[發明專利]一種數字PCR微陣列圖像分析方法

在審

• 申請號: 202011638314.6
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112927182A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 唐駿;余躍;肖旻
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/136;G06T7/187;G06T7/62;G06T3/40
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識產權代理事務所(普通合伙) 35222
• 代理人: 郭福利

本發明提供一種數字PCR微陣列圖像分析方法，包括：輸入第一通道熒光圖像，并對其進行預處理；對預處理后的熒光圖像進行圖像分割；識別分割圖像的有效單元，并提有效單元的質心坐標；根據坐標定位并提取第二與第三通道圖像中有效單元，并根據其有效單元統計第二與第三通道圖像中有效單元的熒光信號強度；根據其信號強度，繪制第二與第三通道圖像中反應單元熒光強度的散點圖與柱狀圖，并統計出陽性單元比例并結合泊松分布，計算出原始反應液中目標核酸分子濃度。本發明以第一通道圖像建立掩膜從而間接分析第二通道與第三通道圖像，可有效分析非均勻光照下的多通道數字PCR微陣列圖像，提高了圖像分析的準確度，實現對目標核酸分子絕對定量分析。

技術領域

本發明涉及圖像處理領域，具體而言，涉及一種數字PCR微陣 列圖像分析方法。

背景技術

數字PCR是一種具有高靈敏度、高特異性以及絕對定量的核酸 檢測技術，利用“分而治之”的思想，將PCR反應體系細分成幾萬個 微反應體系，使所有反應體系之間獨立的進行PCR循環擴增反應， 待反應結束后，統計出陽性單元比例，并利用泊松分布便可計算出原始反應液中目標核酸分子的濃度。近年來，隨著芯片制造技術的不斷 發展，通過微加工技術制造出含有數以萬計的微反應單元的芯片。 2013年由Life Techmologies公司推出的QuantastudioTM3D芯片式數 字PCR系統中的芯片已包含兩萬個微單元結構。相比于qPCR可以 不依賴標準曲線作為參照實現絕對定量分析，已經在分子診斷、病毒 檢測以及食品安全等領域得到廣泛應用。然而，對PCR反應之后陽 性單元的統計準確率并不高，目前主要利用圖像處理技術對數字PCR 微陣列圖像中陽性單元進行識別，隨著圖像分析技術的日益更新，對 于熒光圖像的分析主要含有：圖像預處理、圖像分割、圖像識別以及 后期數據分析等，其中起到關鍵作用的是圖像分割算法。當前主要利 用網格化分析法、自動小室定位法以及引入深度學習技術進行分割， 這些方法缺點是只能針對正交垂直分布的微陣列圖像進行分割，不適 用非垂直正交的圖像。而通過Otsu法計算分割閾值或者利用Otsu法 計算雙閾值進行分割均需在圖像光照均勻的情況下進行。而對于光照 不均勻以及圖像模糊的圖像分割準確率低。

因此，針對目前數字PCR圖像分析技術存在分割不準確、識別 率低以及魯棒性弱等問題，開發高準確度數字PCR微陣列圖像分析 方法具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種數字PCR微陣列圖像分析方法，以 解決上述存在的問題。

為實現上述目的，本發明實施例提供一種數字PCR微陣列圖像分 析方法，包括

輸入第一通道熒光圖像，并對其進行預處理；

對預處理后的第一通道熒光圖像進行圖像分割，以獲得分割后圖 像；

識別所述分割圖像的有效單元，并提取所述有效單元的質心位置 坐標；

根據所述有效單元質心位置坐標定位并提取第二通道與第三通 道圖像中有效單元，并根據所述第二通道與第三通道圖像中有效單元 統計所述第二通道與第三通道圖像中有效單元的熒光信號強度；

根據所述第二通道與第三通道圖像中有效單元熒光信號強度，繪 制第二通道與第三通道圖像中反應單元熒光強度分布的散點圖與柱 狀圖，并統計出陽性單元比例；

基于所述陽性單元比例并結合泊松分布，計算出原始反應液中目 標核酸分子濃度。

進一步的，輸入第一通道熒光圖像，并對其進行預處理具體為：

將所述第一通道熒光圖像進行灰度處理；

將灰度處理后的圖像進行雙線性插值處理，以獲得雙線性插值結 果；

基于所述雙線性插值結果，將所述所述第一通道熒光圖像進行圖 像增強處理；

將圖像增強后的圖像依次進行中值濾波與高斯濾波，以完成預處 理。