一種應用于dna測序的圖像處理系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及DNA測序分析領域，尤其涉及一種應用于DNA測序的圖像處理系統。
【背景技術】
[0002] 在DNA測序技術領域，整體操作流程描述如下：DNA樣品通過破碎后，應用建庫試 劑進行加接頭、單鏈捕獲、結合至微球、微乳液PCR擴增、破乳液，獲得建立在微球上的DNA 文庫，應用加樣板將文庫和測序反應需要的酶等鋪放至具有微反應池的測序芯片，測序芯 片和測序試劑安裝至主機上，通過控制計算機根據模塊數量和位置啟動測序程序，自動化 進行測序反應，產生的數據傳輸至數據分析計算機，完成測序后應用計算分析軟件進行圖 像處理、序列讀出、質量分析、序列拼接等工作，最終得到DNA樣本的序列信息。
[0003] 微反應池測序芯片是測序反應的載體，載有測序模板的DNA Beads及各種測序反 應用酶均位于刻有微反應池的測序芯片中。
[0004] 在對反應芯片的圖像采集后，需要對單個圖像的信息進行處理，尤其對圖像的信 息準確性進行判定，避免圖像的準確性缺失造成堿基類型的判定失誤。
[0005] 鑒于上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本創作。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種應用于DNA測序的圖像處理系統，用以克服上述技術 缺陷。
[0007] 為實現上述目的，本發明提供一種應用于DNA測序的圖像處理系統，包括設置有 反應芯片的反應倉組件、運動平臺組件、運動控制單元、設置在運動平臺組件上并受運動控 制單元控制的CCD相機、平臺支撐組件以及控制CCD相機獲取圖像并對圖像進行冗余處理 的圖像處理及控制系統，其中，
[0008] 所述的反應倉組件，在控制系統的作用下，反應液進入反應芯片中進行化學反應， 產生可見光；所述的運動平臺組件，其按照圖像處理及控制系統的控制指令將CCD相機進 給到適當的拍照位置，對反應芯片中產生的可見光信息進行拍照采集；所述的平臺支撐組 件，其支撐所述的反應倉組件、運動平臺組件；
[0009] 所述的圖像處理及控制系統獲取圖譜信息，在對每個圖譜At的采樣時間間隔內 分別獲取m個圖譜，m為偶數；對同一堿基的拍照圖譜進行分組，然后通過冗余判定的方式 進行判定，并與標準的堿基圖譜信息進行比對，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包括分組單元、數據采集控制單元、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行分組整理； [0011] 獲取m為12的連續圖譜信息，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，在本實施例中，按照標號1_12,分別標記為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] 所述比較模塊內包括一比較器，其對所有數據采集模塊內存儲的灰度值采集信號 進行運算處理，分別計算得出一重合度Pn，并將其傳輸至所述邏輯控制模塊內，現以第一組 二維灰度值矩陣和第二組二維灰度值矩陣進行說明，所述比較模塊按照下述公式（1)計算 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表示均方差運算，I表示積分運算；
[0015] 所述比較模塊將上述重合度兩兩做差值并取絕對值，計算出結果后，將信號重合 度與差值絕對值計算結果傳輸至所述邏輯控制模塊內。
[0016] 進一步地，所述邏輯控制模塊為一 MCU處理器，其包括一存儲模塊，其內存儲有一 標準堿基的重合度閾值匕，所述邏輯控制模塊將所述計算所得的重合度絕對值差值與重合 度閾值Pc進行比對，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)進行 重合度計算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表示均方差運算，：表示積分運算。
[0021] 進一步地，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 行重合度計算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表示均方差運算，I表示積分運算。
[0024] 進一步地，所述的CCD相機獲取圖譜信息時，對信號波形，在每連續的K個周期內， 每周期選擇η個預設時刻的采樣點，每間隔時間T。采樣一次，連續取樣M次；為了保證取樣 數據的可參考性與準確性，在每一周期內選擇的η個采樣點的時間間隔△ t按照下述公式 (4)計算，
[0026] 式中，△ t表示采樣點的時間間隔，a為修正系數，其大小由采樣點數量決定，ω表 示拍照信號的角頻率，由CCD相機的性能決定，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] 進一步地，所述的反應芯片組件包括反應芯片安裝座、反應倉底座組件，在反應倉 底座的外側面的中間部分設置有溫控組件；
[0028] 在反應倉底座的中間部位設置有電加熱絲，其設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，設置有溫度傳感器及控制組件。
[0029] 與現有技術相比本發明的有益效果為：本發明用于DNA測序的圖像處理系統，所 述的圖像處理及控制系統獲取圖譜信息，在圖譜信息中包含有試劑所含的堿基類型信息， 該信息與標準的堿基圖譜信息進行比對，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確定信息時，首先對同一堿基的拍照圖譜進行分組， 然后通過冗余判定的方式進行判定。
[0030] 分組單元按照二維矩陣將上述集數據進行分組整理得到二維灰度值矩陣，便于裝 置進行軟件控制，判斷準確、快速；將采集的各組二維灰度值矩陣進行一冗余判斷，根據判 斷結果進行相應控制，在本實施例中為多余度的冗余判定。
[0031] 本發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確位置，方便采 取措施，且軟件運行的成本較低，可根據準確性任意設置圖譜采集頻率，適合大規模應用； 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為本發明的用于DNA測序的圖像處理系統的整體結構示意圖；
[0033] 圖2為本發明的反應倉組件的立體結構示意圖；
[0034] 圖3為本發明的反應芯片組件的結構示意圖；
[0035] 圖4為本發明的可翻轉反應倉組件的剖視結構示意圖；
[0036] 圖5為本發明的運動平臺組件的結構示意圖；
[0037] 圖6為本發明的栗閥集成管組件的立體結構示意圖；
[0038] 圖7為本發明的栗閥集成管組件的后視結構示意圖。
【具體實施