CN104560697A - 一种基因组拷贝数不稳定性的检测装置 - Google Patents

一种基因组拷贝数不稳定性的检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及医学检测技术领域，公开了一种基因组拷贝数不稳定性的检测装置，包括：测序单元，对待检者浆样中的游离DNA全基因组测序，得到待检样每个基因组窗口的测序条数；计算单元，根据待检样每个基因组窗口的测序条数，计算每个基因组窗口的拷贝数变异值；统计分析单元，对每个基因组窗口的拷贝数变异值进行统计，分析是否存在基因组拷贝数不稳定性。装置检测得到的基因组拷贝数不稳定性可进一步用于判断待检者罹患癌症的风险。发明的检测装置将分子生物学测序技术与生物信息分析技术结合，通过对血液中游离DNA进行检测，达到对染色体拷贝数异常情况的识别，由此来判断待检者是否罹患癌症，实现了对癌症的早期无创筛查。

Description

一种基因组拷贝数不稳定性的检测装置
技术领域
本发明涉及医学检测技术领域，特别涉及一种可检测基因组拷贝数不稳定性，进而应用于癌症早期诊断筛查的装置。
背景技术
癌症是恶性肿瘤的统称，癌细胞的特点是无限制、无止境地增生，使患者体内的营养物质被大量消耗；癌细胞释放出多种毒素，使人体产生一系列症状；癌细胞还可转移到全身各处生长繁殖，导致人体消瘦、无力、贫血、食欲不振、发热，最终还可破坏组织、器官的结构和功能，引起坏死出血合并感染，患者最终由于器官功能衰竭而死亡。
目前针对癌症常见的诊断方式，主要是采用X光、内窥镜、超声波、PET-CT等诊断手段发现体内病兆，但通过仪器可发现的大多是病兆在几厘米以上的癌症，发现之时该肿瘤组织往往已经对正常组织造成了损伤，甚至已错过了最佳治疗时机。因此，医学领域一直在寻求癌症早期诊断的方法。癌症的早期诊断是指专门针对癌症早期患者的诊断方法，其目的在于早发现早治疗，从而减轻患者痛苦和精神、经济负担，争取通过癌症早期诊断治疗让癌症患者早日康复。
虽然目前已有报道通过高通量测序对癌症病人的基因进行检测，用以指导癌症治疗用药以及作为癌症早筛标准，但该技术的检测对象是肿瘤组织的基因突变位点，主要的应用是发现癌症病人肿瘤组织的突变情况、以便进行个性化治疗。由于不同癌症病人的基因发生突变的位点不一样、突变的频率也有差异，因此很难确定癌症的判别标准，将上述技术用于癌症筛查时的特异性和准确率均不高。
人体血液中存在大量游离的DNA(cfDNA，cell free DNA)，它们主要来自体细胞的凋亡、坏死或主动释放。目前已知癌症病人的cfDNA含量显著高于正常人，平均约为正常人的三倍以上。癌症病人的cfDNA中有一部分来自于肿瘤组织，这部分DNA也被称为ctDNA(circulating tumor DNA)，在癌症发展的早期就能检测到。因此，通过检测癌症病人血液中的ctDNA，来了解肿瘤组织中的基因突变情况，是早期癌症筛查的一个新思路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于分子生物学测序技术，对血液中的游离DNA进行全基因组测序，通过识别染色体拷贝数异常情况来判断受检者的血浆游离DNA是否存在基因组拷贝数的不稳定性的装置，利用该装置的检测结果可判断受检者罹患癌症的风险。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置包括：测序单元，其对待检者浆中的游离DNA进行全基因组测序，得到待检样本每个基因组窗口的测序条数；计算单元，其根据待检样本每个基因组窗口的测序条数，计算待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值；统计分析单元，其对待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值进行统计，分析待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性；其中，基因组窗口的定义为：将人类基因组序列分割成首尾相连、互不重叠且大小相同的片段，每个片段为一个基因组窗口。进一步地，统计分析单元根据待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性，判断待检者罹患癌症的风险。
本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，将分子生物学测序技术与生物信息分析技术相结合，可实现对癌症的早期诊断。使用该装置进行癌症筛查时，只需抽取检测对象的血液样本，从血浆中抽提游离的DNA作为待检样本，通过装置中的测序单元对游离DNA进行全基因组测序、然后通过装置中的计算单元和统计分析单元对测序结果中所得出的“在某一特定大小的基因组窗口内的测序条数”进行计算和统计分析，以“基因组拷贝数不稳定性作”为指标，来判别待检者是否处于癌症高危状态，从而实现癌症的早期无创筛查或治疗效果评估。由于几乎所有的恶性实体瘤都存在染色体拷贝数变异，通过分子生物学测序结果中每个染色体对应的测序条数，即可以反映染色体的异常情况。染色体水平的异常也是判断良性和恶性肿瘤的重要指标，所以本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置既具备癌症的特异性(在各类疾病中只有恶性肿瘤存在染色体异常)，也具备对各类癌症的通用性(几乎所有的癌症都存在染色体异常情况)。
与现有的癌症检查技术相比，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置具备以下特点：(1)无创：通过抽血来进行检测，对受检者的身体没有伤害，整个检查过程几乎没有痛苦；(2)早期筛查：利用该装置能比影像诊断早几个月发现肿瘤组织；(3)适用面广：能够发现几乎所有的实体瘤；(4)准确率和灵敏度高：基于基因水平进行检测，不易发生误诊；(5)实时监控：游离DNA(cfDNA)在体内的半衰期为16分钟至1小时，因此本装置的检测结果还能作为肿瘤术后或治疗效果评估的实时指标。
优选地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置中，所定义的每一个基因组窗口的大小可以为20Kb～10Mb。在本装置的检测过程中，这些首尾相连、互不重叠且大小相同的基因组窗口，每一个均是独立的分析单元，窗口大小的划分可根据筛查案例的实际情况来确定。例如，可以参考人类基因组参考序列GRCh38，将其分割成首位相连且互不重叠的窗口：如每个窗口的大小为100K个碱基对，则得到约为3万个基因组窗口；如每个窗口的大小为1Mb个碱基对，则得到约为3千个基因组窗口。
可选地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，测序单元可包括高通量测序模块或基因芯片模块。当测序单元包括高通量测序模块时，该高通量测序模块进一步包括建库试剂盒和高通量测序试剂盒；该高通量测序模块对待检血浆样本中的游离DNA进行全基因组高通量测序，得到每个基因组窗口的测序条数。本装置中的高通量测序模块可选择适用于各种高通量测序技术平台的建库试剂盒和高通量测序试剂盒，例如Illumina、454、Life Technologies和PacBio等主流或其它高通量测序平台。
此外，也可以用基因芯片测序来代替高通量测序，以实现本发明的检测目的。当测序单元包括基因芯片模块时，该基因芯片模块进一步包括基因芯片和杂交信号检测器；该基因芯片模块对待检血浆样本中的游离DNA进行杂交测序，并检测每个基因组窗口的杂交信号强弱值，根据杂交信号强弱值定量出每个基因组窗口的测序条数。其中，上述的杂交信号可以为荧光信号，则杂交信号检测器为荧光信号检测器。高通量测序技术或基因芯片技术都可实现本发明的目的，相比之下，基因芯片模块的成本更低，但高通量测序模块的检测准确率较高。
进一步地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，计算单元包括数据库模块和计算模块，该数据库模块提供：以一组健康人群血浆中的游离DNA作为对照样本群，以测序单元相同的方法对该对照样本群进行全基因组测序，所得到对照样本群每个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数的百分比数和对照样本群每个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数的百分比数的标准差。对于上述数据库模块，首先需要在模块中进行“数据库的搭建”，即选择对一组健康人群(例如某一年龄段内，经过传统方法检测没有癌症发生发展迹象的健康人)进行血液游离DNA的全基因组测序，测序的方法和对基因组窗口的划分规则与测序单元中一致，在进行质量控制之后对该对照样本群统计每个基因组窗口的平均测序条数以及所有基因组窗口的平均总测序条数。
优选地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，计算模块根据下式计算待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值：Zn＝(Tn-Mn)/SDn，其中，Zn为待检样本第n个基因组窗口的拷贝数变异值，Mn为对照样本群第n个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数的百分比数，Tn为待检样本第n个基因组窗口的测序条数占待检样本所有基因组窗口总测序条数的百分比数，SDn为对照样本群第n个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数百分比数的标准差，n为自然数。上述将待检样本每个基因组窗口的测序条数，与健康人群所提供的对照样本群每个基因组窗口的平均测序条数进行比较和计算，即得出待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值Zn。
可选地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，统计分析单元对待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值进行统计，分析待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的步骤为：选取待检样本i个绝对值最大的拷贝数变异值，对该i个拷贝数变异值的绝对值进行统计运算，得到ZM值，对ZM值设定阈值进行比较，得出待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的结论，其中，i为自然数。在该种统计方法中，对该i个拷贝数变异值的绝对值进行统计运算的方式可以为求和、取平均值或取乘积等。
可选地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，统计分析单元对待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值进行统计，分析待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的步骤也可以为：计算待检样本所有基因组窗口的拷贝数变异值分布的标准差ZS值，对ZS值设定阈值进行比较，得出待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的结论。
可选地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，统计分析单元对待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值进行统计，分析待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的步骤还可以为：对待检样本所有基因组窗口的拷贝数变异值的绝对值进行加和，得到ZA值，对ZA值设定阈值进行比较，得出待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的结论。
上述提供了三种对待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值进行统计，分析待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的方法，这三种方法的最终的目的均是通过对待检样本基因组窗口的拷贝数变异值的选择和统计，确定待检样本的基因组拷贝数不稳定性，由此判别癌症状况。这三种方法中，ZM值考虑了变异程度最高的i个窗口，ZS值考虑了所有窗口的变异程度波动，而ZA值考了所有窗口的变异程度，从不同方面对基因组拷贝数不稳定性进行评价。
进一步优选地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置的测序单元中，还包括质检模块，其在对待检者血浆中的游离DNA进行全基因组测序之前，进行DNA浓度和片段大小的质检。更进一步优选地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置的测序单元中，还包括数据优化模块和/或数据正态化模块，其对测序数据进行优化和/或正态化处理。例如利用正态化模块对测序数据去除串联重复序列干扰、并对GC含量进行校准；以及利用数据优化模块将经过质检流程的测序条数与人类参考基因组进行比对，通过设定单位序列允许错配个数、是否只留unique序列等。上述增设质检模块、数据优化模块和/或数据正态化模块的目的，均是希望提高测序数据用于后续的计算和统计分析过程中的准确性和可靠性。
还进一步优选地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置的计算单元中，对每一个基因组窗口分别匹配权重，在计算待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值时，根据所述权重进行校正。对各个基因组窗口权重的分配，可以根据该基因组窗口的GC含量高低、是否含有基因、是否存在拷贝数变异、是否存在重复序列、有多少单核苷酸多态性(SNP)位点以及是否存在已知的癌症相关基因等特点来进行衡量和分配；通过不同的权重匹配，可增强那些对于筛查癌症至关重要的基因组窗口的测序数据在后续计算和统计分析过程中的影响力，使得最终得出的基因组拷贝数不稳定性的显著性和说明力更好。
此外，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，还可以进一步包含样本制备单元，其用于从待检者静脉抽取外周血，并分离得到血浆中的游离DNA。上述的样本制备单元可包含静脉采血针、真空采血管、血液抗凝剂EDTA、血细胞保护剂和血浆游离DNA纯化试剂盒。样本制备单元的增设，可使本发明的基因组拷贝数不稳定性的检测装置在结构组成和功能上更为完整全面。
综上所述，本发明提供了一种基因组拷贝数不稳定性的检测装置，并首次提出了一个用来筛查癌症的理想指标：基因组拷贝数不稳定性。本装置基于分子生物学测序技术和后续的生物信息学分析，通过检测血浆中的染色体结构和拷贝数变异，用来判别待检者罹患癌症的风险。只要是符合本筛查装置的检测流程(通过抽血、检测血液中的游离DNA，以染色体结构和拷贝数变异为指标，来识别是否有癌症发生)，无论是否采用高通量测序技术或基因芯片技术、是否采用本专利描述的生物信息学分析方法中用到的参数，都应该受到本专利的保护。
附图说明
图1是实施例3中对抽提后的DNA样品进行质检的峰图；
图2是实施例3中15名待检者的Zn分布情况统计图；
图3是实施例3中15名待检者的ZA值统计图；
图4是实施例4中15名待检者的ZM值统计图；
图5是实施例5中15名待检者的ZS值统计图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
实施例1 基于高通量测序的基因组拷贝数不稳定性的检测装置
一种基因组拷贝数不稳定性的检测装置，包括样本制备单元、测序单元、计算单元和统计分析单元，其中：
样本制备单元包括一次性静脉采血针、一次性真空采血管、血液抗凝剂EDTA、血细胞保护剂、血浆游离DNA纯化试剂盒，用于从待检者静脉抽取外周血，并分离得到其血浆中的游离DNA；
测序单元包括质检模块、高通量测序模块以及数据优化模块，且高通量测序模块包括建库试剂盒和高通量测序试剂盒。质检模块用于对待检者血浆中的游离DNA进行全基因组测序之前，进行DNA浓度和片段大小的质检；高通量测序模块用于对待检血浆样本中的游离DNA进行全基因组高通量测序，得到每个基因组窗口的测序条带数；数据优化模块用于对高通量测序数据进行优化；
计算单元包括，包括数据库模块和计算模块，数据库模块提供：以一组健康人群血浆中的游离DNA作为对照样本群，以所述测序单元相同的方法对所述对照样本群进行全基因组测序，所得到对照样本群每个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数的百分比数和对照样本群每个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数的百分比数的标准差。(其中，“对照样本群每个基因组窗口的平均测序条数”是指：在对照样本群的各个不同个体中，某一个基因组窗口的测序条数的平均值；“对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数”是指：对照样本群的各个不同个体中，所有基因组窗口的总测序条数的平均值。)计算模块用于：将待检样本每个基因组窗口的测序条数，与数据库模块所提供的数据进行比较计算，得出待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值；
统计分析单元，对待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值进行统计，分析待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性，由此判断待检者罹患癌症的风险。
实施例2 基于基因芯片的基因组拷贝数不稳定性的检测装置
本实施例中涉及的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其结构组成与实施例1中的基因组拷贝数不稳定性的检测装置基本相同，也包括样本制备单元、测序单元、计算单元和统计分析单元，不同之处在于：本实施例的装置在测序单元中，以基因芯片模块替代了实施例1中的高通量测序模块，且基因芯片模块包括基因芯片和荧光信号检测器；所述基因芯片模块对待检血浆样本中的游离DNA进行杂交测序，并通过荧光信号检测器检测每个基因组窗口的荧光信号强弱值，从而定量出每个基因组窗口的测序条带数。
实施例3 采用实施例1装置进行癌症筛查的试验例(统计ZA值)
本实施例涉及采用实施例1的基于高通量测序的基因组拷贝数不稳定性的检测装置进行癌症筛查的试验例。
一、对数据库模块进行数据库搭建
1.将人类基因组参考序列GRCh38切割成首位相连且不重叠的基因组窗口，每个基因组窗口的大小为1Mb个碱基对，每个基因组窗口都是一个独立的分析单位。
2.对上述约3000个基因组窗口，根据其GC含量高低、是否含有基因、是否存在拷贝数变异、是否存在重复序列、有多少单核苷酸多态性(SNP)位点以及是否存在已知的癌症相关基因等特点，分别匹配权重。
3.对一组30岁以内，并且经过传统方法检测没有癌症发生发展迹象的健康人进行血液游离DNA的全基因组高通量测序(具体步骤与下述筛查检测中的测序步骤相同)，在进行质量控制之后统计每个基因组窗口在不同个体间的平均测序条数占所有基因组窗口的平均总测序条数的百分比数(Mn)，以及每个基因组窗口的平均测序条数占所有基因组窗口的平均总测序条数的百分比数的标准差(SDn)，n表示3000个窗口中的第n个窗口。
4.将上述数据储存在数据库模块中备用。
二、筛查检测
1.使用制备单元分别抽取15名受检者的静脉血5ml，分离血浆，并从血浆中提取游离的DNA片段，作为待检样本：
分离血浆的方法：将5ml静脉血在1000rpm/min条件下离心10分钟，将上层血浆取出后在8000rpm/min条件下再离心10分钟，并吸取上层血浆进行DNA抽提；
提取游离的DNA片段采用：凯杰公司的DNA抽提试剂盒QIAamp DNABlood Mini Kit(cat.no.51104)进行。
2.使用质检模块对待检样本的DNA片段进行浓度和片段大小的质检：
质检标准：用TBS380对抽提后的DNA进行定量，总量达到5ng的样本为合格样本。用Agilent 2100 Bioanalyzer对抽提后的DNA进行片段大小质检，在180bp处有峰的样品为合格样品(如附图1所示)。
3.使用高通量测序模块对质检合格的DNA进行高通量测序，每个样品得到至少20M的reads数，高通量测序步骤简述如下：
建库步骤：
将提取的DNA末端补平并进行5’端磷酸化：将DNA 32μl、NEXTflexEnd Repair&Adenylation Buffer Mix 15μl、NEXTflex End Repair&Adenylation Enzyme Mix 3μl混合后，在22℃温浴20分钟(试剂为BiooScientific的样本准备试剂盒NEXTflex Rapid DNA Sequencing Kit提供)。温浴后72℃20min灭活酶。
末端悬A：接着在体系中继续加入NEXTflex Ligation Enzyme Mix 2.5ul和NEXTflex DNA Barcode Adapter(0.6μM)2.5μl，混匀，22℃孵育15min(试剂为Bioo Scientific的样本准备试剂盒NEXTflex Rapid DNA Sequencing Kit提供)。温浴后采用AMPure XP beads(由Beckman公司提供)纯化DNA连接产物。
文库富集：将36ul DNA连接产物，12μl NEXTflex PCR Master Mix和2ul NEXTflex Primer Mix混合后，进行14轮PCR循环，98℃ 2 minutes后，98℃ 30s，65℃ 30s，72℃ 60s，最后72℃ 4℃(试剂为Bioo Scientific的样本准备试剂盒NEXTflex Rapid DNA Sequencing Kit提供)。采用琼脂糖电泳方式筛选文库大小，使用QIAquick Gel Extraction Kit(货号：28706)回收文库，即制得可供测序的文库。
文库质控：取1μl文库样品，借助Promega公司的QuantiFluorTM-ST荧光定量系统，用dsDNA定量试剂盒(dsDNAQuantitation Reagent)进行浓度检测，3ng起始建库。
高通量测序步骤：
将建得的文库配合使用高通量测序试剂盒SE50在Illumina HiSeq 2500测序平台上进行高通量测序，通过序列比对得到每个基因组窗口的测序条数。
4.使用数据优化模块将高通量测序数据进行质检和优化；将经过质检优化的reads数与人类参考基因组进行比对，每50bp的序列容错2个mismatches；
5.将人类基因组按1Mb个碱基对的大小分成约3000个基因组窗口，根据高通量测序结果，得到每个基因组窗口对应的测序条数；
6.使用计算单元根据下式计算待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值Zn：
Zn＝(Tn-Mn)/SDn，
其中，Zn为待检样本第n个基因组窗口的拷贝数变异值，Mn为对照样本群第n个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数的百分比数，Tn为待检样本第n个基因组窗口的测序条数占待检样本所有基因组窗口总测序条数的百分比数，SDn为对照样本群第n个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数的百分比数的标准差，n为自然数。
7.将待检者的约3000个基因组窗口的Zn值按其基因组上的位置进行排列(附图1为15名待检者的Zn分布情况统计图)，可以看到基因组的拷贝数变异情况。Zn值接近0的窗口，说明该位置拷贝数正常；Zn值为正数，说明该窗口拷贝数高于正常人；Zn值为负数，说明该窗口的拷贝数少于正常人。Zn值绝对值越高，说明变异的情况越剧烈。附图2中可初步推测，前11个样本为健康人样本，后4个样本为癌症病人样本。
8.本实施例中，统计分析单元在获取到计算单元计算出的待检样本每个基因组窗口的Zn值之后，将所有窗口的Zn值的绝对值相加得到ZA值。然后，对ZA值设定阈值进行比较，得出待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的结论：大于ZA值上阀值(5000)的为癌症病人，小于ZA值下阀值(3500)的为非癌症病人。附图3为15名待检者的ZA值统计图，前11名待检者(1～11)为健康人，后4名待检者(12～15)为癌症病人。健康人的ZA值全部低于3500，癌症病人的ZA值全部高于5000。
实施例4 采用实施例1装置进行癌症筛查的试验例(统计ZM值)
本实施例仍涉及采用实施例1的基于高通量测序的基因组拷贝数不稳定性检测装置装置进行癌症筛查的试验例，其试验步骤与实施例3基本相同，区别只是在于统计分析单元的统计方法不同。
使用统计分析单元对待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值进行统计，分析待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性，本实施例中所采用的统计方法为：选取待检样本300个绝对值最大的拷贝数变异值，对300个拷贝数变异值的绝对值进行求和，得到ZM值，对ZM值设定阈值，以350作为下阈值，450作为上阈值，得出待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的结论：大于ZM值上阀值的为癌症病人，小于ZM值下阀值的为非癌症病人，ZM值处于上下阀值间的病人，再进行下一步中标准差ZS值的计算，来判别癌症状况。附图4是15名待检者的ZM值统计图。前11名待检者(1～11)为健康人，后4名待检者(12～15)为癌症病人。健康人的ZM值全部低于350，癌症病人的ZM值全部高于450。
实施例5 采用实施例1装置进行癌症筛查的试验例(统计ZS值)
本实施例仍涉及采用实施例1的基于高通量测序的基因组拷贝数不稳定性检测装置进行癌症筛查的试验例，其试验步骤与实施例3基本相同，区别只是在于统计分析单元的统计方法不同。
本实施例中，统计分析单元在获取到计算单元计算出的待检样本每个基因组窗口的Zn值之后，再对所有窗口的Zn值统计出其标准差，得到ZS值。然后，对ZS值设定阈值进行比较，得出待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的结论：大于ZS值上阀值(1.5)的为癌症病人，小于ZS值下阀值(1.0)的为非癌症病人。附图5是15名待检者的ZS值统计图，前11名待检者(1～11)为健康人，后4名待检者(12～15)为癌症病人。健康人的ZS值全部低于1.0，癌症病人的ZS值全部高于1.5。
实施例6 采用实施例2装置进行癌症筛查的试验例
本实施例涉及采用实施例2中的基于基因芯片的基因组拷贝数不稳定性检测装置进行筛查检测的试验例，其试验步骤与实施例3基本相同，区别只是在于测序单元并不是对待检样品进行高通量测序，而是通过基因芯片进行杂交测序，然后通过荧光信号检测器检测出荧光信号强弱值，从而定量出待检样本每个基因组窗口的测序条带数。
具体来说，通过基因芯片的杂交测序得出每个基因组窗口测序条数的步骤简述如下：
1.将每个窗口对应的荧光信号强度转化为数值；
2.对每个样本所有窗口的荧光信号值进行正态化处理；
3.将每个窗口的荧光信号强度与对照组的对应窗口的荧光信号值进行计算，得到Zn值，计算方法与高通量模块一致。
将计算得到的每个窗口的Zn值进行处理，分别得到ZM值，ZA值和ZS值，按照阀值进行判别。最后得出了与实施例3相同的检测结果，验证了本发明的装置中，无论采用高通量测序模块还是采用基因芯片模块作为测序单元的组成部分，均能实现本发明的目的。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。15 -->

Claims (18)

1.一种基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，包括：
测序单元，其对待检者血浆样本中的游离DNA进行全基因组测序，得到待检样本每个基因组窗口的测序条数，
计算单元，其根据待检样本每个基因组窗口的测序条数，计算待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值，
统计分析单元，其对待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值进行统计，分析待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性；
其中，所述的基因组窗口为：将人类基因组序列分割成首尾相连、互不重叠且大小相同的片段，每个片段为一个基因组窗口。
2.根据权利要求1所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述统计分析单元根据待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性，判断待检者罹患癌症的风险。
3.根据权利要求1所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，每一个所述基因组窗口的大小为20Kb～10Mb。
4.根据权利要求1所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述测序单元包括高通量测序模块或基因芯片模块。
5.根据权利要求4所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述高通量测序模块包括建库试剂盒和高通量测序试剂盒；所述高通量测序模块对待检者血浆样本中的游离DNA进行全基因组高通量测序，得到每个基因组窗口的测序条数。
6.根据权利要求4所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述基因芯片模块包括基因芯片和杂交信号检测器；所述基因芯片模块对待检者血浆样本中的游离DNA进行杂交测序，并以每个基因组窗口的杂交信号强弱值定量出每个基因组窗口的测序条数。
7.根据权利要求6所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述杂交信号为荧光信号。
8.根据权利要求1所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述计算单元包括数据库模块和计算模块，所述数据库模块提供：以一组健康人群血浆中的游离DNA作为对照样本群，以所述测序单元相同的方法对所述对照样本群进行全基因组测序，所得到对照样本群每个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数的百分比数和对照样本群每个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数的百分比数的标准差。
9.根据权利要求8所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述计算模块根据下式计算待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值：
Zn＝(Tn-Mn)/SDn，
其中，Zn为待检样本第n个基因组窗口的拷贝数变异值，Mn为对照样本群第n个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数的百分比数，Tn为待检样本第n个基因组窗口的测序条数占待检样本所有基因组窗口总测序条数的百分比数，SDn为对照样本群第n个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数百分比数的标准差，n为自然数。
10.根据权利要求1所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述统计分析单元对待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值进行统计，分析待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的步骤为：
选取待检样本i个绝对值最大的拷贝数变异值，对所述i个拷贝数变异值的绝对值进行统计运算，得到ZM值，对ZM值设定阈值进行比较，得出待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的结论，
其中，i为自然数。
11.根据权利要求10所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述对i个拷贝数变异值的绝对值进行统计运算的方式为求和、取平均值或取乘积。
12.根据权利要求1所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述统计分析单元对待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值进行统计，分析待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的步骤为：
计算待检样本所有基因组窗口的拷贝数变异值分布的标准差ZS值，对ZS值设定阈值进行比较，得出待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的结论。
13.根据权利要求1所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述统计分析单元对待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值进行统计，分析待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的步骤为：
对待检样本所有基因组窗口的拷贝数变异值的绝对值进行加和，得到ZA值，对ZA值设定阈值进行比较，得出待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性的结论。
14.根据权利要求1所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述测序单元中，还包括质检模块，其在对待检者血浆样本中的游离DNA进行全基因组测序之前，进行DNA浓度和片段大小的质检。
15.根据权利要求1所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述测序单元中，还包括数据优化模块和/或数据正态化模块，其对测序数据进行优化和/或正态化处理。
16.根据权利要求1所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述计算单元中，对每一个基因组窗口分别匹配权重，在计算待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值时，根据所述权重进行校正。
17.根据权利要求1所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，还包括样本制备单元，其用于从待检者静脉抽取外周血，并分离得到血浆中的游离DNA。
18.根据权利要求17所述的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，其特征在于，所述样本制备单元包含静脉采血针、真空采血管、血液抗凝剂EDTA、血细胞保护剂和血浆游离DNA纯化试剂盒。
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