【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、本方法整体涉及用于评价图案化表面的基于图像的方法，这些图案化表面包括用于对核酸序列进行测序或以其他方式处理核酸序列的基底上的图案化表面。更具体地，该方法涉及关于扫描此类图案化表面的聚焦质量的评估。
2、在核酸测序语境下，测序设备(诸如流通池)可在表面上的各位置处包括多个单独位点(例如，样本孔或纳米孔)。此类位点可含有化学基团或生物分子，它们在许多位点中可以是相同的或不同的，并且可与其他感兴趣的材料(诸如生物样本)相互作用。通过拍摄基底表面的图像，诸如通过平面成像或通过线扫描，可定位和/或分析位点。可处理图像数据以定位和识别位点中的至少一部分，以及/或者获得与被分析的样本相关的定性或定量测量。在此类语境下，当在特定位点处发生化学或生物相互作用时，可在该位点处检测该相互作用，并将该相互作用与该位点的位置和身份以及该位点处存在的特定基团或分子相关联。
3、位点经常以规则的几何图案排列，其中图案的元素重复，诸如呈棋盘或六边形网格，以优化基底表面上可用的位点的数量并便于通过自动化仪器定位位点。可使用各种配准方法来确定和/或校正表面上的单独位点的位置。举例来说，局部配准技术可利用刚性配准基准点，诸如在图像内的各种已知位置处存在的靶心图案，以允许与已知模板交叉相关。作为这种交叉相关的结果，可确定平面内移位或偏移，并且可基于这些偏移来调整或校正模板位置和/或图像数据。
4、考虑到前述语境，应当理解，与在测序设备诸如流通池上读取位点时采用的成像过程相关联的聚焦质量对于为了定位数据读出位点而执行的
5、测量或以其他方式评估聚焦质量的当前方法可基于使用brenner梯度或函数来生成可用于自动聚焦过程的一部分的聚焦分数(即，brenner分数)。然而，此类brenner分数本质上与强度相关。对应地，基于brenner分数的聚焦技术由于这种强度相关性而存在稳健性问题。例如，在核酸测序语境下，由于跨流通池表面的荧光团的强度不均匀或随时间变化(例如，空间和/或时间的不均匀)，基于brenner分数的聚焦度量可能随时间或在各测序系统之间不稳健。因此，基于brenner梯度的聚焦评估可能会将强度变化误表征为聚焦的变化或差异。结果是，跨仪器(例如，测序仪)和/或流通池，或者甚至在所获取的流通池的图像图块内比较brenner分数是不稳健的。
技术实现思路
1、本文所述的技术提供了一种与强度无关的聚焦质量度量的生成和用途。在一种语境下，通过获取图像(诸如流通池的图案化表面的图像)并处理该图像的整体或一部分(例如，子区域或子图像)以生成相应图像数据的傅立叶变换，从而生成该聚焦质量度量。举例来说，在一个实施方案中，离散傅立叶变换可应用于图案化流通池表面的图像的子区域。可针对所得傅立叶变换来计算均值(或中值)径向强度，并随后将其用于确定傅立叶变换和底层图像数据的功率谱。在二维(2d)傅立叶变换的语境下呈现本文的各种示例，并且此类示例可引用对应2d傅立叶变换的语境下的半径、径向强度、径向平均值等。然而，应当理解，此类对半径或针对相应半径导出的值的引用可被认为是这些2d语境下的特殊情况，并且此类基于半径的术语可被涵盖在其他示例中，并且一般在更广泛的语境下，涉及k空间(即，傅立叶或频率空间)和k空间内的k值。因此，如本文所用，对半径、径向平均值、径向强度等的引用可被更广泛地理解为与它们在k空间中的广义对应物对应，并且此类k空间术语可在本文的适当非2d(例如，一维(1d))傅立叶变换示例中适当地使用。
2、可将分段函数拟合到功率谱，并且针对拟合的分段函数确定一个或多个参数。此类参数可包括但不限于径向斜率、转角频率、本底噪声等。在一个实施方案中，径向斜率构成了从中导出傅立叶变换的成像子区域的聚焦质量度量。径向斜率和对应聚焦质量度量与强度无关，并且因此提供聚焦质量的一致测量，而不管在测序运行过程中和/或在测序成像器之间的强度变化如何。
3、重要的是，本文所述的用于生成聚焦质量度量的方法中的某些方法没有假设点扩展函数的高斯分布曲线，而该高斯分布曲线可能在其他常规方法中有所假设。实际上，在某些实施方案中，洛伦兹分布曲线可更好地描述点扩散函数。因为没有假设高斯分布，所以本文公开的聚焦质量量化技术在它们的应用中比依赖于此类假设的其他方法更灵活。
4、在实践中，根据本文所述的技术生成的聚焦质量度量可在测序运行开始时生成并用于参数化聚焦模型，该聚焦模型随后在整个测序运行中用于监测和校正成像器相对于流通池的图案化表面的聚焦。举例来说，作为初始聚焦模型生成的一部分，可基于聚焦模型来校准实时聚焦监测系统，诸如基于红外线(ir)的聚焦测量系统。经校准的ir聚焦测量系统随后可在测序期间用于实时监测和校正聚焦。在一些实施方案中，仅在用于聚焦模型生成的测序运行开始时计算如本文所述的聚焦质量度量。在其他实施方案中，每隔一段时间(例如，每10、20、30或40个循环)计算如本文所述的聚焦质量度量，以更新聚焦模型并重新校准实时聚焦测量系统。
5、在一些系统中，图像获取可以是多通道的，使得针对每个成像区域获得不同频率(例如，红色、蓝色、绿色等)下的图像。在此类系统中，可相对于成像区域针对每个通道计算如本文所述的聚焦质量度量。然后，可通过选择为每个相应色彩通道提供合适聚焦的代表性聚焦高度(例如，中间聚焦高度)来确定焦平面或高度。
6、考虑到前述内容，在一个实施方案中，提供了一种用于计算聚焦质量度量的方法。根据该方法，获取或访问包括多个样本孔的流通池的图像。计算图像的一部分或整体的傅立叶变换。与图像相关联的光学点扩散函数(psf)不具有高斯分布曲线。基于傅立叶变换来计算功率谱。计算拟合到功率谱的一部分的线性分段的斜率。该斜率与聚焦质量度量对应。
7、在另外的实施方式中，提供了一种测序仪器。根据该实施方式，该测序仪器包括：样本台，该样本台被构造成支撑样本容器；物镜、光电探测器和光源，该物镜、该光电探测器和该光源被构造成组合操作，以在样本容器存在于样本台上时对该样本容器进行成像；聚焦部件，该聚焦部件被构造成在样本容器存在于样本台上时控制物镜相对于该样本容器的定位；和控制器。该控制器被构造成执行操作，该操作包括：对于在不同z高度处获取的样本表面的图像堆栈中的每个图像，计算相应图像的子区域的相应傅立叶变换；对于每个傅立叶变换，计算拟合到根据该傅立叶变换计算的相应功率谱的一部分的线性分段的相应斜率，其中该斜率与聚焦质量度量对应；基于聚焦质量度量来参数化聚焦模型；以及基于聚焦模型在测序操作期间控制聚焦部件的操作。
8、在附加实施方案中，提供了一种用于计算聚焦质量度量的方法。根据该方法，获取或访问包括多个样本孔的流通池的图像。计算图像内的一个或多个像本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于确定聚焦质量度量的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述傅立叶变换包括确定所述图像的在所述流通池上的已知位置处的子区域的傅立叶变换，所述已知位置是基于设置在所述流通池上的一个或多个基准点确定的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述功率谱包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其中与所述图像相关联的所述光学点扩散函数(PSF)具有洛伦兹分布曲线。
5.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述物镜和所述样本台的所述相对位置包括基于所述聚焦模型来为测序操作选择聚焦高度。
6.根据权利要求5所述的方法，所述方法包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚焦质量度量与强度无关。
8.一种测序仪器，所述测序仪器包括：
9.根据权利要求8所述的测序仪器，其中所述图像堆栈包括使用第一色彩通道获取的第一组图像和使用第二色彩通道获取的第二组图像。
10.根据权利要求9所述的测序仪器，其中参数化所述聚焦模型包括基于针对所述第一色彩通道导出的聚焦质量度
11.根据权利要求10所述的测序仪器，其中控制所述聚焦部件的操作包括在所述测序操作的至少一部分期间在所述中间聚焦高度处获取图像数据。
12.根据权利要求8所述的测序仪器，其中所述样本表面包括流通池的图案化表面。
13.根据权利要求11所述的测序仪器，其中所述聚焦质量度量与强度无关。
14.一种用于确定聚焦质量度量的方法，所述方法包括：
15.根据权利要求14所述的方法，其中确定所述功率谱包括：
16.根据权利要求14所述的方法，其中参数化或校准所述聚焦模型包括：通过确定在所述一个或多个像素行处的所述聚焦质量度量或从所述聚焦质量度量导出的所述分数的抛物线图的局部最小值，来确定所述聚焦模型中与所述一个或多个像素行对应的位置的聚焦高度。
17.根据权利要求14所述的方法，其中调整所述物镜和所述样本台的所述相对位置包括基于所述聚焦模型来为测序操作选择聚焦高度。
18.根据权利要求17所述的方法，所述方法包括：
19.一种测序仪器，所述测序仪器包括：
20.根据权利要求19所述的测序仪器，其中参数化所述聚焦模型包括基于针对第一色彩通道导出的聚焦质量度量与针对第二色彩通道导出的聚焦质量度量之间的差异来确定中间聚焦高度。
21.根据权利要求20所述的测序仪器，其中控制所述聚焦部件的操作包括在所述测序操作的至少一部分期间在所述中间聚焦高度处获取图像数据。
22.根据权利要求19所述的测序仪器，其中每个相应功率谱是通过执行所述一维傅立叶变换的对数平方归一化而确定的。
23.根据权利要求19所述的测序仪器，其中参数化所述聚焦模型包括：通过确定在所述像素行处的所述聚焦质量度量或从所述聚焦质量度量导出的分数的抛物线图的局部最小值，来确定所述聚焦模型中与所述像素行对应的位置的聚焦高度。
24.根据权利要求19所述的测序仪器，其中在所述测序操作期间控制所述聚焦部件的操作包括：基于所述聚焦模型来为所述测序操作选择聚焦高度，从而调整所述物镜和所述样本台的所述相对位置。
25.根据权利要求24所述的方法，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于确定聚焦质量度量的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述傅立叶变换包括确定所述图像的在所述流通池上的已知位置处的子区域的傅立叶变换，所述已知位置是基于设置在所述流通池上的一个或多个基准点确定的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述功率谱包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其中与所述图像相关联的所述光学点扩散函数(psf)具有洛伦兹分布曲线。
5.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述物镜和所述样本台的所述相对位置包括基于所述聚焦模型来为测序操作选择聚焦高度。
6.根据权利要求5所述的方法，所述方法包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚焦质量度量与强度无关。
8.一种测序仪器，所述测序仪器包括：
9.根据权利要求8所述的测序仪器，其中所述图像堆栈包括使用第一色彩通道获取的第一组图像和使用第二色彩通道获取的第二组图像。
10.根据权利要求9所述的测序仪器，其中参数化所述聚焦模型包括基于针对所述第一色彩通道导出的聚焦质量度量与针对所述第二色彩通道导出的聚焦质量度量之间的差异来确定中间聚焦高度。
11.根据权利要求10所述的测序仪器，其中控制所述聚焦部件的操作包括在所述测序操作的至少一部分期间在所述中间聚焦高度处获取图像数据。
12.根据权利要求8所述的测序仪器，其中所述样本表面包括流通池的图案化表面。
13.根据权利要求11所述的测序仪器，其中所述聚焦质量度量与强度无关。
14.一种用于确定聚焦质量度量的方法，所述方法包括：
15.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·贝克，K·厄尔利，张思琪，R·阿巴斯哈伦，A·普拉巴胡，P·文，
申请(专利权)人：因美纳有限公司，
类型：发明
国别省市：
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