[發(fā)明專利]基于機(jī)器視覺的生物芯片點(diǎn)樣過程實(shí)時檢測系統(tǒng)及分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910194410.3
• 申請日: 2009-08-21
• 公開（公告）號: CN101839688A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田涌濤;霍哲;黃平;梁心
• 申請（專利權(quán)）人: 上海銘源數(shù)康生物芯片有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/28;G01B9/00;G06T7/00
• 代理公司: 上海天翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31224
• 代理人: 陳學(xué)雯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種針對生物芯片點(diǎn)樣過程的機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)，尤其涉及基于機(jī)器視覺的生物芯片點(diǎn)樣過程實(shí)時檢測系統(tǒng)及分析方法，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對生物芯片制造過程的自動化質(zhì)量監(jiān)控和實(shí)時分析，屬于生物芯片技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

生物芯片的出現(xiàn)是近年來高新技術(shù)領(lǐng)域中極具時代特征的重大進(jìn)展，是物理學(xué)、微電子學(xué)與分子生物學(xué)綜合交叉形成的高新技術(shù)。生物芯片技術(shù)通過微加工工藝在厘米見方的芯片上集成有成千上萬個與生命相關(guān)的信息分子，它可以對生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)中的各種生物化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行集成，從而實(shí)現(xiàn)對基因、配體、抗原等生物活性物質(zhì)進(jìn)行高效快捷的測試和分析。利用生物芯片技術(shù)，通過自動化的檢測軟件，能夠在短時間內(nèi)分析大量的生物分子，使人們快速準(zhǔn)確地獲取樣品中的生物信息，一次可以對被檢測對象進(jìn)行多個指標(biāo)的檢驗(yàn)，效率是傳統(tǒng)檢測手段的成百上千倍。

點(diǎn)樣法是生物芯片制備的一種重要方法，該方法將抗體、探針、PCR技術(shù)擴(kuò)增cDNA或基因組DNA等不同探針樣品，通過由陣列復(fù)制器或陣列點(diǎn)樣機(jī)及電腦控制的機(jī)器人，準(zhǔn)確、快速地定量點(diǎn)樣于帶正電荷的尼龍膜或硅片等相應(yīng)位置上。點(diǎn)樣的方式分兩種，其一為接觸式點(diǎn)樣，即點(diǎn)樣針直接與固相支持物表面接觸，將樣品留在固相支持物上；其二為非接觸式點(diǎn)樣，即噴點(diǎn)，它是以壓電原理將樣品通過毛細(xì)管直接噴至固相支持物表面。打印法的優(yōu)點(diǎn)是探針密度高；缺點(diǎn)是定量準(zhǔn)確性及重現(xiàn)性不好，打印針易堵塞且使用壽命有限。噴印法的優(yōu)點(diǎn)是定量準(zhǔn)確，重現(xiàn)性好，使用壽命長；缺點(diǎn)是噴印的斑點(diǎn)大，因此探針密度低。點(diǎn)樣機(jī)器人有一套計(jì)算機(jī)控制三維移動裝置、多個打印/噴印頭、一個減震底座，上面可放內(nèi)盛探針的多孔板和多個芯片。根據(jù)需要還可以有溫度和濕度控制裝置、針洗滌裝置。打印/噴印針將探針從多孔板取出直接打印或噴印于芯片上。檢驗(yàn)點(diǎn)樣儀是否優(yōu)秀的指標(biāo)包括點(diǎn)樣精度、點(diǎn)樣速度、一次點(diǎn)樣的芯片容量、樣點(diǎn)的均一性、樣品是否有交叉污染及設(shè)備操作的靈活性、簡便性等等。其中，點(diǎn)樣點(diǎn)的大小均一性、形狀均一性、陣列整齊度對芯片的質(zhì)量有重要的影響，對這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時檢測和客觀統(tǒng)計(jì)有非常重要的意義。

目前對點(diǎn)樣過程及效果的評判主要是通過人眼來進(jìn)行的，首先在點(diǎn)樣過程中，操作者緊盯著和視頻顯微鏡連接的監(jiān)視器，由人來判斷是否出現(xiàn)點(diǎn)樣異常；其次在點(diǎn)樣完成之后，操作人員將載有樣品點(diǎn)陣的膜或者其他固相載體交給檢驗(yàn)班組，然后由檢驗(yàn)人員憑其經(jīng)驗(yàn)用肉眼觀測，尋找出個別漏點(diǎn)、形狀畸形、或者與大多數(shù)點(diǎn)大小懸殊較大的點(diǎn)，據(jù)此剔除不合格的芯片，并粗略統(tǒng)計(jì)點(diǎn)樣合格率。這種人工檢測方法的缺點(diǎn)是不客觀(即每個檢驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)都不一樣，當(dāng)時操作者的狀態(tài)也不一樣)，不準(zhǔn)確(都是大致和模糊的估算，沒有量化概念)，不實(shí)時(即不能在點(diǎn)樣過程中判斷是否合格，而是離線判斷，這樣就不能即時根據(jù)點(diǎn)樣效果檢查儀器狀態(tài))，容易使人疲勞易漏檢(生物芯片上的點(diǎn)樣點(diǎn)是大量的、且分布密度很大的，這樣的檢測對象很容易使人疲勞)；總而言之，這種人工檢測的方法費(fèi)時、費(fèi)力、不可靠，沒有自動化程度可言，沒有嚴(yán)密的量化數(shù)據(jù)，不能實(shí)時對點(diǎn)樣過程進(jìn)行自動監(jiān)控，芯片和芯片之間質(zhì)量也無法進(jìn)行比較。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是針對現(xiàn)有人工檢測生物芯片質(zhì)量的方法的缺點(diǎn)，不客觀、不準(zhǔn)確、不實(shí)時、不自動化，芯片和芯片之間質(zhì)量也無法進(jìn)行比較，容易使人疲勞易漏檢，質(zhì)檢人員工作難度大的問題。而提供一種基于機(jī)器視覺的生物芯片點(diǎn)樣過程實(shí)時檢測系統(tǒng)及分析方法，生物芯片點(diǎn)樣過程實(shí)時檢測系統(tǒng)提供了相應(yīng)的智能視覺實(shí)時檢測系統(tǒng)，可以替代現(xiàn)有人工檢測生物芯片質(zhì)量的方法，可以自動化地、實(shí)時地、高速地檢測生物芯片的點(diǎn)樣點(diǎn)狀況，可以實(shí)時提示異常狀況，從而降低了質(zhì)檢人員的工作難度，也對芯片質(zhì)量的量化統(tǒng)計(jì)提供了科學(xué)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明涉及一種針對生物芯片點(diǎn)樣過程的機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)，可以在生物芯片點(diǎn)樣過程中，對相應(yīng)的生物制品點(diǎn)樣點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時抓拍圖像、實(shí)時圖像預(yù)處理、目標(biāo)分割、幾何參數(shù)計(jì)算、報警、保存圖片、給出點(diǎn)樣統(tǒng)計(jì)結(jié)果等。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對生物芯片制造過程的自動化質(zhì)量監(jiān)控和實(shí)時分析，適用于生物芯片。

本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題之二是提供基于上述生物芯片點(diǎn)樣過程實(shí)時檢測系統(tǒng)的分析方法。

作為本發(fā)明第一方面一種基于機(jī)器視覺的生物芯片點(diǎn)樣過程實(shí)時檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

一圖像拍攝設(shè)備，該圖像拍攝設(shè)備跟隨點(diǎn)樣設(shè)備的點(diǎn)樣頭進(jìn)行同步三維運(yùn)動并對點(diǎn)樣區(qū)域進(jìn)行拍攝以獲取點(diǎn)樣區(qū)域圖像；

一圖像采集設(shè)備，該圖像采集設(shè)備與所述圖像拍攝設(shè)備信號連接，對圖像拍攝設(shè)備拍攝的圖像進(jìn)行采集并完成圖像的數(shù)模轉(zhuǎn)換；