一种基于ccd相机调整的dna图像采集测序系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及DNA测序分析领域，尤其涉及一种基于C⑶相机调整的DNA图像采集 测序系统。
【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；在对图像测试时， CCD相机位置的精准度为影响图像获取准确性的因素，在对图像获取时，CCD相机位置的变 化需要调整。
[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基于C⑶相机调整的DNA图像采集测序系统，用以克 服上述技术缺陷。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供一种基于C⑶相机调整的DNA图像采集测序系统，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，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Q 1, i2)、（i3, i4)、（i5, i6)、（i7, is)、（i9, i10)、 (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P n，并将其传输至所述逻辑控制模块内；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；所述逻辑控制模块为一 MCU处理器或一 PLC，其包括一存 储模块，其内存储有一标准碱基的重合度阈值Pc和一组标准值S JP δ 2;
[0013] 所述的数据采集控制单元采集重合度绝对值差值大于阈值Ρ。的相应的图像灰度 值S，所述的灰度值δ与标准灰度值δ JP δ 2进行对比，若δ δ < δ 2，则该图像的 灰度值超过第一段预设值，需对CCD相机的位置进行调整；
[0014] 所述的逻辑控制模块向运动控制单元发送控制指令；运动控制单元控制电机动 作，电机带动丝杠转动，丝杠上的螺母及螺母安装座带动CCD相机移动；在底座侧部的位置 传感器实时检测CCD相机的位置，并传输至运动控制单元中，运动控制单元实时将位置信 息传输至逻辑控制模块中，并与存储在存储模块中的预设的CCD相机位置信息进行比对， 直到CCD相机移动至指定位置；在位置调整完成后，所述的CCD相机对反应芯片继续进行拍 照，并重新获取灰度值和重合度值。
[0015] 进一步地，获取第一组二维灰度值矩阵和第二组二维灰度值矩阵，所述的比较模 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Ρ 21，
[0017] 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。
[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；T表示均方差运算，I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P32，
[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，h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，所述的电机的输出轴与丝杠通过联轴器连接，电机与丝杠连接处设置 有支撑座，在丝杠的端部设置有轴承以及轴向定位套；
[0025] 在丝杠上连接有螺母，螺母设置在螺母安装座上；螺母安装座的上端与连接板连 接，连接板的上端连接有相机安装座；在轴承末端设置轴承压紧盖。
[0026] 进一步地，所述的螺母安装座安装在与导轨接触的滑块上，并在滑块上带动相机 移动；在底座的侧部安装有位置传感器安装座，在位置传感器安装座的上端设置连接块，连 接块上端固定有位置传感器。
[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：本发明基于CCD相机调整的DNA图像采集 测序系统，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。并且，在对图像测试时，运动平台组件根据重 合度的结果调整CCD相机位置的变化，排除影响图像获取准确性的物理因素。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明的基于CCD相机调整的DNA图像采集测序系统的整体结构示意图；
[0033] 图2为本发明的反应仓组件