一种应用于dna测序的图像处理系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及DNA测序分析领域，尤其涉及一种应用于DNA测序的图像处理系统。
【背景技术】
[0002] 在DNA测序技术领域，整体操作流程描述如下：DNA样品通过破碎后，应用建库试 剂进行加接头、单链捕获、结合至微球、微乳液PCR扩增、破乳液，获得建立在微球上的DNA 文库，应用加样板将文库和测序反应需要的酶等铺放至具有微反应池的测序芯片，测序芯 片和测序试剂安装至主机上，通过控制计算机根据模块数量和位置启动测序程序，自动化 进行测序反应，产生的数据传输至数据分析计算机，完成测序后应用计算分析软件进行图 像处理、序列读出、质量分析、序列拼接等工作，最终得到DNA样本的序列信息。
[0003] 微反应池测序芯片是测序反应的载体，载有测序模板的DNA Beads及各种测序反 应用酶均位于刻有微反应池的测序芯片中。
[0004] 在对反应芯片的图像采集后，需要对单个图像的信息进行处理，尤其对图像的信 息准确性进行判定，避免图像的准确性缺失造成碱基类型的判定失误。
[0005] 鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种应用于DNA测序的图像处理系统，用以克服上述技术 缺陷。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供一种应用于DNA测序的图像处理系统，包括设置有 反应芯片的反应仓组件、运动平台组件、运动控制单元、设置在运动平台组件上并受运动控 制单元控制的CCD相机、平台支撑组件以及控制CCD相机获取图像并对图像进行冗余处理 的图像处理及控制系统，其中，
[0008] 所述的反应仓组件，在控制系统的作用下，反应液进入反应芯片中进行化学反应， 产生可见光；所述的运动平台组件，其按照图像处理及控制系统的控制指令将CCD相机进 给到适当的拍照位置，对反应芯片中产生的可见光信息进行拍照采集；所述的平台支撑组 件，其支撑所述的反应仓组件、运动平台组件；
[0009] 所述的图像处理及控制系统获取图谱信息，在对每个图谱At的采样时间间隔内 分别获取m个图谱，m为偶数；对同一碱基的拍照图谱进行分组，然后通过冗余判定的方式 进行判定，并与标准的碱基图谱信息进行比对，A，T，C，G四种碱基信息，确定图谱信息中包 含的喊基类型；
[0010] 所述的图像处理及控制系统包括分组单元、数据采集控制单元、比较模块和逻辑 控制模块，所述的分组单元按照二位矩阵将上述采集的图谱或图像信息进行分组整理； [0011] 获取m为12的连续图谱信息，分别每两个相邻近的时间，作为一二维组灰度值的 两个维度值，在本实施例中，按照标号1_12,分别标记为6组二维灰度值，其中的第一、二 灰度值为第一组，第三、四灰度值为第二组，第五、六灰度值为第三组；第七、八灰度值为第 四组，第九、十灰度值为第五组，第十一、十二灰度值为第六组，所述分组单元将采集的灰度 值信息按照上述分组将三组二维灰度值矩阵进行整理得到矩阵（ii，i2)、（i3, i4)、（i5, O、 (^7，^8)、（^9，il〇)、（ill，il2);
[0012] 所述比较模块内包括一比较器，其对所有数据采集模块内存储的灰度值采集信号 进行运算处理，分别计算得出一重合度Pn，并将其传输至所述逻辑控制模块内，现以第一组 二维灰度值矩阵和第二组二维灰度值矩阵进行说明，所述比较模块按照下述公式（1)计算 该两组二维灰度值矩阵信号中灰度值的重合度P 21，
[0014] 式中，P21表示每两组灰度值的重合度，i JP i 2分别表示所述第一组二维灰度值矩 阵的灰度值，：^表不第一灰度值的米样值，i 2表不第二灰度值的米样值；i 3和i 4分别表不 所述第二组二维灰度值矩阵的灰度值，i3表示第三灰度值的采样值，i4表示第四灰度值的 采样值；T表示均方差运算，I表示积分运算；
[0015] 所述比较模块将上述重合度两两做差值并取绝对值，计算出结果后，将信号重合 度与差值绝对值计算结果传输至所述逻辑控制模块内。
[0016] 进一步地，所述逻辑控制模块为一 MCU处理器，其包括一存储模块，其内存储有一 标准碱基的重合度阈值匕，所述逻辑控制模块将所述计算所得的重合度绝对值差值与重合 度阈值Pc进行比对，若所述重合度绝对值差值大于阈值，则断定其中两组灰度值超过预期， 不能断定为同一碱基；
[0017] 将所有重合度绝对值差值分别与重合度阈值P。进行比对，则可断定某一组检测的 图像不能符合要求，不能断定为同一碱基。
[0018] 进一步地，第一组二维电流矩阵和第三组二维灰度值矩阵按照下述公式（2)进行 重合度计算Pm，
[0020] 式中，P31表示每两组灰度值的重合度，i JP i 2分别表示所述第一组二维灰度值矩 阵的灰度值，：^表不第一灰度值的米样值，i 2表不第二灰度值的米样值；i 5和i 6分别表不 所述第三组二维灰度值矩阵的灰度值，i5表示第五灰度值的采样值，i 6表示第六灰度值的 采样值；τ表示均方差运算，：表示积分运算。
[0021] 进一步地，第二组二维灰度值矩阵和第三组二维灰度值矩阵按照下述公式（3)进 行重合度计算P 32，
[0023] 式中，P32表示每两组灰度值的重合度，i 3和i 4分别表示所述第二组二维灰度值矩 阵的灰度值，i；5表不第一灰度值的米样值，i 4表不第二灰度值的米样值；i 5和i 6分别表不 所述第三组二维灰度值矩阵的灰度值，i5表示第五灰度值的采样值，i 6表示第六灰度值的 采样值；T表示均方差运算，I表示积分运算。
[0024] 进一步地，所述的CCD相机获取图谱信息时，对信号波形，在每连续的K个周期内， 每周期选择η个预设时刻的采样点，每间隔时间T。采样一次，连续取样M次；为了保证取样 数据的可参考性与准确性，在每一周期内选择的η个采样点的时间间隔△ t按照下述公式 (4)计算，
[0026] 式中，△ t表示采样点的时间间隔，a为修正系数，其大小由采样点数量决定，ω表 示拍照信号的角频率，由CCD相机的性能决定，β为初始相角，T表示信号周期的时间，λ 表示信号波形的峰值。
[0027] 进一步地，所述的反应芯片组件包括反应芯片安装座、反应仓底座组件，在反应仓 底座的外侧面的中间部分设置有温控组件；
[0028] 在反应仓底座的中间部位设置有电加热丝，其设置在底座的电热丝安装槽中；在 电加热丝上部的温度传感器安装槽，设置有温度传感器及控制组件。
[0029] 与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明用于DNA测序的图像处理系统，所 述的图像处理及控制系统获取图谱信息，在图谱信息中包含有试剂所含的碱基类型信息， 该信息与标准的碱基图谱信息进行比对，A，T，C，G四种碱基信息，确定图谱信息中包含的碱 基类型。在所述的图像处理及控制系统确定信息时，首先对同一碱基的拍照图谱进行分组， 然后通过冗余判定的方式进行判定。
[0030] 分组单元按照二维矩阵将上述集数据进行分组整理得到二维灰度值矩阵，便于装 置进行软件控制，判断准确、快速；将采集的各组二维灰度值矩阵进行一冗余判断，根据判 断结果进行相应控制，在本实施例中为多余度的冗余判定。
[0031] 本发明中冗余判断的方式，能够有效判断图谱采集存在问题的准确位置，方便采 取措施，且软件运行的成本较低，可根据准确性任意设置图谱采集频率，适合大规模应用； 同时又避免单一的灰度值对碱基类型的误判。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明的用于DNA测序的图像处理系统的整体结构示意图；
[0033] 图2为本发明的反应仓组件的立体结构示意图；
[0034] 图3为本发明的反应芯片组件的结构示意图；
[0035] 图4为本发明的可翻转反应仓组件的剖视结构示意图；
[0036] 图5为本发明的运动平台组件的结构示意图；
[0037] 图6为本发明的栗阀集成管组件的立体结构示意图；
[0038] 图7为本发明的栗阀集成管组件的后视结构示意图。
【具体实施