计算NIPT胎儿DNA片段大小分布与胎儿浓度(FF)

1. 基于BAM文件分析胎儿DNA片段大小分布并计算胎儿浓度(FF)

直接从BAM文件获取胎儿DNA片段分布特征,并快速估算胎儿浓度,精度较低(±2.0%),但无需先验信息。适用于低覆盖度WGS数据,可作为NIPT质控的重要指标。

2. 分析逻辑

从BAM文件中提取模板长度;

过滤有效reads并统计片段大小分布;

根据分布特征计算胎儿DNA浓度;

统计各长度区间的频率,并应用数学模型(线性回归)进行FF估算。

3. 关键参数

参数 范围 说明
分箱宽度 (bin size) 5 bp 平衡分辨率和统计稳定性
胎儿峰区间 150-170 bp 胎儿DNA富集区域
母体峰区间 290-310 bp 母体DNA典型区域
校准系数 1.8–2.2 根据实验数据调整以提高准确性
NIPT(Non-invasive Prenatal Test,即无创产前检测)是一种通过采集母体血液、检测胎儿的游离 DNA 片段、分析胎儿染色体是否存在异常的产前检测技术,目的是通过早期检测确定胎儿的健康状况。 根据临床经验,畸型胎儿主要有唐氏综合征、爱德华氏综合征和帕陶氏综合征,这三种体征分别由胎儿 21 号、18 号和 13 号“染色体游离 DNA 片段的比例”(简称“染色体浓度”)是否异常决定。NIPT 的 准确性主要由胎儿性染色体(男胎 XY,女胎 XX)浓度判断。通常孕妇的孕期在 10 周~25 周之间可以 检测胎儿性染色体浓度,且如果男胎的 Y 染色体浓度达到或高于 4%、女胎的 X 染色体浓度没有异常, 则可认为 NIPT 的结果是基本准确的,否则难以保证结果准确性要求。同时,实际中应尽早发现不健康 的胎儿,否则会带来治疗窗口期缩短的风险,早期发现(12 周以内)风险较低;中期发现(13-27 周) 风险高;晚期发现(28 周以后)风险极高。 实践表明,男胎 Y 染色体浓度孕妇孕周数及其身体质量指数(BMI)紧密相关。通常根据孕妇的 BMI 值进行分组(例如:[20,28),[28,32),[32,36),[36,40),40 以上)分别确定 NIPT 的时点(相对孕 期的时间点)。由于每个孕妇的年龄、BMI、孕情等存在个体差异,对所有孕妇采用简单的经验分组和 统一的检测时点进行 NIPT,会对其准确性产生较大影响。因此,依据 BMI 对孕妇进行合理分组,确定 各不同群组的最佳 NIPT 时点,可以减少某些孕妇因胎儿不健康而缩短治疗窗口期所带来的潜在风险。 为了研究各类孕妇群体合适的 NIPT 时点,并对检测的准确性进行分析,附件给出了某地区(大多 为高 BMI)孕妇的 NIPT 数据。在实际检测中,经常会出现测序失败(比如:检测时点过早和不确定因 素影响等)的情况。同时为了增加检测结果的可靠性,对某些孕妇有多次采血多次检测或一次采血多次 检测的情况。试利用附件提供的数据建立数学模型研究如下问题: 问题 2 临床证明,男胎孕妇的 BMI 是影响胎儿 Y 染色体浓度的最早达标时间(即浓度达到或超 过 4%的最早时间)的主要因素。试对男胎孕妇的 BMI 进行合理分组,给出每组的 BMI 区间和最佳 NIPT 时点,使得孕妇可能的潜在风险最小,并分析检测误差对结果的影响。
09-05
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