CN115545082A

CN115545082A - 质谱图生成方法、装置、***及可读存储介质

Info

Publication number: CN115545082A
Application number: CN202211289808.7A
Authority: CN
Inventors: 梁欣
Original assignee: Guangdong Max Scientific Instrument Innovation Research Institute
Current assignee: Guangdong Max Scientific Instrument Innovation Research Institute
Priority date: 2022-10-20
Filing date: 2022-10-20
Publication date: 2022-12-30
Anticipated expiration: 2042-10-20
Also published as: CN115545082B

Abstract

本发明实施例公开了一种质谱图生成方法、装置、***及可读存储介质。应用于质谱采集板卡；该方法包括：当监听到上位机下发的触发信号时，对被测信号进行采集，得到原始数字序列；生成像素质荷比序列与像素时间点索引序列；根据像素时间点索引序列对原始数字序列进行峰值抽取，得到像素数字序列，并对像素数字序列作线性变换，生成浓度值序列；基于像素质荷比序列与浓度值序列，组合得到质谱图。通过上述方法，在采集过程时，不需要上位机再对大量原始数据进行处理和转换，其只需获取采集板卡处理好的质谱图显示和原始数字值存储至硬盘，提高了整体采集效率等。

Description

质谱图生成方法、装置、***及可读存储介质

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种质谱图生成方法、装置、***及可读存储介质。

背景技术

质谱仪是按照离子的质荷比(m/z)不同，分离不同分子量的分子，测定分子量并进行成分和结构分析的一种精密、高效的多功能分析仪器。目前质谱仪结构大多是在PC电脑外接ADC(模拟数字转换)采集板卡。以常见的飞行时间质谱为例，采集流程是：

(1)上位机软件通过驱动设置ADC采集板卡通道、采样率、记录点数、触发等参数，让ADC采集板卡开始采集；

(2)ADC采集板卡检测到触发信号时，将被测信号转换成ADC值缓存，当采集到指定记录点数通知上位机采集到数据；

(3)上位机软件读取ADC采集板卡采集到的ADC值序列，并对其进行处理，得到质谱图数据，最后显示到界面谱图控件上。

但是上述方法存在的问题是：当采集记录点数过多，如超过10M点，上位机作转换处理和显示耗时较长，造成质谱图显示滞后。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种质谱图生成方法、装置、***及可读存储介质，旨在解决当前当采集记录点数过多，上位机作转换处理和显示耗时较长，造成质谱图显示滞后的问题。

本发明提供如下技术方案：

第一方面，本公开实施例中提供了一种质谱图生成方法，应用于质谱采集板卡，所述方法包括:

当监听到上位机下发的触发信号时，对被测信号进行采集，得到原始数字序列；

生成像素质荷比序列与像素时间点索引序列；

根据所述像素时间点索引序列对所述原始数字序列进行峰值抽取，得到像素数字序列，并对所述像素数字序列作线性变换，生成浓度值序列；

基于所述像素质荷比序列与所述浓度值序列，组合得到质谱图。

进一步地，所述生成像素质荷比序列与像素时间点索引序列，包括：

根据预设的采样率和记录点数，计算出采样开始时间和结束时间各自对应的质荷比；

根据待生成的质谱图的像素点数量及所述开始时间和所述结束时间各自对应的质荷比，计算每个像素点所占的质荷比，进而生成像素质荷比序列；

根据所述每个像素点所占的质荷比，计算每个像素点需要抽样的时间点个数，进而生成像素时间点索引序列。

进一步地，所述根据所述每个像素点所占的质荷比，计算每个像素点需要抽样的时间点个数，进而生成像素时间点索引序列，包括：

计算每个采样点的相对时间，判断所述相对时间是否在所述像素质荷比序列的区间内；

记录所述相对时间处于所述像素质荷比序列的区间内的时间点个数，生成像素时间点索引序列。

进一步地，所述根据所述像素时间点索引序列对所述原始数字序列进行峰值抽取，得到像素数字序列，包括：

以所述像素时间点索引序列为依据，将所述原始数字序列分为预设数量个组；

抽取每一组所述原始数字序列中的最大值和最小值，并根据所述最大值和所述最小值的顺序关系，组合生成像素数字序列。

进一步地，所述基于所述像素质荷比序列与所述浓度值序列，组合得到质谱图，包括：

将所述像素质荷比序列作为所述质谱图中X轴的质荷比数据，以及将所述浓度值序列作为所述质谱图中Y轴的强度数据。

进一步地，所述质谱采集板卡连接一DDR内存，所述方法还包括：

将生成的所述原始数字序列存储至所述DDR内存中的先进先出单元中以及将生成的所述质谱图存储至所述DDR内存中的另一缓存单元中。

第二方面，本公开实施例提供了一种质谱图生成***，包括：上位机和采集板卡，所述上位机和所述采集板卡通过总线连接；

所述上位机用于发送触发信号；

所述采集板卡用于当监听到所述触发信号时，对被测信号进行采集，得到原始数字序列；生成像素质荷比序列与像素时间点索引序列；根据所述像素时间点索引序列对所述原始数字序列进行峰值抽取，得到像素数字序列，并对所述像素数字序列作线性变换，生成浓度值序列；基于所述像素质荷比序列与所述浓度值序列，组合得到质谱图；

所述上位机还用于读取所述采集板卡中的所述原始数字序列和所述质谱图。

第三方面，本公开实施例中提供了一种质谱图生成装置，应用于质谱采集板卡；所述装置包括：

信号采集模块，用于当监听到上位机下发的触发信号时，对被测信号进行采集，得到原始数字序列；

索引生成模块，用于生成像素质荷比序列与像素时间点索引序列；

序列抽取模块，用于根据所述像素时间点索引序列对所述原始数字序列进行峰值抽取，得到像素数字序列，并对所述像素数字序列作线性变换，生成浓度值序列；

谱图生成模块，用于基于所述像素质荷比序列与所述浓度值序列，组合得到质谱图。

第四方面，本公开实施例中提供了一种质谱采集板卡，所述质谱采集板卡包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面中任一项所述的方法的步骤。

第五方面，本公开实施例中提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面中任一项所述的方法的步骤。

本申请的实施例具有如下优点：

本申请实施例公开了一种质谱图生成方法、装置、***及可读存储介质。应用于质谱采集板卡；方法包括：当监听到上位机下发的触发信号时，对被测信号进行采集，得到原始数字序列；生成像素质荷比序列与像素时间点索引序列；根据像素时间点索引序列对原始数字序列进行峰值抽取，得到像素数字序列，并对像素数字序列作线性变换，生成浓度值序列；基于像素质荷比序列与浓度值序列，组合得到质谱图。通过上述方法，在采集过程时，不需要由上位机再对大量原始数据进行处理和转换，其只需获取基于FPGA开发的采集板卡处理好的质谱图显示和原始数字序列即可，降低了上位机进行质谱图显示、存储处理对信号采集的影响。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本申请实施例提供的质谱图生成方法的***结构图；

图2示出了本申请实施例提供的质谱图生成方法的第一流程图；

图3示出了本申请实施例提供的质谱图生成方法的第二流程图；

图4示出了本申请实施例提供的质谱图生成方法的第三流程图；

图5示出了本申请实施例提供的质谱图生成装置的一种结构示意图；

图6示出了本申请实施例提供的上位机交互的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

如图1所示，为本申请实施例中的质谱图生成方法的***架构图。示范性地，该***包括上位机和采集板卡，其中，上位机和采集板卡通过总线连接，如PCIE总线等。本实施例中，上位机运行有软件程序，用于与采集板卡交互，从而显示质谱图等。如图1所示，采集板卡则主要由FPGA处理模块和DDR存储模块组成，其中，FPGA处理模块包括：配置寄存器、数字(ADC)采集模块、触发模块、处理模块、内部存储模块；DDR存储模块包括可以进一步划分有先进先出(FIFO)单元和实时谱图区域，以分别用于存储待采集到的原始数字序列以及质谱图数据等。

基于上述***结构，下面对质谱图生成方法进行详细说明。

如图2所示，为本申请实施例中的质谱图生成方法的第一流程图，本申请实施例提供的方法包括以下步骤：

步骤S110，当监听到上位机下发的触发信号时，对被测信号进行采集，得到原始数字序列。

通常地，在开始采集之前，上位机会下发一些配置参数到采集板卡，其中，可包括但不限包括通道量程、偏移、触发电平、采样率、记录长度、谱图参数(如谱图控件X坐标轴像素点个数等)、以及校正参数等，然后使能采集板卡。于是，采集板卡开始实时监听上位机下发的触发信号，通常地，触发信号可以使用电平触发，例如，当检测到触发信号达到预设电平时，则确定满足触发条件，因此采集板卡开始对被测信号进行采集并缓存。在采集过程中，对被测信号进行ADC转换，即将模拟信号转换成数字信号，得到一系列数字化采样点，从而构成一个原始数字序列(记为ADC序列)，其中，原始数字序列的大小为记录的被测信号的点数，即等于采样点的数量。

值得注意的是，考虑到采集板卡的存储空间有限，可以设置一个DDR存储模块，具体地，该DDR存储模块与采集板卡连接，用于存储采集板卡获取到的数据。一种实施方式中，可在DDR存储模块中划分出至少两个区域，一个区域用于存储生成的原始数字序列；另一个区域用于存储待生成的质谱图数据等。例如，在一种可选地实施方式中，上述质谱图生成方法还包括：将生成的原始数字序列存储至DDR存储模块中的先进先出(FIFO)单元中。

步骤S120，生成像素质荷比序列与像素时间点索引序列。

为了实现在采集板卡中进行质谱图数据的生成，还需要获得用于生成质谱图所需的一些像素点相关序列，其中包括像素质荷比序列与像素时间点索引序列。本实施例中，可根据预设的参数对采样点与像素点进行预处理，抽样转换生成像素质荷比序列与像素时间点索引序列。

在一种实施方式中，如图3所示，步骤S120包括：

步骤S121，根据预设的采样率和记录点数，计算出采样开始时间和结束时间各自对应的质荷比；

步骤S122，根据待生成的质谱图的像素点数量及所述开始时间和所述结束时间各自对应的质荷比，计算每个像素点所占的质荷比，进而生成像素质荷比序列；

步骤S123，根据每个像素点所占的质荷比，计算每个像素点需要抽样的时间点个数，进而生成像素时间点索引序列。

首先，可根据上位机预先配置的采样率和记录的采样点数量，可以计算第一个采样点的开始时间t_s和最后一个采样点的结束时间t_e，并计算出该开始时间对应的质荷比mz_s和该结束时间对应的质荷比mz_e。例如，当前的采样率为1GS/s，即每两个采样点的间隔时间为1ns，记录的采样点的点数为1M，第一个采样点的开始时间t_s＝1ns，最后一个采样点的结束时间t_e＝1ms，根据预设的校正参数公式，对开始时间t_s和结束时间t_e作变换运算，即可以计算出各自的质荷比。例如，该校正参数公式可为y＝0.0225x+2500，将两个时间分别代入校正参数公式中，可以得到开始时间对应的质荷比mz_s＝2500.0225Th，以及结束时间对应的质荷比mz_e＝25000Th。可以理解的是，具体的校正参数公式可根据实际情况设定，这里仅为一种示例，本申请实施例在此不作限定。

然后，采集板卡从其内部的配置寄存器中获取到谱图参数，其中包括待生成的质谱图X坐标轴的像素点数量等，然后根据该质谱图的像素点数量(记为XPx)、及上述开始时间和结束时间各自对应的质荷比，计算出每个像素点所占的质荷比mz_px，由此得到一个像素质荷比序列[mz_px]。在一种实施方式中，质荷比的计算公式为mz_px＝(mz_e-mz_s)/XPx。其中，该像素质荷比序列[mz_px]的大小为XPx，即序列中的元素数量等于像素点数量，并且像素质荷比序列[mz_px]中，每两个质荷比的间隔为mz_px。例如，待生成的质谱图的像素点数量为1000个像素点，即XPx＝1000px，根据上述开始时间的质荷比mz_s和结束时间的质荷比mz_e，可以计算出mz_px＝22.5Th，故有像素质荷比序列[mz_px]为：[2500.0225，2500.0225+22.5，2500.0225+22.5*2，2500.0225+22.5*3，…，25000]。

在得到像素所占的质荷比后，可进一步计算每个像素点需要抽样的时间点个数，从而生成一个像素时间点序列[tPx]。具体地，采集板卡会遍历记录的采样点，然后计算每个采样点的相对时间，并判断该相对时间是否在像素质荷比序列[mz_px]的区间内，然后，将该相对时间处于像素质荷比序列[mz_px]的区间内的时间点个数进行记录，从而得到一个像素时间点索引序列[t_Px]，其中，该像素时间点索引序列[t_Px]的大小等于XPx，例如，记录的像素时间点索引序列[t_Px]为[1000,1000,…,1000]，则该像素时间点索引序列中的第一个元素[t_Px]₁即表示[2500.0225，2500.0225+22.5]对应了1000个时间点。

步骤S130，根据所述像素时间点索引序列对所述原始数字序列进行峰值抽取，得到像素数字序列，并对所述像素数字序列作线性变换，生成浓度值序列。

本实施例中，可以将原始数字序列分成若干组，然后根据对每一组进行最大值和最小值两点的抽取，并保持两点的先后顺序关系，可以得到一个像素数字序列[ADC_Px]。可以理解，该像素数字序列[ADC_Px]记录的是被测信号进行采样得到的被抽取出的采样点的数值，进而，对该像素数字序列作线性变换，生成浓度值序列[Intlensity]，便于后续质谱图的组成。

在一种实施方式中，如图4所示，步骤S130包括：

步骤S131，以像素时间点索引序列为依据，将原始数字序列分为预设数量个子序列。

步骤S132，抽取每个子序列中的最大值和最小值，并根据所述最大值和所述最小值的顺序关系，组合生成像素数字序列。

以像素时间点索引序列[t_Px]为依据，具体地，把原始数字序列[ADC]分为预设数量个子序列，例如，该预设数量可选取为等于像素点个数，即划分成XPx个子序列等。然后，分别比较出每一个子序列中的最大值和最小值作为抽取点，并按照两点的采集时间顺序进行存储，从而形成像素数字序列[ADC_Px]。例如，假设像素时间点索引序列中的第一元素[t_Px]₁为1000时，则划分成1000个子序列[ADC]₁～[ADC]₁₀₀₀，然后分别对每个子序列选取出最大值和最小值，存储至[ADC_Px]₁，以此类推，将抽取出的点的数值形成一个像素数字序列[ADC_Px]。可以理解，该像素数字序列[ADC_Px]的大小等于像素点的数量XPx。

步骤S140，基于所述像素质荷比序列与所述浓度值序列，组合得到质谱图。

本实施例中，将像素质荷比序列[mz_px]和浓度值序列[Intensity]组合得到质谱图。具体地，将像素质荷比序列[mz_px]作为质谱图中X轴的质荷比数据，而将浓度值序列[Intensity]即为质谱图中Y轴的强度数据。进一步可选地，采集板卡可以将生成的质谱图数据存储至与其连接的DDR内存中的另一缓存单元中，其中，该另一缓存单元可预先划分并定义为实时谱图区域等，这里不作限定。可以理解，每个像素点的质荷比与强度是一一对应的，因此，上位机在获取到质谱图数据后，即可以直接进行质谱图显示。

在一种可选地实施方式中，上述质谱图生成方法还包括：

在采集完成后，将记录的ID值实时发送到上位机，所述ID值用于指示上位机确定该ID值是否与预设的采集次数相等，并在相等时结束采集。

在采集被测信号时，每帧被测信号的波形对应一个记录ID值，记录ID1表示第1帧波形，ID2表示第2帧波形，以此类推。在采集完成后，采集板卡将记录的最新ID值发送至上位机，进而上位机确定该最新ID值是否与预设的采集次数相等，并在相等时结束采集，否则继续采集数据读取。通过设置记录ID序列来进行判断，可以做到采集流程跟上位机读取波形并行，减小采集死区。

本申请通过在采集板卡来实现被测信号的采样以及质谱图的生成，这样在采集过程时，上位机就不再需要对大量原始数据进行处理和转换，只需获取已经存储的质谱图数据和原始数字序列并进行相应显示，可以有效地解决质谱图显示滞后的问题。另外，采集板卡通过将生成的这些数据分别存储到DDR内存中，这样在采集结束后，也可以对存储的原始数字序列继续处理，而且尤其是在采集记录点数过多时，本方法可大大降低数据存储对采集的影响等。

实施例2

如图5所示，为本申请实施例中的一种质谱图生成装置200的结构示意图，其装置包括：

信号采集模块210，用于当监听到上位机下发的触发信号时，对被测信号进行采集，得到原始数字序列；

索引生成模块220，用于生成像素质荷比序列与像素时间点索引序列；

序列抽取模块230，用于根据所述像素时间点索引序列对所述原始数字序列进行峰值抽取，得到像素数字序列，并对所述像素数字序列作线性变换，生成浓度值序列；

谱图生成模块240，用于基于所述像素质荷比序列与所述浓度值序列，组合得到质谱图。

基于上述实施例的方法，本申请实施例还提出一种质谱图生成***，包括：上位机和采集板卡，示范性地，如图6所示，上位机进行如下交互：

S210，上位机下发配置参数到采集板卡，然后使能采集板卡。

其中，所述配置参数包括但不限包括通道量程、偏移、触发电平、采样率、记录长度、采集次数、谱图参数和校正参数等。

在配置完成后，上位机会下发触发信号，当采集板卡在监听到上位机下发的触发信号后，开始执行上述实施例中的方法，得到原始数字序列和质谱图数据。

S220，等待采集板卡返回的ID值。

S230，上位机判断所述ID值是否与下发的采集次数相等，并在相等时结束采集，否则继续采集流程；

S240，在结束采集后，上位机读取先进先出单元内存储的原始数字序列，并读取DDR存储模块中实时图谱区域内存储的质谱图，并显示到界面谱图控件。

本申请实施例提供的质谱图生成装置，在采集过程时，不需要上位机对大量原始数据进行实时处理和转换，只需获取采集板卡处理好的质谱图显示和原始数字值存储至硬盘，降低了显示、存储处理对采集的影响。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种质谱图生成方法，其特征在于，应用于质谱采集板卡；所述方法包括：

生成像素质荷比序列与像素时间点索引序列；

2.根据权利要求1所述的质谱图生成方法，其特征在于，所述生成像素质荷比序列与像素时间点索引序列，包括：

3.根据权利要求2所述的质谱图生成方法，其特征在于，所述根据所述每个像素点所占的质荷比，计算每个像素点需要抽样的时间点个数，进而生成像素时间点索引序列，包括：

4.根据权利要求1所述的质谱图生成方法，其特征在于，所述根据所述像素时间点索引序列对所述原始数字序列进行峰值抽取，得到像素数字序列，包括：

以所述像素时间点索引序列为依据，将所述原始数字序列分为预设数量个子序列；

抽取每个子序列中的最大值和最小值，并根据所述最大值和所述最小值的顺序关系，组合生成像素数字序列。

5.根据权利要求1所述的质谱图生成方法，其特征在于，所述基于所述像素质荷比序列与所述浓度值序列，组合得到质谱图，包括：

6.根据权利要求1至5中任一项所述的质谱图生成方法，其特征在于，所述质谱采集板卡连接一DDR内存，所述方法还包括：

7.一种质谱图生成***，其特征在于，包括：上位机和采集板卡，所述上位机和所述采集板卡通过总线连接；

所述上位机用于发送触发信号；

8.一种质谱图生成装置，其特征在于，应用于质谱采集板卡；所述装置包括：

9.一种质谱采集板卡，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7中任一项所述的质谱图生成方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的质谱图生成方法的步骤。