因子分析法在质谱成像数据分析中的应用.pdf

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1、第42卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第8期2014年8月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1099～110310．11895／j．issn．0253~820．140062因子分析法在质谱成像数据分析中的应用陈一唐飞李铁刚贺玖明再帕尔·阿不力孜刘力涛。王晓浩(清华大学精密仪器系，北京100086)(中国医学科学院药物研究所，北京100050)(中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室，北京10094)摘要对因子分析法在质谱成像数据分析中的应用进行了研究。本方法分析

2、的质谱成像数据来源于空气动力辅助离子源质谱成像技术，所用样品为含有3种不同颜料(红色、蓝色、黑色)的笔迹样品。对该样品的成像数据进行因子分析后，将成像数据分为了背景、黑色、蓝色和红色因子。分析结果显示，m／z443．2，478．4，322．2(344．2)分别在红色、蓝色、黑色因子中的贡献值远大于其它质荷比，因此是3种颜料的特征质荷比。此结果与实际情况相符，证明使用因子分析方法对质谱成像数据进行分析和特征提取是可行的。对因子分析与主成分分析的成像数据处理结果进行了比较，结果显示，因子分析可以更简单和定量地对特征

3、质荷比进行取舍，在生物标志物提取、疾病诊断、药理分析等方面有较大的应用潜力。关键词因子分析；质谱成像；空气动力辅助离子源；多元统计1引言近年来，质谱成像技术(Imagingmassspectrometry，IMS)作为质谱研究中的热点领域迅速发展，在了解组织病理特征、疾病诊断、药物疗效及发现生物标志物等临床应用中发挥越来越重要的作用¨。随着质谱成像技术的不断发展_6~8l，其质量分辨率和空间分辨率都不断提高，这导致原始成像的数据量变得非常庞大，通过人工筛选的方式对其进行处理已经越来越难。近年来，研究人员开始使用

4、多元统计的方法，对质谱成像数据进行降维和特征提取。多元统计是一类数学方法的统称，如何从中找出一个适合质谱成像数据分析应用的具体模型，成为质谱成像领域的研究内容之一_J。目前，常用的应用于质谱成像数据处理的多元统计方法包括主成分分析(Principalcomponentanaly—sis，PCA)¨J、聚类分析(Hierarchicalclusteranalysis，HCA)J，偏最小二乘判别分析(Partialleastsquarediscriminateanalysis，PLS—DA)18]等，这些方法成功地

5、对大量质谱数据进行了降维和特征提取，推进了质谱成像技术在各领域的应用。但是作为统计学的方法，这些常用方法所得到的结果数学意义偏多，往往较难对其给出符合实际意义的解释。另外，相比使用其它技术确立的生物标志物，这些方法提取的标志物(质荷比)通常较少，有可能遗漏掉有重要意义的特殊质荷比。本研究基于空气动力辅助离子源质谱成像技术(Airflow．assistedionizationimagingmassspectrome—try，AFAI．IMS)19]，对因子分析(Factoranalysis，FA)在质谱成像数据分

6、析中应用的方法进行了研究。选取一组混合笔迹样品进行了质谱成像分析，获得了原始质谱成像数据，使用因子分析法对该数据进行统计分析，将成像数据分为了背景、黑色、蓝色和红色因子。分析结果显示，m／z443．2，478．4，322．2(344．2)分别在红色、蓝色、黑色因子中的贡献值远大于其它质荷比，因此是3种颜料的特征质荷比。此结果与实际情况相符，证明使用因子分析方法对质谱成像数据进行分析和特征提取是可行的。本研究还对因子分析与主成分分析的成像数据处理结果进行了对比，结果表明，因子分析可以更简单和定量地对质荷比进行正确

7、和全面的取舍，判断和提取出多个质荷比作为目标样品成分的综合标志物。相比目前常用的多元统计方法，因子分析法可以有效地对特殊因子进行提取和反应，在生物标志物2014-01-21收稿；2014-04-21接受本文系国家重大科学仪器设备开发专项(Nos．2011YQ17OO67O2，2Ol1YQ14O15OlO)、国家自然科学基金(No．81102413)、深圳市科技研发资金基础研究计划(No．Jc201O05280634A)项目资助E-mail：tangf@mail．tsinghua．edu．cnl100分析化学第4

8、2卷提取、疾病诊断、药理分析等方面有较大的应用潜力。2实验部分2．1仪器与样品质谱成像数据来源于空气动力辅助离子源质谱成像技术。实验使用QTRAP5500质谱仪(美国AB公司)，其离子源使用空气动力辅助离子源(airflow—assistedionsource，AFAI)代替。使用的样品如图1A所示，3种颜色(红色、蓝色和黑色)的颜料在载玻片上书写了一些字符与线条。样品中，苏丹明B(m