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帯観測モデルを用いた質量分析の性能向上と包括的タンパク質同定システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ1726
補助金の研究課題番号 21J23154 (2021-2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2021-2022)
応募区分国内
審査区分 小区分60030:統計科学関連
研究機関京都大学

研究代表者

上村 京也 (2021, 2023)  京都大学, 情報学研究科, 特別研究員(DC1)

特別研究員 上村 京也 (2022)  京都大学, 情報学研究科, 特別研究員(DC1)
研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードスパースモデリング / 帯観測 / マススペクトル / 質量分析 / 圧縮センシング / バイオインフォマティクス / 低分解能観測 / QMS
研究開始時の研究の概要

質量分析では一般的に,狭い測定窓を用いた測定範囲の走査によって測定感度を犠牲にして高解像度マススペクトルを得る.本研究では測定窓を広げて行う帯観測という観測手法を設計し,これとスパース推定手法を組み合わせることで測定感度と測定精度の両立を図る.また,こうした方法で得られる質の高いマススペクトルデータセットをもとに包括的なタンパク質同定システムを構築することを目的とする.

研究実績の概要

本研究では,幅広の測定窓を走査して測定信号を取得するプロセスを帯観測過程と定義し,これとスパース推定手法を組み合わせることで,計測対象(特にスパーススペクトル)を高精度・高感度で推定する技術についての検討を行ってきた.
本年度で実施した研究成果は以下の3点である.
まず「帯観測に基づくスパーススペクトル推定」に関する研究について,内容を論文にまとめ,IEEE Transactions on Signal Processingに投稿し,受理された.
また,この「帯観測に基づくスパーススペクトル推定技術」を実際のマススペクトル測定系に適用するために行っていた,ポアソン-アーランモデルに基づくマススペクトル推定の研究について,ポアソン-アーランモデルで仮定している観測信号の生成素過程と実際のマススペクトル測定信号の生成過程との間の乖離を新たに指摘し,これを改善するためにポアソン-アーランモデルを包含するより広いモデルクラスである複合ポアソン-ガンマモデル及びTweedieモデルを用いた観測信号モデリングを検討した.その上で,これらの確率モデルに基づくL1正則化付き最尤推定量を求めるためのアルゴリズムの導出を行い,これを実装した.現時点で,提案手法を用いることで対象としているマススペクトル装置(四重極質量分析計)の限界を超える質量分解能,特に2価以上のイオンの同位体ピークを識別可能な分解能,でのマススペクトルを得ることに成功している.
最後に帯観測モデルのタンデム質量分析(MS/MS)への適用について,昨年度検討していたSparse Group Lasso (SGL)を用いたMS/MSスペクトログラム推定のフレームワークに関する具体的な測定プロセスの定式化や最適化アルゴリズムの高速化を行なった.

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2024 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Sparse Modeling for Spectrometer Based on Band Measurement2024

    • 著者名/発表者名
      Uemura Kyoya、Obuchi Tomoyuki、Tanaka Toshiyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Signal Processing

      巻: 72 ページ: 1724-1738

    • DOI

      10.1109/tsp.2024.3381443

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 帯観測モデルに基づくスパーススペクトル推定2022

    • 著者名/発表者名
      上村京也,小渕智之,田中利幸
    • 学会等名
      IBIS2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 帯観測モデルに基づくスパーススペクトル推定2022

    • 著者名/発表者名
      上村京也,小渕智之,田中利幸
    • 学会等名
      第17回ICTイノベーション
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [産業財産権] スペクトル推定装置、スペクトル推定システム、コンピュータプログラム及びスペクトル推定方法2021

    • 発明者名
      上村京也,田中利幸,小渕智之
    • 権利者名
      上村京也,田中利幸,小渕智之
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-138179
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-12-25  

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