一种应用于DNA测序的图像处理系统技术方案

技术编号:13011726 阅读:99 留言:0更新日期:2016-03-16 08:41
本发明专利技术涉及一种应用于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,在对每个图谱Δt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碱基类型。本发明专利技术中冗余判断的方式,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。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于DNA测序的图像处理系统
本专利技术涉及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。
技术介绍
在DNA测序
,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。微反应池测序芯片是测序反应的载体,载有测序模板的DNABeads及各种测序反应用酶均位于刻有微反应池的测序芯片中。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。鉴于上述缺陷,本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
技术实现思路
本专利技术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。为实现上述目的,本专利技术提供一种应用于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,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;所述的图像处理及控制系统获取图谱信息,在对每个图谱Δt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碱基类型;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;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(i1,i2)、(i3,i4)、(i5,i6)、(i7,i8)、(i9,i10)、(i11,i12);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P21,式中,P21表示每两组灰度值的重合度,i1和i2分别表示所述第一组二维灰度值矩阵的灰度值,i1表示第一灰度值的采样值,i2表示第二灰度值的采样值;i3和i4分别表示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;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。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P0,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P0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;将所有重合度绝对值差值分别与重合度阈值P0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。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P31,式中,P31表示每两组灰度值的重合度,i1和i2分别表示所述第一组二维灰度值矩阵的灰度值,i1表示第一灰度值的采样值,i2表示第二灰度值的采样值;i5和i6分别表示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,i6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。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P32,式中,P32表示每两组灰度值的重合度,i3和i4分别表示所述第二组二维灰度值矩阵的灰度值,i3表示第一灰度值的采样值,i4表示第二灰度值的采样值;i5和i6分别表示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,i6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。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n个预设时刻的采样点,每间隔时间T0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n个采样点的时间间隔Δt按照下述公式(4)计算,式中,Δt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。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;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。与现有技术相比本专利技术的有益效果为:本专利技术用于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。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。本专利技术中冗余判断的方式,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。附图说明图1为本专利技术的用于DNA测序的图像处理系统的整体结构示意图;图2为本专利技术的反应仓组件的立体结构示意图;图3为本专利技术的反应芯片组件的结构示意图;图4为本专利技术的可翻转反应仓组件的剖视结构示意图;图5为本专利技术的运动平台组件的结构示意图;图6为本专利技术的泵阀集成管组件的立体结构示意图;图7为本专利技术的泵阀集成管组件的后视结构示意图。具体实施方式以下结合附图,对本专利技术上述的和另外的技术特征本文档来自技高网...
一种应用于DNA测序的图像处理系统

【技术保护点】
一种应用于DNA测序的图像处理系统,其特征在于,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,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;所述的图像处理及控制系统获取图谱信息,在对每个图谱Δt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碱基类型;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;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,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(i1,i2)、(i3,i4)、(i5,i6)、(i7,i8)、(i9,i10)、(i11,i12);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,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P21,P21=Σi4,i3(T(i4,i3)*I(i2+i4,i1+i3))Σi4,i3T(i4,i3)2*Σi4,i3I(i2+i4,i1+i3)2---(1)]]>式中,P21表示每两组灰度值的重合度,i1和i2分别表示所述第一组二维灰度值矩阵的灰度值,i1表示第一灰度值的采样值,i2表示第二灰度值的采样值;i3和i4分别表示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;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。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于DNA测序的图像处理系统,其特征在于,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,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;所述的图像处理及控制系统获取图谱信息,在对每个图谱Δt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碱基类型;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维矩阵将上述采集的图谱或图像信息进行分组整理;获取m为12的连续图谱信息,分别每两个相邻近的时间,作为二维组灰度值的两个维度值,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6组二维灰度值矩阵进行整理得到矩阵(i1,i2)、(i3,i4)、(i5,i6)、(i7,i8)、(i9,i10)、(i11,i12);所述比较模块内包括比较器,其对所有数据采集模块内存...

【专利技术属性】
技术研发人员:任鲁风冯玉臣张睿陈哲刘元杰蔡亦梅高静范东雨王绪敏王者馥殷金龙
申请(专利权)人:北京中科紫鑫科技有限责任公司
类型:发明
国别省市:北京;11

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