后的信號模式，直到獲得預(yù)定的收斂度。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述的迭代地和有選擇地對所述預(yù)處理后的信號模式和所述表達子函數(shù)進行卷積的步驟通過以下方式執(zhí)行利用回蕩收斂有選擇地將一組不同的固定表達子函數(shù)卷積到所述預(yù)處理后的信號模式，直到獲得預(yù)定的收斂度。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述的迭代地和有選擇地對所述預(yù)處理后的信號模式和所述表達子函數(shù)進行卷積的步驟通過以下方式執(zhí)行利用回蕩收斂有選擇地對一個動態(tài)表達子函數(shù)進行修改然后卷積到所述預(yù)處理后的信號模式，直到獲得預(yù)定的收斂度。ο
26.一種有源的目標(biāo)導(dǎo)向干涉系統(tǒng)，其被配置為分析表示陣列數(shù)據(jù)的譜轉(zhuǎn)換后的信號模式以識別其內(nèi)的關(guān)注事件，所述系統(tǒng)包括用于設(shè)計專用的譜得出的表達子函數(shù)的裝置；用于將表示所述陣列數(shù)據(jù)的譜轉(zhuǎn)換后的信號模式與譜得出的合成噪聲耦合的裝置，其中所述耦合包括與卷積迭代和全局迭代中的一個或兩者耦合，以基于所述合成噪聲和所述譜轉(zhuǎn)換后的信號模式之間的干涉產(chǎn)生諧振模式；和識別與關(guān)注事件有關(guān)的所述諧振模式內(nèi)的諧振以產(chǎn)生分析結(jié)果的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，其中所述合成噪聲的形式是下列形式中的一種或多種量子表達子函數(shù)、經(jīng)典表達子函數(shù)、經(jīng)典靜態(tài)噪聲、偽隨機噪聲或系統(tǒng)偏置。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，其中所述陣列數(shù)據(jù)的形式是下列形式中的一種或多種空間2-D陣列、空間I-D陣列、N-D陣列、時間點發(fā)射器陣列、時空點發(fā)射器陣列、譜點發(fā)射器陣列或通過組合空間分離點發(fā)射器構(gòu)成的虛擬陣列。
29.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，進一步包括在耦合步驟之前對所述信號模式進行預(yù)處理的裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的系統(tǒng)，其中所述的對所述信號模式進行預(yù)處理的裝置包括應(yīng)用一個或多個預(yù)處理函數(shù)，該預(yù)處理函數(shù)的形式是I-D傅立葉函數(shù)、2-D傅立葉函數(shù)、N-D 傅立葉函數(shù)、時分復(fù)用函數(shù)、波分復(fù)用函數(shù)、頻分復(fù)用函數(shù)、徑向基函數(shù)、小波核函數(shù)、分形函數(shù)或孤立子函數(shù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，其中所述陣列數(shù)據(jù)產(chǎn)生于一個設(shè)備，該設(shè)備從下列設(shè)備中選擇光學(xué)平臺、生物分子平臺、離子平臺、生物力學(xué)平臺、光電子平臺、射頻平臺、電子微設(shè)備。
32.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，其中所述陣列數(shù)據(jù)產(chǎn)生于一個設(shè)備，該設(shè)備從下列設(shè)備中選擇雜合斑點cDNA微陣列、合成低聚核苷酸陣列、斑點低聚核苷酸陣列、縮氨酸核苷化驗、單核苷多態(tài)性陣列、碳水化合物陣列、醣蛋白陣列、蛋白質(zhì)陣列、蛋白質(zhì)組陣列、組織陣列、抗體陣列、抗原陣列、生物鑒定、排序微陣列、雜合排序微陣列、siRNA雙鏈體、RNAi 陣列的基于玻璃的陣列、尼龍膜陣列、薄膜陣列、聚合物基底陣列、毛細管電泳陣列、基因譜陣列、電子陣列、珠子陣列、量子點陣列、多聚糖陣列、斑點井和斑點井板。
33.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，其中用于耦合的裝置是采用卷積迭代，所述卷積迭代包括所述譜轉(zhuǎn)換后的信號模式和所述合成噪聲之間的卷積迭代，用以通過擾動對應(yīng)于所述合成噪聲的表達子函數(shù)的個別分量來檢測和增強所述諧振模式。
34.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，其中耦合是采用所述全局迭代，所述全局迭代包括所述譜轉(zhuǎn)換后的信號模式和所述合成噪聲的之間的全局迭代，用以通過擾動對應(yīng)于所述合成噪聲的表達子函數(shù)的所有分量來檢測和增強所述諧振模式。
35.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述耦合包括所述卷積迭代和所述全局迭代兩種。
全文摘要
本發(fā)明提供了多種在軟件中執(zhí)行有源干涉信號分析的技術(shù)。這些技術(shù)采用表達子函數(shù)，這些表達子函數(shù)被設(shè)計用來提取與陣列平臺設(shè)備有關(guān)的關(guān)注事件的譜不變量，所述陣列平臺設(shè)備用于檢測要被分析的信號模式。本發(fā)明還提供了各種用于產(chǎn)生表達子函數(shù)的技術(shù)。這些技術(shù)通過采用相長或相消干涉分析提供了檢測和定量分析，這取決于具體實施方式
，所述相長或相消干涉分析利用回蕩收斂來檢測諧振事件。這些技術(shù)實現(xiàn)了波粒相互作用和波波相互作用的軟件模擬，并且能夠工作于頻域或相位域。可將這些技術(shù)用于分析靜態(tài)空間系統(tǒng)、來自陣列測量平臺的靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)系統(tǒng)、時空系統(tǒng)或等離子系統(tǒng)。
文檔編號G06F19/20GK102184321SQ201110103168
公開日2011年9月14日 申請日期2003年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月9日
發(fā)明者S·古拉蒂 申請人:威洛吉公司