一種應(yīng)用于dna測序的圖像處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及DNA測序分析領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于DNA測序的圖像處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在DNA測序技術(shù)領(lǐng)域，整體操作流程描述如下：DNA樣品通過破碎后，應(yīng)用建庫試 劑進(jìn)行加接頭、單鏈捕獲、結(jié)合至微球、微乳液PCR擴(kuò)增、破乳液，獲得建立在微球上的DNA 文庫，應(yīng)用加樣板將文庫和測序反應(yīng)需要的酶等鋪放至具有微反應(yīng)池的測序芯片，測序芯 片和測序試劑安裝至主機(jī)上，通過控制計(jì)算機(jī)根據(jù)模塊數(shù)量和位置啟動測序程序，自動化 進(jìn)行測序反應(yīng)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)分析計(jì)算機(jī)，完成測序后應(yīng)用計(jì)算分析軟件進(jìn)行圖 像處理、序列讀出、質(zhì)量分析、序列拼接等工作，最終得到DNA樣本的序列信息。
[0003] 微反應(yīng)池測序芯片是測序反應(yīng)的載體，載有測序模板的DNA Beads及各種測序反 應(yīng)用酶均位于刻有微反應(yīng)池的測序芯片中。
[0004] 在對反應(yīng)芯片的圖像采集后，需要對單個圖像的信息進(jìn)行處理，尤其對圖像的信 息準(zhǔn)確性進(jìn)行判定，避免圖像的準(zhǔn)確性缺失造成堿基類型的判定失誤。
[0005] 鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時間的研究和實(shí)踐終于獲得了本創(chuàng)作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于DNA測序的圖像處理系統(tǒng)，用以克服上述技術(shù) 缺陷。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于DNA測序的圖像處理系統(tǒng)，包括設(shè)置有 反應(yīng)芯片的反應(yīng)倉組件、運(yùn)動平臺組件、運(yùn)動控制單元、設(shè)置在運(yùn)動平臺組件上并受運(yùn)動控 制單元控制的CCD相機(jī)、平臺支撐組件以及控制CCD相機(jī)獲取圖像并對圖像進(jìn)行冗余處理 的圖像處理及控制系統(tǒng)，其中，
[0008] 所述的反應(yīng)倉組件，在控制系統(tǒng)的作用下，反應(yīng)液進(jìn)入反應(yīng)芯片中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)， 產(chǎn)生可見光；所述的運(yùn)動平臺組件，其按照圖像處理及控制系統(tǒng)的控制指令將CCD相機(jī)進(jìn) 給到適當(dāng)?shù)呐恼瘴恢?，對反?yīng)芯片中產(chǎn)生的可見光信息進(jìn)行拍照采集；所述的平臺支撐組 件，其支撐所述的反應(yīng)倉組件、運(yùn)動平臺組件；
[0009] 所述的圖像處理及控制系統(tǒng)獲取圖譜信息，在對每個圖譜At的采樣時間間隔內(nèi) 分別獲取m個圖譜，m為偶數(shù)；對同一堿基的拍照圖譜進(jìn)行分組，然后通過冗余判定的方式 進(jìn)行判定，并與標(biāo)準(zhǔn)的堿基圖譜信息進(jìn)行比對，A，T，C，G四種堿基信息，確定圖譜信息中包 含的喊基類型；
[0010] 所述的圖像處理及控制系統(tǒng)包括分組單元、數(shù)據(jù)采集控制單元、比較模塊和邏輯 控制模塊，所述的分組單元按照二位矩陣將上述采集的圖譜或圖像信息進(jìn)行分組整理； [0011] 獲取m為12的連續(xù)圖譜信息，分別每兩個相鄰近的時間，作為一二維組灰度值的 兩個維度值，在本實(shí)施例中，按照標(biāo)號1_12,分別標(biāo)記為6組二維灰度值，其中的第一、二 灰度值為第一組，第三、四灰度值為第二組，第五、六灰度值為第三組；第七、八灰度值為第 四組，第九、十灰度值為第五組，第十一、十二灰度值為第六組，所述分組單元將采集的灰度 值信息按照上述分組將三組二維灰度值矩陣進(jìn)行整理得到矩陣（ii，i2)、（i3, i4)、（i5, O、 (^7，^8)、（^9，il〇)、（ill，il2);
[0012] 所述比較模塊內(nèi)包括一比較器，其對所有數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)存儲的灰度值采集信號 進(jìn)行運(yùn)算處理，分別計(jì)算得出一重合度Pn，并將其傳輸至所述邏輯控制模塊內(nèi)，現(xiàn)以第一組 二維灰度值矩陣和第二組二維灰度值矩陣進(jìn)行說明，所述比較模塊按照下述公式（1)計(jì)算 該兩組二維灰度值矩陣信號中灰度值的重合度P 21，
[0014] 式中，P21表示每兩組灰度值的重合度，i JP i 2分別表示所述第一組二維灰度值矩 陣的灰度值，：^表不第一灰度值的米樣值，i 2表不第二灰度值的米樣值；i 3和i 4分別表不 所述第二組二維灰度值矩陣的灰度值，i3表示第三灰度值的采樣值，i4表示第四灰度值的 采樣值；T表示均方差運(yùn)算，I表示積分運(yùn)算；
[0015] 所述比較模塊將上述重合度兩兩做差值并取絕對值，計(jì)算出結(jié)果后，將信號重合 度與差值絕對值計(jì)算結(jié)果傳輸至所述邏輯控制模塊內(nèi)。
[0016] 進(jìn)一步地，所述邏輯控制模塊為一 MCU處理器，其包括一存儲模塊，其內(nèi)存儲有一 標(biāo)準(zhǔn)堿基的重合度閾值匕，所述邏輯控制模塊將所述計(jì)算所得的重合度絕對值差值與重合 度閾值Pc進(jìn)行比對，若所述重合度絕對值差值大于閾值，則斷定其中兩組灰度值超過預(yù)期， 不能斷定為同一堿基；
[0017] 將所有重合度絕對值差值分別與重合度閾值P。進(jìn)行比對，則可斷定某一組檢測的 圖像不能符合要求，不能斷定為同一堿基。
[0018] 進(jìn)一步地，第一組二維電流矩陣和第三組二維灰度值矩陣按照下述公式（2)進(jìn)行 重合度計(jì)算Pm，
[0020] 式中，P31表示每兩組灰度值的重合度，i JP i 2分別表示所述第一組二維灰度值矩 陣的灰度值，：^表不第一灰度值的米樣值，i 2表不第二灰度值的米樣值；i 5和i 6分別表不 所述第三組二維灰度值矩陣的灰度值，i5表示第五灰度值的采樣值，i 6表示第六灰度值的 采樣值；τ表示均方差運(yùn)算，：表示積分運(yùn)算。
[0021] 進(jìn)一步地，第二組二維灰度值矩陣和第三組二維灰度值矩陣按照下述公式（3)進(jìn) 行重合度計(jì)算P 32，
[0023] 式中，P32表示每兩組灰度值的重合度，i 3和i 4分別表示所述第二組二維灰度值矩 陣的灰度值，i；5表不第一灰度值的米樣值，i 4表不第二灰度值的米樣值；i 5和i 6分別表不 所述第三組二維灰度值矩陣的灰度值，i5表示第五灰度值的采樣值，i 6表示第六灰度值的 采樣值；T表示均方差運(yùn)算，I表示積分運(yùn)算。
[0024] 進(jìn)一步地，所述的CCD相機(jī)獲取圖譜信息時，對信號波形，在每連續(xù)的K個周期內(nèi)， 每周期選擇η個預(yù)設(shè)時刻的采樣點(diǎn)，每間隔時間T。采樣一次，連續(xù)取樣M次；為了保證取樣 數(shù)據(jù)的可參考性與準(zhǔn)確性，在每一周期內(nèi)選擇的η個采樣點(diǎn)的時間間隔△ t按照下述公式 (4)計(jì)算，
[0026] 式中，△ t表示采樣點(diǎn)的時間間隔，a為修正系數(shù)，其大小由采樣點(diǎn)數(shù)量決定，ω表 示拍照信號的角頻率，由CCD相機(jī)的性能決定，β為初始相角，T表示信號周期的時間，λ 表示信號波形的峰值。
[0027] 進(jìn)一步地，所述的反應(yīng)芯片組件包括反應(yīng)芯片安裝座、反應(yīng)倉底座組件，在反應(yīng)倉 底座的外側(cè)面的中間部分設(shè)置有溫控組件；
[0028] 在反應(yīng)倉底座的中間部位設(shè)置有電加熱絲，其設(shè)置在底座的電熱絲安裝槽中；在 電加熱絲上部的溫度傳感器安裝槽，設(shè)置有溫度傳感器及控制組件。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明用于DNA測序的圖像處理系統(tǒng)，所 述的圖像處理及控制系統(tǒng)獲取圖譜信息，在圖譜信息中包含有試劑所含的堿基類型信息， 該信息與標(biāo)準(zhǔn)的堿基圖譜信息進(jìn)行比對，A，T，C，G四種堿基信息，確定圖譜信息中包含的堿 基類型。在所述的圖像處理及控制系統(tǒng)確定信息時，首先對同一堿基的拍照圖譜進(jìn)行分組， 然后通過冗余判定的方式進(jìn)行判定。
[0030] 分組單元按照二維矩陣將上述集數(shù)據(jù)進(jìn)行分組整理得到二維灰度值矩陣，便于裝 置進(jìn)行軟件控制，判斷準(zhǔn)確、快速；將采集的各組二維灰度值矩陣進(jìn)行一冗余判斷，根據(jù)判 斷結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)控制，在本實(shí)施例中為多余度的冗余判定。
[0031] 本發(fā)明中冗余判斷的方式，能夠有效判斷圖譜采集存在問題的準(zhǔn)確位置，方便采 取措施，且軟件運(yùn)行的成本較低，可根據(jù)準(zhǔn)確性任意設(shè)置圖譜采集頻率，適合大規(guī)模應(yīng)用； 同時又避免單一的灰度值對堿基類型的誤判。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發(fā)明的用于DNA測序的圖像處理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明的反應(yīng)倉組件的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖3為本發(fā)明的反應(yīng)芯片組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖4為本發(fā)明的可翻轉(zhuǎn)反應(yīng)倉組件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖5為本發(fā)明的運(yùn)動平臺組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖6為本發(fā)明的栗閥集成管組件的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖7為本發(fā)明的栗閥集成管組件的后視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施