Способ совмещения изображений флуоресценции, прибор и система секвенирования генов и запоминающая среда - RU2749893C1

Чертежи

Показать все 13 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Объект настоящего изобретения относится к секвенированию генов, и более конкретно к способу совмещения флуоресцентных изображений, прибору для секвенирования генов, системе секвенирования генов и запоминающей среде.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В этом разделе раскрываются предпосылки или контекст для формулы изобретения и подробного описания настоящего изобретения. Представленное здесь описание нельзя рассматривать как известный уровень техники только потому, что оно включено в данный раздел.

[0003] Секвенирование генов относится к анализу нуклеотидной последовательности специфичных фрагментов ДНК, представляющей собой расположение оснований аденина (A), тимина (T), цитозина (C) и гуанина (G). Каждое из указанных выше четырех оснований содержит разную флуоресцентную группу, и разные флуоресцентные группы после возбуждения испускают флуоресценцию на разных длинах волн (цвета). Одним из самых часто используемых способов секвенирования в настоящее время является идентификация типа основания, подлежащего синтезу, путем идентификации длины волны флуоресценции. Таким образом, можно считывать нуклеотидную последовательность. В технологии секвенирования второго поколения используется система формирования изображений высокого разрешения, полученных при помощи микроскопа, для захвата изображений флуоресцентных молекул ДНК-наношариков (то есть DNB, «ДНК-наношарики») на биочипе (чип для секвенирования генов). Изображения флуоресцентных молекул отправляют на программное обеспечение для распознавания оснований. Путем декодирования сигналов изображений можно получить нуклеотидную последовательность. Во время самого процесса секвенирования, если имеется несколько изображений одной сцены, изображения одной сцены необходимо выравнивать друг с другом посредством способа позиционирования и совмещения. Затем посредством алгоритмов извлекают сигналы пятна, после чего анализируют и обрабатывают информацию о яркости, чтобы получить нуклеотидную последовательность. С развитием технологии секвенирования второго поколения приборы для секвенирования часто включают программное обеспечение для обработки и анализа данных секвенирования в реальном времени. Большинство приборов для секвенирования оснащены алгоритмами совмещения и позиционирования.

[0004] Большинство существующих технологий совмещения сопоставляют сходства на основании присущих признаков изображений флуоресценции и выполняют извлечение и совмещение для разных целевых признаков. Однако сигналы флуоресцентных молекул в изображениях высокого разрешения, полученных при помощи микроскопа, представляют собой сигналы точечных источников света. В большинстве случаев применяют способ местного центра тяжести, который извлекает значения пикселей, находящихся в окрестности каждого сайта, для вычисления центра тяжести. Однако имеется большая плотность флуоресцентных сигналов (базовых сигналов) технологии секвенирования второго поколения, и некоторые целевые сайты могут не быть достаточно яркими, что вызывает проблемы для существующих алгоритмов позиционирования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Таким образом, для оптимизации работы по позиционированию и совмещению флуоресцентных групп на флуоресцентном изображении необходимы способ совмещения изображений флуоресценции, прибор для секвенирования генов, система секвенирования генов и запоминающая среда.

[0006] Один аспект настоящего изобретения предусматривает способ совмещения изображений флуоресценции, применяемый к биочипу. Пиксельное расстояние между линиями пути на биочипе устанавливают в соответствии с шаблонным параметром. Способ совмещения изображений флуоресценции включает получение по меньшей мере одного изображения флуоресценции биочипа. Выбирают внутреннюю локальную область изображения флуоресценции. Получают суммы значений пикселей во внутренней локальной области изображения флуоресценции соответственно вдоль первого направления и второго направления, при этом первое направление перпендикулярно второму направлению. Множество первых шаблонных линий выбирают в соответствии с шаблонным параметром, суммы значений пикселей соответственно вдоль первого направления и второго направления обходят множеством первых шаблонных линий, чтобы найти минимальное общее значение сумм значений пикселей, соответствующих множеству первых шаблонных линий, положение минимального общего значения соответствует линии пути. Коррекцию пиксельного уровня выполняют на локальной области линии пути, и перекресток пути линий пути после коррекции пиксельного уровня представляет собой перекресток пути пиксельного уровня. Другие перекрестки пути на биочипе получают согласно перекресткам пути пиксельного уровня, и коррекцию пиксельного уровня выполняют на других перекрестках пути. Положение линии пути пиксельного уровня корректируют посредством способа центра тяжести, чтобы получить положение субпиксельного уровня линии пути. Положения субпиксельного уровня всех сайтов, равномерно распределенных на биочипе, получают посредством способа разделения сетками равного размера.

[0007] Кроме того, «получение сумм значений пикселей во внутренней локальной области изображения флуоресценции соответственно вдоль первого направления и второго направления» включает выбор множества вторых шаблонных линий. Множество вторых шаблонных линий перемещают во внутренней локальной области флуоресцентного изображения соответственно вдоль первого направления и второго направления. Вычисляют сумму значений пикселей по серой шкале во внутренней локальной области флуоресцентного изображения, покрываемых множеством вторых шаблонных линий, при этом сумма значений пикселей по серой шкале представляет собой сумму уровней яркости пикселей, покрываемых множеством вторых шаблонных линий.

[0008] Кроме того, «выбор множества первых шаблонных линий согласно шаблонному параметру, обход сумм значений пикселей соответственно вдоль первого направления и второго направления множеством первых шаблонных линий, чтобы найти минимальное общее значение сумм значений пикселей, соответствующих множеству первых шаблонных линий» включает выбор множества первых шаблонных линий согласно шаблонному параметру. Вычисляют общее значение сумм значений пикселей соответственно вдоль первого направления и второго направления, соответствующих множеству первых шаблонных линий. Получают минимальное общее значение среди общего значения сумм значений пикселей.

[0009] Кроме того, «выполнение коррекции пиксельного уровня на локальной области линии пути» включает получение сумм значений пикселей локальной области линии пути вдоль первого направления и второго направления соответственно. Выбирают множество третьих шаблонных линий, разнесенных друг от друга на заданное расстояние, чтобы найти суммы значений пикселей локальной области линии пути посредством обхода. Получают минимальное общее значение сумм значений пикселей, соответствующих множеству третьих шаблонных линий, разнесенных друг от друга на заданное расстояние. Получают положение пиксельного уровня линии пути согласно положению, соответствующему минимальному общему значению.

[0010] Кроме того, «получение положения пиксельного уровня линии пути согласно положению, соответствующему минимальному общему значению», включает получение положения пиксельного уровня впадины W-образной линии согласно положению минимального общего значения, при этом суммы значений пикселей локальной области линии пути включают W-образную линию. Положение пиксельного уровня линии пути получают согласно положению пиксельного уровня впадины.

[0011] Кроме того, «корректирование положения линии пути пиксельного уровня посредством способа центра тяжести» включает получение локальной области линии пути пиксельного уровня. Получают центр тяжести локальной области линии пути пиксельного уровня. Положение субпиксельного уровня линии пути получают в соответствии с центром тяжести.

[0012] Кроме того, «получение положений субпиксельного уровня всех сайтов, равномерно распределенных на биочипе, посредством способа разделения сетками равного размера» включает получение блочной области, образованной перекрестками пути двух соседних линий пути субпиксельного уровня вдоль первого направления и второго направления, при этом сайты расположены на блочной области согласно заданному правилу. Получают положение субпиксельного уровня всех сайтов на блочной области посредством способа разделения сетками равного размера.

[0013] Другой аспект настоящего изобретения предусматривает систему секвенирования генов, применяемую к биочипу. Пиксельное расстояние между линиями пути на биочипе устанавливают в соответствии с шаблонным параметром. Система секвенирования генов содержит модуль получения изображений, приспособленный для получения по меньшей мере одного изображения флуоресценции биочипа. Модуль выбора области приспособлен для выбора внутренней локальной области изображения флуоресценции. Модуль получения суммы значений пикселей приспособлен для получения сумм значений пикселей во внутренней локальной области изображения флуоресценции соответственно вдоль первого направления и второго направления, причем первое направление перпендикулярно второму направлению. Модуль нахождения минимального общего значения приспособлен для выбора множества первых шаблонных линий согласно шаблонному параметру, обхода сумм значений пикселей соответственно вдоль первого направления и второго направления множеством первых шаблонных линий, чтобы найти минимальное общее значение сумм значений пикселей, соответствующих множеству первых шаблонных линий, причем положение минимального общего значения соответствует линии пути. Модуль коррекции пиксельного уровня приспособлен для выполнения коррекции пиксельного уровня на локальной области линии пути, причем перекресток пути линий пути после коррекции пиксельного уровня представляет собой перекресток пути пиксельного уровня. Модуль получения других перекрестков пути приспособлен для получения других перекрестков пути на биочипе согласно перекресткам пути пиксельного уровня и выполнения коррекции пиксельного уровня на других перекрестках пути. Модуль коррекции центра тяжести приспособлен для коррекции положения линии пути пиксельного уровня посредством способа центра тяжести, чтобы получить положение субпиксельного уровня линии пути. Модуль получения сайта субпиксельного уровня приспособлен для получения положений субпиксельного уровня всех сайтов, равномерно распределенных на биочипе, посредством способа разделения сетками равного размера.

[0014] Другой аспект настоящего изобретения предусматривает прибор для секвенирования генов, содержащий процессор и запоминающее устройство, в котором хранится одна или более компьютерных программ, которые при исполнении процессором вызывают выполнение процессором указанного выше способа совмещения изображений флуоресценции.

[0015] Другой аспект настоящего изобретения предусматривает энергонезависимую запоминающую среду, в которой хранятся компьютерные команды. Когда компьютерные команды исполняются процессором, процессор приспособлен для выполнения указанного выше способа совмещения изображений флуоресценции.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0016] На фиг. 1 представлена блок-схема варианта осуществления способа совмещения флуоресцентных изображений согласно настоящему изобретению.

[0017] На фиг. 2 представлена структурная схема варианта осуществления прибора для секвенирования генов согласно настоящему изобретению.

[0018] На фиг. 3 представлена примерная структурная схема прибора секвенирования генов, представленной на фиг. 2.

[0019] На фиг. 4A представлена схема варианта осуществления части изображения флуоресценции согласно настоящему изобретению.

[0020] На фиг. 4B представлена увеличенная схема части, представленной на фиг. 4A.

[0021] На фиг. 5A представлена схема варианта осуществления внутренней локальной области изображения флуоресценции согласно настоящему изобретению.

[0022] На фиг. 5B представлен график, на котором показаны суммы значений пикселей вдоль вертикального направления внутренней локальной области, представленной на фиг. 5A.

[0023] На фиг. 6A представлен график, на котором показаны три первых шаблонных линии, осуществляющих поиск сумм значений пикселей, представленных на фиг. 5B.

[0024] На фиг. 6B представлен другой график, на котором показаны три первых шаблонных линии, осуществляющих поиск сумм значений пикселей, представленных на фиг. 5B.

[0025] На фиг. 6C представлен еще один график, на котором показаны три первых шаблонных линии, осуществляющих поиск сумм значений пикселей, представленных на фиг. 5B.

[0026] На фиг. 7 представлен график, на котором показано общее значение сумм значений пикселей, соответствующих трем первым шаблонным линиям.

[0027] На фиг. 8A представлена схема части линии пути согласно настоящему изобретению.

[0028] На фиг. 8B представлен график, на котором показаны суммы значений пикселей части линии пути вдоль вертикального направления.

[0029] На фиг. 8C представлен увеличенный график выбранной области, представленной на фиг. 8B.

[0030] На фиг. 9 представлен график, на котором показано общее значение, полученное суммами значений пикселей, представленными на фиг. 8B.

[0031] На фиг. 10 представлена схема, на которой показаны другие перекрестки пути, полученные посредством перекрестков пути пиксельного уровня согласно настоящему изобретению.

[0032] На фиг. 11A представлена схема части линии пути пиксельного уровня.

[0033] На фиг. 11B представлен график, на котором показаны суммы значений пикселей части линии пути пиксельного уровня вдоль горизонтального направления.

[0034] На фиг. 12A представлена схема положений линии пути пиксельного уровня.

[0035] На фиг. 12B представлена схема положений линии пути субпиксельного уровня.

[0036] На фиг. 13 представлена схема, на которой показаны субпиксельные положения сайтов, полученные посредством способа разделения сетками равного размера.

[0037] Символьное описание основных компонентов:

1 Прибор для секвенирования генов

10 Запоминающее устройство

20 Дисплей

30 Процессор

11 Модуль получения изображений

12 Модуль выбора области

13 Модуль получения сумм значений пикселей

14 Модуль нахождения минимального общего значения

15 Модуль коррекции пиксельного уровня

16 Модуль получения других перекрестков пути

17 Модуль коррекции центра тяжести

18 Модуль получения сайта субпиксельного уровня

[0038] Теперь будут описаны варианты реализации настоящей технологии только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые фигуры.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0039] Для того, чтобы иметь возможность понять объект изобретения, признаки и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения, варианты реализации настоящего изобретения теперь будут описаны только с помощью вариантов осуществления со ссылкой на графические материалы. Следует отметить, что непротиворечивые детали и признаки в вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть объединены друг с другом.

[0040] В следующем описании особые детали объясняются, чтобы сделать понятными варианты осуществления настоящего изобретения. Описанные варианты осуществления являются не всеми вариантами осуществления настоящего изобретения, а лишь их частью. На основании вариантов осуществления настоящего изобретения другие варианты осуществления, полученные специалистом в данной области техники без творческих усилий, должны попадать в рамки объема настоящего изобретения.

[0041] Если не указано иное, все технические термины, используемые в настоящем документе, имеют такое же значение, которое обычно понимает специалист в данной области техники. Технические термины, используемые в данном документе, не следует рассматривать как ограничивающие объем вариантов осуществления.

[0042] На фиг. 1 представлена блок-схема варианта осуществления способа совмещения флуоресцентных изображений согласно настоящему изобретению. Обращаясь к фиг. 1, способ совмещения изображений флуоресценции может включать следующие этапы.

[0043] S101: получают по меньшей мере одно изображение флуоресценции биочипа.

[0044] В одном варианте осуществления биочип может представлять собой чип генного секвенирования. Изображение флуоресценции может представлять собой изображение сигналов флуоресценции, захваченное во время процесса секвенирования. Во время процесса секвенирования камера микроскопа может быть использована для захвата изображения флуоресцентных сигналов биочипа. Поле обзора камеры микроскопа является малым, по существу 768,6 мкм×648 мкм. Камера микроскопа может захватывать сотни полей обзора (FOV) для биочипа. Область между двумя соседними горизонтальными линиями пути и двумя соседними вертикальными линиями пути в каждом поле обзора определяют как блок. Блок может быть внутренним блоком или внешним блоком. Каждый блок биочипа содержит некоторое количество равномерно распределенных сайтов. Сайты могут поглощать молекулы ДНК-наношариков (DNB). Молекулы ДНК-наношариков могут представлять собой продукты амплификации, содержащие фрагменты ДНК. Молекула ДНК-наношариков содержит флуоресцентные группы, когда синтезируют основание. Флуоресцентные группы при возбуждении могут испускать флуоресцентные сигналы. Часть сайтов расположены согласно заданному правилу, формируя первый набор линий пути, параллельных друг другу, вдоль первого направления и второй набор линий пути, параллельных друг другу, вдоль второго направления. Первое направление может быть горизонтальным направлением, а второе направление может быть вертикальным направлением. Пересечения между первым набором линий пути и вторым набором линий пути называют «перекрестками пути».

[0045] S102: выбирают внутреннюю локальную область изображения флуоресценции.

[0046] В одном варианте осуществления флуоресцентные группы могут быть зафиксированы на биочипе согласно заданному правилу. Благодаря особым конструкции и процессу некоторые положения на биочипе не содержат сайтов, то есть в этих положениях не сформированы флуоресцентные группы. Когда флуоресцентные группы являются яркими в случайных положениях больше чем 25 % (четыре основания, включая аденин (A), тимин (T), цитозин (C) и гуанин (G) сбалансированы), проступают несветящиеся граничные линии. Каждая проступившая граничная линия может состоять из трех положений флуоресцентных групп. Флуоресцентные группы в центральном ряду являются яркими, а флуоресцентные группы по обеим сторонам от центрального ряда не являются яркими. Флуоресцентные группы в центральном ряду формируют линию пути, а флуоресцентные группы по обеим сторонам от центрального ряда формируют темную линию. Таким образом, проступившая граничная линия может содержать линию пути и темные линии по обеим сторонам от линии пути. Искажение формирования изображения можно игнорировать в области темных линий.

[0047] В одном варианте осуществления область, составляющая 80 % ширины вдоль первого направления и 10 % длины вдоль второго направления изображения флуоресценции, может быть выбрана как внутренняя локальная область изображения флуоресценции. Внутренняя локальная область изображения флуоресценции может содержать по меньшей мере одну линию пути вдоль каждого из первого направления и второго направления.

[0048] S103: получают суммы значений пикселей во внутренней локальной области изображения флуоресценции вдоль первого направления и второго направления. Первое направление перпендикулярно второму направлению.

[0049] В этом варианте осуществления получение сумм значений пикселей во внутренней локальной области изображения флуоресценции вдоль первого направления и второго направления может включать этапы выбора некоторого количества вторых шаблонных линий, и такое количество может быть также равно только единице. Вторые шаблонные линии перемещают во внутренней локальной области флуоресцентного изображения соответственно вдоль первого направления и второго направления. Вычисляют сумму значений пикселей по серой шкале во внутренней локальной области флуоресцентного изображения, покрываемых вторыми шаблонными линиями. То есть сумма значений пикселей по серой шкале представляет собой сумму уровней яркости пикселей, покрытых вторыми шаблонными линиями. После перемещения вторых шаблонных линий на внутренней локальной области изображения флуоресценции соответственно вдоль первого направления и второго направления можно получить суммы значений пикселей во внутренней локальной области изображения флуоресценции соответственно вдоль первого направления и второго направления. Граничная линия соответствует положению наименьшего значения из сумм значений пикселей. В настоящем изобретении для простоты сумма значений пикселей по серой шкале называется «суммой значений пикселей».

[0050] S104: в соответствии с шаблонным параметром выбирают некоторое количество первых шаблонных линий. Первые шаблонные линии обходят суммы значений пикселей соответственно вдоль первого направления и второго направления, чтобы найти минимальное общее значение сумм значений пикселей, соответствующих первым шаблонным линиям. Положение минимального общего значения соответствует положению линии пути.

[0051] В этом варианте осуществления первые шаблонные линии выбирают в соответствии с шаблонным параметром, и может существовать три первых шаблонных линии. Шаблонный параметр требует, чтобы пиксельное расстояние между двумя первыми шаблонными линиями было постоянным. Пиксельное расстояние между каждыми двумя первыми шаблонными линиями может быть одинаковым или разным. Поиск сумм значений пикселей внутренней локальной области изображения флуоресценции вдоль первого направления и второго направления последовательно осуществляют посредством выбранных первых шаблонных линий, чтобы найти общее значение сумм значений пикселей, соответствующих первым шаблонным линиям. Можно понять, что когда все первые шаблонные линии находятся возле положения минимальных сумм значений пикселей, общее значение сумм пикселей, соответствующих первым шаблонным линиям, является минимальным. Положение минимального общего значения соответствует линии пути. Положение линии пути, полученное в этот момент, является приблизительным положением линии пути. Шаблонный параметр в настоящем изобретении обозначает параметр для проектирования биочипа.

[0052] S105: на локальной области каждой линии пути выполняют коррекцию пиксельного уровня. Перекресток пути линий пути после коррекции пиксельного уровня представляет собой перекресток пути пиксельного уровня.

[0053] В этом варианте осуществления суммы значений пикселей локальной области линии пути вдоль первого направления и второго направления получают соответственно. Приводя в качестве примера вертикальное направление, выбирают некоторое количество третьих шаблонных линий, разнесенных друг от друга на заданное расстояние, чтобы находить суммы значений пикселей локальной области линии пути посредством пересечения. Суммы значений пикселей локальной области линии пути включают линию, которая имеет форму «W». Две впадины на W-образной линии соответствуют темным линиям по обеим сторонам от линии пути, и сумма значений пикселей темных линий имеет наименьшее значение. Средняя вершина в W-образной линии соответствует линии пути, и сумма значений пикселей линии пути имеет наибольшее значение. Получают минимальное общее значение сумм значений пикселей, соответствующих третьим шаблонным линиям, разнесенным друг от друга на заданное расстояние. Минимальное общее значение суммы значений пикселей, соответствующих третьим шаблонным линиям, соответствует одной впадине W-образной линии. Поскольку пиксельное расстояние между впадиной и вершиной является постоянным, положение вершины можно получить согласно положению впадины. Понятно, что положение вершины соответствует положению линии пути, так что положение пиксельного уровня линии пути можно получить согласно положению, соответствующему минимальному общему значению. Перекресток пути линии пути для коррекции пиксельного уровня представляет собой перекресток пути пиксельного уровня. Следует понимать, что перекресток пути является виртуальной точкой. То есть фактический сайт не обязательно установлен в положении этой точки, и этот сайт не обязательно излучает свет. Первая шаблонная линия, вторая шаблонная линия и третья шаблонная линия на самом деле не существуют, но представляют собой виртуальные линии для облегчения описания настоящего изобретения.

[0054] S106: другие перекрестки пути на биочипе получают согласно перекресткам пути пиксельного уровня, и коррекцию пиксельного уровня выполняют на других перекрестках пути.

[0055] В этом варианте осуществления некоторые из сайтов расположены на биочипе согласно заданному правилу, формируя первый набор линий пути, параллельных друг другу, вдоль первого направления и второй набор линий пути, параллельных друг другу, вдоль второго направления. Можно понять, что расположение между первым набором линий пути и вторым набором линий пути является регулярным, и расположение перекрестков пути также является регулярным. Когда положение пиксельного уровня перекрестков пути известно, приблизительное положение других перекрестков пути на биочипе можно получить согласно правилам. Затем выполняют коррекцию пиксельного уровня на других перекрестках пути, чтобы получить положение пиксельного уровня других перекрестков пути.

[0056] S107: положение линии пути пиксельного уровня корректируют посредством способа центра тяжести, чтобы получить положение субпиксельного уровня линии пути.

[0057] В этом варианте осуществления, приводя в качестве примера вертикальное направление, получают локальную область линии пути пиксельного уровня. Область шириной 3 пикселя и длиной 50 пикселей можно выбрать как локальную область линии пути пиксельного уровня. Получают центр тяжести локальной области линии пути пиксельного уровня. Линия пути, проходящая через центр тяжести вдоль вертикального направления, представляет собой линию пути субпиксельного уровня, то есть положение субпиксельного уровня линии пути получают в соответствии с центром тяжести. Аналогично получают положение субпиксельного уровня линии пути вдоль горизонтального направления, и перекресток пути линий пути субпиксельного уровня представляет собой перекресток пути субпиксельного уровня.

[0058] S108: положения субпиксельного уровня сайтов, равномерно распределенных на биочипе, получают посредством способа разделения сетками равного размера.

[0059] В этом варианте осуществления получают блочную область, образованную перекрестками пути двух соседних линий пути субпиксельного уровня вдоль первого направления и второго направления. Сайты расположены на блочной области согласно заданному правилу. Положение субпиксельного уровня всех сайтов на блочной области может быть получено посредством способа разделения сетками равного размера.

[0060] В способе совмещения изображений флуоресценции настоящего изобретения получают по меньшей мере одно изображение флуоресценции биочипа. Выбирают внутреннюю локальную область изображения флуоресценции. Получают суммы значений пикселей во внутренней локальной области изображения флуоресценции вдоль первого направления и второго направления. В соответствии с шаблонным параметром выбирают некоторое количество первых шаблонных линий. Первые шаблонные линии обходят суммы значений пикселей вдоль первого направления и второго направления, чтобы найти минимальное общее значение сумм значений пикселей, соответствующих первым шаблонным линиям. Положение минимального общего значения соответствует положению линии пути. На локальной области каждой линии пути выполняют коррекцию пиксельного уровня. Перекресток пути линий пути после коррекции пиксельного уровня представляет собой перекресток пути пиксельного уровня. Другие перекрестки пути на биочипе получают согласно перекресткам пути пиксельного уровня, и коррекцию пиксельного уровня выполняют на других перекрестках пути. Положение линии пути пиксельного уровня корректируют посредством способа центра тяжести, чтобы получить положение субпиксельного уровня линии пути. Положения субпиксельного уровня сайтов, равномерно распределенных на биочипе, получают посредством способа разделения сетками равного размера. С помощью варианта осуществления настоящего изобретения операцию позиционирования и совмещения флуоресцентной группы на флуоресцентном изображении можно оптимизировать.

[0061] Приведенное выше описание объясняет способ, представленный в настоящем изобретении. Далее объясняется вариант осуществления прибора или устройства для секвенирования генов согласно настоящему изобретению.

[0062] В варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрен прибор для секвенирования генов, который содержит запоминающее устройство, процессор и компьютерную программу, хранящуюся в запоминающем устройстве и исполняемую процессором. Процессор исполняет программу так, чтобы выполнять этапы способа совмещения изображений флуоресценции. Следует отметить, что прибор для секвенирования генов может содержать платформу чипа, оптическую систему и систему жидкостного контура. Платформа чипа может поддерживать биочип. Оптическая система может захватывать изображения флуоресценции. Система жидкостного контура может выполнять биохимические реакции с использованием заданных реагентов.

[0063] На фиг. 2 представлена схема варианта осуществления прибора для секвенирования генов согласно настоящему изобретению. Обращаясь к фиг. 2, прибор 1 для секвенирования генов содержит запоминающее устройство 10 для хранения системы 100 секвенирования генов. Система 100 секвенирования генов может получать по меньшей мере одно изображение флуоресценции биочипа. Выбирают внутреннюю локальную область изображения флуоресценции. Получают суммы значений пикселей во внутренней локальной области изображения флуоресценции вдоль первого направления и второго направления. В соответствии с шаблонным параметром выбирают некоторое количество первых шаблонных линий. Первые шаблонные линии обходят суммы значений пикселей вдоль первого направления и второго направления соответственно, чтобы найти минимальное общее значение сумм значений пикселей, соответствующих первым шаблонным линиям. Положение минимального общего значения соответствует линии пути. На локальной области каждой линии пути выполняют коррекцию пиксельного уровня. Перекресток пути линий пути после коррекции пиксельного уровня представляет собой перекресток пути пиксельного уровня. Другие перекрестки пути на биочипе получают согласно перекресткам пути пиксельного уровня, и коррекцию пиксельного уровня выполняют на других перекрестках пути. Положение линии пути пиксельного уровня корректируют посредством способа центра тяжести, чтобы получить положение субпиксельного уровня линии пути. Положения субпиксельного уровня сайтов, равномерно распределенных на биочипе, получают посредством способа разделения сетками равного размера. Позиционирование и совмещение флуоресцентных групп на флуоресцентных изображениях в настоящем изобретении являются оптимизированными.

[0064] В этом варианте осуществления прибор 1 для секвенирования генов может также содержать экран 20 дисплея и процессор 30. Запоминающее устройство 10 и экран 20 дисплея могут быть электрически соединены с процессором 30.

[0065] Запоминающее устройство 10 может представлять собой устройство хранения любого из разных типов для хранения различных данных. Например, запоминающее устройство 10 может представлять собой запоминающее устройство или внутренний накопитель прибора 1 для секвенирования генов. Запоминающее устройство 10 также может представлять собой карту памяти, которая может быть подключена к прибору 1 для секвенирования генов, такую как флеш-память, карта SM (Smart Media Card) или карта SD (Secure Digital Card, Secure digital card). В дополнение, запоминающее устройство 10 может содержать высокоскоростное оперативное запоминающее устройство и может также содержать энергонезависимое запоминающее устройство, такое как жесткий диск, запоминающее устройство, подключаемый жесткий диск; карту памяти с микросхемой (Smart Media Card, SMC), карту Secure Digital (SD), флеш-карту, по меньшей мере одно устройство хранения на магнитном диске, устройство флеш-памяти или другое энергозависимое твердотельное устройство хранения. Запоминающее устройство 10 может хранить данные различных типов, например, различные типы приложений, установленных на приборе 1 для секвенирования генов, и данные для настройки или данные, полученные из указанного выше способа совмещения изображений флуоресценции.

[0066] Экран 20 дисплея установлен в приборе 1 для секвенирования генов для отображения информации.

[0067] Процессор 30 может исполнять способ совмещения изображений флуоресценции и различное программное обеспечение, установленное на приборе 1 для секвенирования генов, такое как операционная система и прикладное программное обеспечение/программное обеспечение для отображения. Процессор 30 включает, но без ограничения, центральное процессорное устройство (Central Processing Unit, CPU), микроконтроллерное устройство (Micro Controller Unit, MCU) и другие устройства для интерпретации компьютерных команд и обработки данных в компьютерном программном обеспечении.

[0068] Система 100 секвенирования генов может содержать один или более модулей. Один или более модулей хранятся в запоминающем устройстве 10 прибора 1 для секвенирования генов и могут исполняться одним или более процессорами (то есть процессором 30 в этом варианте осуществления) для реализации варианта осуществления настоящего изобретения. Например, обращаясь к фиг. 3, система 100 секвенирования генов может содержать модуль 11 получения изображений, модуль 12 выбора области, модуль 13 получения суммы значений пикселей, модуль 14 нахождения минимального общего значения, модуль 15 коррекции пиксельного уровня, модуль 16 получения других перекрестков пути, модуль 17 коррекции центра тяжести и модуль 18 получения сайта субпиксельного уровня. Модули, упоминаемые в этом варианте осуществления настоящего изобретения, могут представлять собой программные сегменты, которые выполняют конкретную функцию. Модуль является больше подходящим для описания исполнения программного обеспечения в процессоре, чем программа.

[0069] Понятно, что на основе каждого варианта осуществления вышеописанного способа совмещения флуоресцентных изображений прибор 1 для секвенирования генов может содержать некоторые или все из модулей, показанных на фиг. 3. Функции каждого модуля являются следующими. Следует отметить, что те же объекты и связанные пояснения, приведенные в указанных выше вариантах осуществления способа совмещения изображений флуоресценции, также могут быть применены к следующим представлениям функций каждого модуля. Они не повторяются здесь в целях краткости и во избежание повторения.

[0070] Модуль 11 получения изображений приспособлен для получения по меньшей мере одного изображения флуоресценции биочипа.

[0071] Модуль 12 выбора области приспособлен для выбора внутренней локальной области изображения флуоресценции.

[0072] Модуль 13 получения суммы значений пикселей приспособлен для получения сумм значений пикселей во внутренней локальной области изображения флуоресценции вдоль первого направления и второго направления. Первое направление перпендикулярно второму направлению.

[0073] Модуль 14 нахождения минимального общего значения приспособлен для выбора некоторого количества первых шаблонных линий в соответствии с шаблонным параметром. Первые шаблонные линии обходят суммы значений пикселей вдоль первого направления и второго направления соответственно, чтобы найти минимальное общее значение сумм значений пикселей, соответствующих первым шаблонным линиям. Положение минимального общего значения соответствует положению линии пути.

[0074] Модуль 15 коррекции пиксельного уровня приспособлен для выполнения коррекции пиксельного уровня на локальной области каждой линии пути. Перекресток пути линий пути после коррекции пиксельного уровня представляет собой перекресток пути пиксельного уровня.

[0075] Модуль 16 получения других перекрестков пути приспособлен для получения других перекрестков пути на биочипе согласно перекресткам пути пиксельного уровня и выполнения коррекции пиксельного уровня на других перекрестках пути.

[0076] Модуль 17 коррекции центра тяжести приспособлен для коррекции положения линии пути пиксельного уровня посредством способа центра тяжести, чтобы получать положение субпиксельного уровня линии пути.

[0077] Модуль 18 получения сайта субпиксельного уровня приспособлен для получения положений субпиксельного уровня сайтов, равномерно распределенных на биочипе, посредством способа разделения сетками равного размера.

[0078] Настоящее изобретение дополнительно предусматривает вариант осуществления энергонезависимой машиночитаемой запоминающей среды, на которой хранится компьютерная программа. Этапы способа совмещения изображений флуоресценции в любом описанном выше варианте осуществления выполняются, когда компьютерная программа исполняется процессором.

[0079] Если система секвенирования генов, прибор для секвенирования генов и модули/блоки, встроенные в компьютерное оборудование, реализованы в форме функциональных блоков программного обеспечения и продаются или используются как независимые продукты, они могут храниться в машиночитаемой запоминающей среде. На основании этого часть или все этапы вышеописанного способа также могут быть выполнены посредством компьютерной программы под командованием соответствующего аппаратного обеспечения. Компьютерная программа может храниться в машиночитаемой запоминающей среде. Этапы указанного выше способа могут выполняться, когда программа исполняется процессором. Компьютерная программа содержит компьютерный программный код, который имеет форму исходного кода, объектного кода, исполняемого файла или некоторые промежуточные формы. Машиночитаемая запоминающая среда может включать любые объект или устройство, способные содержать компьютерный программный код, среду записи, U-диск, переносной жесткий диск, магнитный диск, оптический диск, компьютерное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативное запоминающее устройство (RAM), электрический несущий сигнал, телекоммуникационный сигнал и носитель для распространения программного обеспечения.

[0080] Процессор может представлять собой центральное процессорное устройство (Central Processing Unit, CPU) или другой процессор общего назначения, процессор цифровой обработки сигналов (Digital Signal Processor, DSP), специализированную интегральную схему (ASIC), готовую программируемую вентильную матрицу (FPGA) или другое программируемое логическое устройство, логический элемент на дискретных компонентах, транзисторное логическое устройство или дискретный аппаратный компонент. Процессор общего назначения может представлять собой микропроцессор или любой традиционный процессор. Процессор является центром управления системы секвенирования генов и прибора для секвенирования генов. Различные интерфейсы и линии используются для соединения вместе разных частей всей системы секвенирования генов/прибора для секвенирования генов.

[0081] В запоминающем устройстве могут храниться компьютерная программа и/или модули. Процессор может запускать или исполнять компьютерную программу и/или модули, хранящиеся в запоминающем устройстве, и также вызывать данные, хранящиеся в запоминающем устройстве, чтобы выполнять функции системы секвенирования генов/прибора для секвенирования генов. Запоминающее устройство может содержать область хранения программ и область хранения данных. В области хранения программ может храниться операционная система, прикладная программа, требующаяся для по меньшей мере одной функции (такой как функция воспроизведения звука, функция отображения изображений и т. д.). В дополнение, запоминающее устройство может содержать высокоскоростное оперативное запоминающее устройство и может также содержать энергонезависимое запоминающее устройство, такое как жесткий диск, запоминающее устройство, подключаемый жесткий диск; карту памяти с микросхемой (SMC), карту Secure Digital (SD), флеш-карту, по меньшей мере одно устройство хранения на магнитном диске, устройство флеш-памяти или другое энергозависимое твердотельное устройство хранения.

[0082] Обращаясь к фиг. 4A и фиг. 4B, на фиг. 4A представлена схема варианта осуществления части изображения флуоресценции согласно настоящему изобретению. На фиг. 4B представлена увеличенная схема части, представленной на фиг. 4A. Флуоресцентные группы распределены на биочипе согласно заданному правилу. Флуоресцентные группы формируют в некоторых положениях на биочипе посредством особых схемы и процесса. Как показано на фиг. 4A, когда флуоресцентные группы являются яркими в случайных положениях больше чем 25 % (четыре основания сбалансированы), проступают несветящиеся граничные линии. Обращаясь к фиг. 4A, две граничные линии расположены вдоль горизонтального направления (на положение граничной линии указывает черная стрелка), и три граничные линии расположены вдоль вертикального направления. Граничные линии вдоль горизонтального и вертикального направлений увеличены, как показано на фиг. 4B. Приводя в качестве примера вертикальное направление, каждая проступившая граничная линия может состоять из трех положений флуоресцентных групп. Флуоресцентные группы в центральном ряду являются яркими, а флуоресцентные группы по обеим сторонам от центрального ряда не являются яркими. Флуоресцентные группы в центральном ряду формируют линию пути, а флуоресцентные группы по обеим сторонам от центрального ряда формируют темную линию. Понятно, что проступившая граничная линия может содержать линию пути и темные линии по обеим сторонам от линии пути. Ссылка на биохимический матричный чип, раскрытый в поданной согласно PCT патентной заявке PCT/US2011/050047, обеспечит лучшее понимание расположения сайтов и линий пути на биочипе.

[0083] Обращаясь к фиг. 5A и фиг. 5B, на фиг. 5A представлена схема варианта осуществления внутренней локальной области изображения флуоресценции согласно настоящему изобретению. На фиг. 5B представлен график, на котором показаны суммы значений пикселей вдоль вертикального направления внутренней локальной области, представленной на фиг. 5A. Как показано на фиг. 5A, область, составляющая 80 % ширины вдоль первого направления и 10 % длины вдоль второго направления изображения флуоресценции, выбрана как внутренняя локальная область изображения флуоресценции (то есть часть, очерченная белой прямоугольной рамкой). Во внутренней локальной области изображения флуоресценции включены четыре граничные линии вдоль вертикального направления и две граничные линии вдоль горизонтального направления. Приводя в качестве примера вертикальное направление, вычисляют суммы значений пикселей внутренней локальной области изображения флуоресценции вдоль вертикального направления. Как показано на фиг. 5B, горизонтальная ось, представленная на фиг. 5B, представляет координаты пикселей во внутренней локальной области флуоресцентного изображения на биочипе, а вертикальная ось представляет суммы значений пикселей по серой шкале. Четыре минимальных суммы значений пикселей содержатся на фиг. 5B и соответствуют четырем граничным линиям вдоль вертикального направления во внутренней локальной области изображения флуоресценции. Положение, отмеченное черным эллиптическим значком, представляет собой вторую граничную линию вдоль вертикального направления во внутренней частичной области изображения флуоресценции (в направлении слева направо), как показано на фиг. 5A.

[0084] Обращаясь к фиг. 6A, фиг. 6B и фиг. 6C, на фиг. 6A представлен график, на котором показаны три первых шаблонных линии, осуществляющих поиск сумм значений пикселей, представленных на фиг. 5B. На фиг. 6B представлен другой график, на котором показаны три первых шаблонных линии, осуществляющих поиск сумм значений пикселей, представленных на фиг. 5B. На фиг. 6C представлен еще один график, на котором показаны три первых шаблонных линии, осуществляющих поиск сумм значений пикселей, представленных на фиг. 5B. Три первых шаблонных линии последовательно производят поиск сумм значений пикселей. Расстояния между каждыми двумя первыми шаблонными линиями являются постоянными, но отличающимися друг от друга. Например, расстояние между первой шаблонной линией и второй шаблонной линией меньше, чем расстояние между второй первой шаблонной линией и третьей первой шаблонной линией. Как показано на фиг. 6A и фиг. 6C, три первых шаблонных линии в один момент времени не находятся в положениях минимальных сумм значений пикселей. Как показано на фиг. 6B, все три первых шаблонных линии находятся в положениях минимальных сумм значений пикселей (в направлении слева направо). В это время общее значение сумм значений пикселей трех первых шаблонных линий является минимальным. Положение минимального общего значения суммы значений пикселей является приблизительным положением линии пути. В отношении поиска сумм значений пикселей на фиг. 5B посредством трех первых шаблонных линий можно понять, что три виртуальных первых шаблонных линии с фиксированным промежутком между ними могут перемещаться слева направо так, чтобы проходить кривую сумм значений пикселей, представленную на фиг. 5B, при этом суммы значений пикселей считываются (то есть их обходят) тремя первыми шаблонными линиями в положениях, которые они проходят. Затем вычисляют общее значение трех сумм значений пикселей, и это общее значение добавляют на график, представленный на фиг. 7. Каждый раз, когда получают общее значение, это общее значение добавляют к вертикальной ординате, соответствующей положению левой первой шаблонной линии.

[0085] Обращаясь к фиг. 7, показано общее значение сумм значений пикселей, соответствующих трем первым шаблонным линиям. Как показано на фиг. 7, черный круг соответствует положению, в котором общее значение сумм значений пикселей трех первых шаблонных линий является минимальным. Положение минимального общего значения соответствует приблизительному положению линии пути.

[0086] Обращаясь к фиг. 8A, 8B и 8C, на фиг. 8A представлена схема части линии пути согласно настоящему изобретению. На фиг. 8B представлен график, на котором показаны суммы значений пикселей части линии пути вдоль вертикального направления. На фиг. 8C представлен увеличенный график выбранной области, представленной на фиг. 8B. Как показано на фиг. 8A, локальная область линии пути очерчена белой прямоугольной рамкой, и ее обходят для нахождения сумм значений пикселей локальной области линии пути вдоль одного направления (то есть горизонтального или вертикального направления). Приводя в качестве примера вертикальное направление, как показано на фиг. 8B, W-образная линия (отмеченная черным эллипсом) содержится в суммах значений пикселей локальной области линии пути вдоль вертикального направления. При увеличении W-образной линии в W-образной линии содержатся две впадины и одна вершина, как показано на фиг. 8C. Понятно, что две впадины соответствуют темным линиям по обеим сторонам от линии пути на биочипе, и эта сумма значений пикселей темных линий является наименьшей. Вершина на W-образной линии соответствует линии пути, и эта сумма значений пикселей линии пути является наибольшей.

[0087] Обращаясь к фиг. 9, показано общее значение, полученное суммами значений пикселей, представленными на фиг. 8B. Для сумм значений пикселей локальной области линии пути вдоль вертикального направления, как показано на фиг. 8B, две третьих шаблонных линии с заданным расстоянием, равным четырем, выбраны для обхода сумм значений пикселей локальной области линии пути. Расстояние, равное четырем, выбрано согласно шаблонному параметру биочипа. Получают суммы значений пикселей, соответствующих двум третьим шаблонным линиям, с заданным расстоянием, равным четырем. Затем получают минимальную сумму значений пикселей. Как показано на фиг. 9, минимальная сумма значений пикселей находится между (40, 60) на горизонтальной оси. Положение минимальной суммы значений пикселей соответствует положению пиксельного уровня одной впадины W-образной линии. Положение пиксельного уровня линии пути можно получить в соответствии с положением пиксельного уровня впадины.

[0088] Обращаясь к фиг. 10, показаны другие перекрестки пути, полученные посредством перекрестков пути пиксельного уровня согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг. 10, светло-серые точки обозначают полученные перекрестки пути пиксельного уровня. Расположение первого набора линий пути и второго набора линий пути на биочипе является регулярным. Расположение перекрестков пути линий пути также является регулярным. Когда получено положение пиксельного уровня перекрестков пути, положение других перекрестков пути на биочипе можно получить согласно соответствующим правилам (темно-серые точки обозначают другие перекрестки пути). Полученные положения других перекрестков пути являются примерными положениями, и необходимо выполнить коррекцию пиксельного уровня на других перекрестках пути, чтобы получить положения пиксельного уровня других перекрестков пути.

[0089] Обращаясь к фиг. 11A и 11B, на фиг. 11A представлена схема части линии пути пиксельного уровня. На фиг. 11B представлен график, на котором показаны суммы значений пикселей части линии пути пиксельного уровня вдоль горизонтального направления. Как показано на фиг. 11A, область шириной 3 пикселя и длиной 50 пикселей можно выбрать как локальную область линии пути пиксельного уровня (как очерчено белой линией). Получают центр тяжести локальной области линии пути пиксельного уровня. Линия пути, проходящая через центр тяжести вдоль вертикального направления, является линией пути субпиксельного уровня. Как показано на фиг. 11B, горизонтальная ось представляет координаты пикселей в локальной области линии пути пиксельного уровня вдоль горизонтального направления, а вертикальная ось представляет суммы значений пикселей по серой шкале. Интервал координат горизонтальной оси составляет (0, 2). Сумма значений пикселей является максимальной, когда координата пикселя равна 1, и сумма значений пикселей равна нулю, когда координата пикселя равна 2. Когда координата пикселя равна 0, сумма значений пикселей находится в промежутке (1000, 1200). Используя локальную область линии пути пиксельного уровня, показанную на фиг. 11B, можно определить приблизительное положение центра тяжести на локальной области линии пути пиксельного уровня. Например, центр тяжести находится в самом левом положении локальной области линии пути пиксельного уровня.

[0090] Обращаясь к фиг. 12A и 12B, на фиг. 12A представлена схема положений линии пути пиксельного уровня. На фиг. 12B представлена схема положений линии пути субпиксельного уровня. Как показано на фиг. 12A, положение пиксельного уровня определенной линии пути очерчено черным квадратом. Когда пиксель подразделяют (положение линии пути пиксельного уровня корректируют посредством способа центра тяжести, чтобы получить положение субпиксельного уровня линии пути), получают положение субпиксельного уровня, как показано на фиг. 12B. Светло-серая точка обозначает положение центра тяжести на локальной области линии пути. Понятно, что прямая линия, проходящая через черную точку, является линией пути, и линия пути является линией пути субпиксельного уровня.

[0091] На фиг. 13 представлена схема, на которой показаны субпиксельные положения сайтов, полученные посредством способа разделения сетками равного размера. Обращаясь к фиг. 13, черный круг обозначает перекресток пути линии пути субпиксельного уровня вдоль первого направления и линии пути субпиксельного уровня вдоль второго направления. Положение перекрестка пути является положением субпиксельного уровня. Блочная область между перекрестками пути двух соседних линий пути субпиксельного уровня вдоль первого направления и второго направления. Сайты расположены на блочной области согласно заданному правилу. Субпиксельное положение сайта на блочной области можно получить посредством способа разделения сетками равного размера.

[0092] Следует понимать, что в различных вариантах осуществления настоящего изобретения терминал и способ могут быть реализованы различными путями. Например, система, описанная выше, является лишь иллюстративной. Разделение модулей основано только на логической функции, и другие способы описания модулей также могут быть включены в фактическую реализацию.

[0093] Для специалистов в данной области техники очевидно, что варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены приведенными выше деталями и также могут быть реализованы в других особых формах без отступления от идеи или основных характерных признаков вариантов осуществления настоящего изобретения. Поэтому независимо от точки зрения варианты осуществления следует рассматривать как иллюстративные и неограничивающие. Объем вариантов осуществления настоящего изобретения определен прилагаемой формулой изобретения, а не приведенным выше описанием. Поэтому все изменения в пределах смысла и объема эквивалентных элементов формулы изобретения включены в варианты осуществления настоящего изобретения. Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничивающие формулу изобретения. Множество блоков, модулей или устройств, заявленных в системе, устройстве или терминале согласно формуле изобретения, также могут быть реализованы посредством того же блока, модуля или устройства посредством программного или аппаратного обеспечения.

[0094] Хотя информация и преимущества настоящих вариантов изобретения были изложены в приведенном выше описании вместе с деталями о структурах и функциях настоящих вариантов осуществления, описание является лишь иллюстративным. В детали могут быть внесены изменения, особенно что касается формы, размера и расположения частей, в рамках принципов настоящих приведенных для примера вариантов осуществления в полной мере, обозначенной общепринятым значением терминов, в которых выражена прилагаемая формула изобретения.

Реферат

Изобретение относится к области вычислительной техники для совмещения флуоресцентных изображений. Технический результат заключается в повышении оптимизации работы по позиционированию и совмещению флуоресцентных групп на флуоресцентном изображении. Способ совмещения изображений флуоресценции включает получение изображения флуоресценции биочипа; выбор внутренней локальной области изображения флуоресценции; получение сумм значений пикселей во внутренней локальной области изображения флуоресценции; выбор множества первых шаблонных линий согласно шаблонному параметру; выполнение коррекции пиксельного уровня на локальной области линии пути; получение других перекрестков пути на биочипе согласно перекресткам пути пиксельного уровня и выполнение коррекции пиксельного уровня на других перекрестках пути; корректирование положения линии пути пиксельного уровня; получение положений субпиксельного уровня всех сайтов, равномерно распределенных на биочипе. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 13 ил.

Формула