對(duì)時(shí)間序列中事件的檢測(cè)和識(shí)別是科學(xué)和工程領(lǐng)域無(wú)數(shù)傳感器的基礎(chǔ)。這項(xiàng)任務(wù)通常需要在大量背景噪聲中處理低質(zhì)量的信號(hào)，因此很難依賴簡(jiǎn)單的閾值算法通過使用高于設(shè)定值的信號(hào)來(lái)檢測(cè)和分類事件。

這可以通過改進(jìn)傳感器本身來(lái)解決，但這種方案不利于最小化成本和簡(jiǎn)化系統(tǒng)。因此，有吸引力的替代方案是通過使用適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理技術(shù)來(lái)優(yōu)化分析，從可用的時(shí)域信號(hào)中提取更多的信息。

在捕捉時(shí)間相關(guān)信號(hào)的眾多傳感器中，光學(xué)傳感器特別具有代表性。它們的應(yīng)用已經(jīng)無(wú)處不在，并在分子診斷、細(xì)胞分析、健康監(jiān)測(cè)等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域扮演越來(lái)越重要的角色。

光學(xué)傳感器種類繁多，其中有些傳感器會(huì)通過檢測(cè)正在移動(dòng)或被掃描的單個(gè)目標(biāo)（例如細(xì)胞、生物分子或報(bào)告粒子）而生成一系列時(shí)間相關(guān)的單個(gè)事件。近來(lái)，這類應(yīng)用場(chǎng)景的重要性顯著提高，例如光學(xué)微流控（optofluidic）技術(shù)提高了生物傳感器檢測(cè)單分子生物標(biāo)記物的靈敏度，開啟了利用通用檢測(cè)設(shè)備對(duì)不同類型目標(biāo)進(jìn)行數(shù)字計(jì)數(shù)的時(shí)代。

由于無(wú)需擴(kuò)增便能夠檢測(cè)核酸和蛋白質(zhì)等單個(gè)生物標(biāo)記物，光學(xué)微流控波導(dǎo)器件近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注。

光學(xué)微流控單粒子檢測(cè)平臺(tái)

這些光學(xué)芯片實(shí)驗(yàn)室方法為即時(shí)診斷應(yīng)用開發(fā)緊湊型診斷測(cè)試器件打開了大門。隨著新冠疫情的大流行，這種需求日益迫切。即時(shí)診斷器械對(duì)生物傳感器也提出了更高的要求，希望它們更廉價(jià)、緊湊且堅(jiān)固。作為很好的用例，意味著需要優(yōu)化信號(hào)處理技術(shù)，來(lái)處理那些存在背景噪聲的低質(zhì)量數(shù)據(jù)。此外，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，也對(duì)信號(hào)處理算法提出了進(jìn)一步的要求。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，美國(guó)加州大學(xué)圣克魯茲分校（University of California，Santa Cruz）的Vahid Ganjalizadeh及其研究團(tuán)隊(duì)介紹了一種靈活的信號(hào)處理算法，用于單粒子信號(hào)的無(wú)監(jiān)督檢測(cè)和識(shí)別。該算法基于高度并行、多尺度連續(xù)小波變換（CWT）分析，可以應(yīng)對(duì)上述即時(shí)檢測(cè)傳感器的挑戰(zhàn)，尤其是速度、精度以及對(duì)低信號(hào)水平的靈敏度。該算法的高精度、線性復(fù)雜度和高速度非常適合實(shí)時(shí)事件檢測(cè)應(yīng)用。

研究人員展示了這種并行聚類小波分析（PCWA）算法對(duì)單點(diǎn)和多點(diǎn)激發(fā)信號(hào)的處理能力，并通過光學(xué)微流控波導(dǎo)芯片上的單個(gè)細(xì)菌DNA檢測(cè)進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)于單峰信號(hào)，與普通CWT方法相比，PCWA算法的速度提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這是首次實(shí)現(xiàn)這類傳感器的實(shí)時(shí)工作，這對(duì)于在現(xiàn)場(chǎng)的即時(shí)診斷應(yīng)用非常關(guān)鍵。

用于單峰分析的PCWA算法

該算法對(duì)其他類型的傳感器也展現(xiàn)了同樣強(qiáng)大的性能，例如單分子納米孔傳感器。對(duì)于多峰信號(hào)，引入了定制設(shè)計(jì)的小波，與之前用于周期信號(hào)的技術(shù)相比，其單分子檢測(cè)率提高了4倍以上，誤差降低了6倍。

多峰檢測(cè)方法

結(jié)語(yǔ)

美國(guó)加州大學(xué)研究人員提出的這種PCWA算法以高度并行的方式運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確、高效地檢測(cè)和實(shí)時(shí)事件識(shí)別。

未來(lái)，該技術(shù)可以進(jìn)一步動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，根據(jù)特定傳感器生成的模式調(diào)整多峰母小波的形狀，從而進(jìn)一步提高性能。這種靈活性將成為即時(shí)診斷器械的理想選擇，因?yàn)樗M(jìn)一步降低了為產(chǎn)生相同激發(fā)模式而提出的與制造工藝相關(guān)的公差和成本要求。此外，該算法還可以應(yīng)用于有監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)的自動(dòng)數(shù)據(jù)集收集和標(biāo)記應(yīng)用。

審核編輯 ：李倩