CN106770106A - 一种tdi‑cmos荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种TDI‑CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法，包括：在生物芯片上设定一定长度的校准线，通过判断扫描到的校准线图像的长度来判断TDI‑CMOS荧光检测仪器扫描速度是否失配，并据此调整扫描速度，使得TDI‑CMOS荧光检测仪器的工作时序与扫描速度扫描幅度严格配合。本发明的TDI‑CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法可高效地检测生物芯片中的微弱荧光信号并形成高分辨率的图像，促进生物研究的发展。

Description

一种TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法
技术领域
本发明涉及图像采集领域，特别是涉及一种TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法。
背景技术
癌症是人类生命健康的最主要威胁。现每年全球有超过1200万人被确诊为癌症，平均每8个死亡病例中就有1人死于癌症。miRNA是在真核生物中发现的一类内源性的非编码小分子RNA(Ribonucleic Acid，核糖核酸)，调节了人类30％基因功能。成熟的miRNA是平均长度为19-24核苷酸(nt)的单链RNA，其主要功能是在转录后水平调控基因表达，参与了一系列生命活动，包括细胞增殖及凋亡、器官形成、造血过程、发育进程等，与肿瘤的发生、诊断、治疗和预后等有着密切关系。
生物芯片技术采用微量点样等方法，将大量生物大分子有序地固化于支持物(如玻片)的表面，组成密集二维分子排列，然后与已标记的待测生物样品中靶分子杂交，通过荧光信息对杂交信号的强度进行快速、高通量、高效地检测分析，从而判断样品中靶分子的数量，是融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术。目前临床已应用于感染性疾病、遗传性疾病和肿瘤等疾病的诊断。然而，目前生物芯片技术仍然面临检测效率低，特异性差，灵敏度不高的问题。其中一个关键的技术瓶颈是：如何高效地检测生物芯片中的微弱荧光信号并形成高分辨率的图像。
目前常用的检测生物芯片中微弱荧光信号的方法为时间延迟积分技术(TDI，TimeDelay and Integration)，时间延迟积分技术是一种有效拓展CMOS图像传感器积分时间从而提高探测系统信噪比和灵敏度的方法。时间延迟积分型图像传感器的工作原理如图1所示，在成像过程中目标物与图像传感器保持相对运动关系，在第一个积分周期内，目标物在图像传感器某行曝光后读出的光生电荷并不直接读出，而是存储在模拟累加器的采样电容中；在第二个积分周期内，目标物恰好移动到图像传感器下一行象元，再次曝光后得到的光生电荷也会存储在模拟累加器的采样电容中。如此重复直到第N行后，将N次曝光得到的总电荷信号电平，由于对曝光结果的累加过程中，信号是以电压幅度的形式进行叠加，而噪声是以功率的形式进行叠加，也就是说噪声的电压幅度是按照均方根的方式进行相加的，直观上的理解就是信号的能量增长速度大于噪声的能量增长速度，因此随着累加光生信号的次数的增加，系统的信噪比、动态范围和灵敏度等性能也会有很大幅度的改善。因此，时间延迟积分技术可以在保证系统高分辨率的同时增加CMOS图像传感器荧光检测仪的有效积分时间，使系统性能得到改善。
TDI-CMOS图像传感器在工作过程中涉及到扫描，因此其工作时序必须与扫描速度扫描幅度严格配合，如果发生速度失配则会出现扫描图像模糊的现象，如图2所示。
因此，如何解决TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的问题，高效地检测生物芯片中的微弱荧光信号并形成高分辨率的图像，促进生物研究的发展已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法，用于解决现有技术中TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配引起的图像模糊等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法，所述TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法至少包括：
步骤S1：在标定的生物芯片上设定校准线，所述校准线的长度设定为第一数量个像素的长度，其中，所述第一数量为正整数；
步骤S2：对所述校准线进行扫描，获取所述校准线的图像，若所述校准线的图像长度等于所述校准线的长度，则校准完成，扫描速度匹配，可对所述生物芯片上的物质进行扫描成像；若所述校准线的图像长度小于所述校准线的长度，则扫描速度失配，执行步骤S3；若所述校准线的图像长度大于所述校准线的长度，则扫描速度失配，执行步骤S4；
步骤S3：减小扫描速度，并以减小后的扫描速度对所述校准线进行扫描，执行步骤S2；
步骤S4：增大扫描速度，并以增大后的扫描速度对所述校准线进行扫描，执行步骤S2。
优选地，采用微量点样技术在所述生物芯片上绘制荧光剂，以此形成所述校准线。
优选地，通过降低搭载所述TDI-CMOS荧光检测仪器的转动平台的转速来减小扫描速度。
优选地，通过增加搭载所述TDI-CMOS荧光检测仪器的转动平台的转速来增大扫描速度。
如上所述，本发明的TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法，具有以下有益效果：
本发明的TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法在生物芯片上设定一定长度的校准线，通过判断扫描到的校准线图像的长度来判断TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度是否失配，并据此调整扫描速度，使得TDI-CMOS荧光检测仪器的工作时序与扫描速度扫描幅度严格配合，可高效地检测生物芯片中的微弱荧光信号并形成高分辨率的图像，促进生物研究的发展。
附图说明
图1显示为现有技术中的时间延迟积分型图像传感器的工作原理示意图。
图2显示为现有技术中的时间延迟积分型图像传感器扫描速度失配引起图像模糊的原理示意图。
图3显示为本发明的生物芯片荧光检测系统的结构示意图。
图4显示为本发明的时间延迟积分型荧光扫描系统框图。
图5显示为本发明的TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法的流程示意图。
元件标号说明
1 生物芯片
2 激光光源
3 光学镜头
4 光学滤波器路
5 探测器
S1～S4 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图3～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图3所示，生物芯片荧光检测系统主要由生物芯片1、激发光源2、光学镜头3、光学滤波器4和探测器5组成，其中，探测器为TDI-CMOS图像传感器，也可以是其他TDI型的图像传感器。如图4所示，TDI型图像传感器荧光扫描系统分为光学系统、电子学系统、机械系统和软件系统，其中，所述光学系统包括光学镜头；所述电子学系统包括TDI-CMOS图像传感器芯片、图像处理和相机连接接口；所述机械系统包括转动平台；所述软件系统包括参数控制、图像显示、图像处理。光学镜头，光学滤波器和探测器是搭载在转动平台上，通过转动平台的移动实现探测器的扫描。
由于TDI-CMOS图像传感器在工作过程中工作时序与扫描速度不匹配，则会出现扫描图像模糊的现象，本发明提出一种TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法，如图5所示，所述TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法至少包括：
步骤S1：在标定的生物芯片上设定校准线，所述校准线的长度设定为第一数量个像素的长度，其中，所述第一数量为正整数。
具体地，利用荧光剂在所述生物芯片上设定所述校准线，在本实施例中，为了精确供给微量荧光剂，减小所述校准线的长度误差，采用微量点样技术绘制形成所述校准线。
具体地，所述校准线的长度可由技术人员自行设定，在本实施例中，所述校准线的长度设定为100个像素的长度。
步骤S2：对所述校准线进行扫描，获取所述校准线的图像，若所述校准线的图像长度等于所述校准线的长度，则校准完成，扫描速度匹配，可对所述生物芯片上的物质进行扫描成像；若所述校准线的图像长度小于所述校准线的长度，则扫描速度失配，执行步骤S3；若所述校准线的图像长度大于所述校准线的长度，则扫描速度失配，执行步骤S4。
具体地，以初始速度对所述校准线进行扫描，以此获取所述校准线的图像。在本实施例中，所述TDI-CMOS荧光检测仪器的扫描速度由搭载所述TDI-CMOS荧光检测仪器的转动平台的移动速度决定。若所述校准线的图像长度等于100个像素的长度，则扫描速度与工作时序匹配，校准完成，可对所述生物芯片上的物质进行扫描成像，得到的图像不失真。
具体地，若所述校准线的图像长度小于100个像素的长度，则扫描速度过快，与工作时序失配，执行步骤S3。
具体地，若所述校准线的图像长度大于100个像素的长度，则扫描速度过慢，与工作时序失配，执行步骤S4。
步骤S3：减小扫描速度，并以减小后的扫描速度对所述校准线进行扫描，执行步骤S2。
具体地，在本实施例中，通过降低搭载所述TDI-CMOS荧光检测仪器的转动平台的转速来减小扫描速度。调整扫描速度后返回步骤S2，再次对所述校准线进行检测，直至所述校准线的图像长度等于100个像素的长度，完成校准。
步骤S4：增大扫描速度，并以增大后的扫描速度对所述校准线进行扫描，执行步骤S2。
具体地，在本实施例中，通过增加搭载所述TDI-CMOS荧光检测仪器的转动平台的转速来增大扫描速度。调整扫描速度后返回步骤S2，再次对所述校准线进行检测，直至所述校准线的图像长度等于100个像素的长度，完成校准。
本发明的TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法首先检测生物芯片标定样本中校准线的长度，根据校准线长度的变化情况，判定扫描速度的失配情况，如果发现图像锐度发生变化，则判定为扫描速度失配，此时进入扫描速度补偿阶段，从而调整扫描转速，最终达到扫描速度与TDI图像传感器工作时序相吻合的结果。
综上所述，本发明提供一种TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法，包括：步骤S1：在标定的生物芯片上设定校准线，所述校准线的长度设定为第一数量个像素的长度，其中，所述第一数量为正整数；步骤S2：对所述校准线进行扫描，获取所述校准线的图像，若所述校准线的图像长度等于所述校准线的长度，则扫描速度匹配，校准完成，可对所述生物芯片上的物质进行扫描成像；若所述校准线的图像长度小于所述校准线的长度，则扫描速度失配，执行步骤S3；若所述校准线的图像长度大于所述校准线的长度，则扫描速度失配，执行步骤S4；步骤S3：减小扫描速度，并以减小后的扫描速度对所述校准线进行扫描，执行步骤S2；步骤S4：增大扫描速度，并以增大后的扫描速度对所述校准线进行扫描，执行步骤S2。本发明的TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法在生物芯片上设定一定长度的校准线，通过判断扫描到的校准线图像的长度来判断TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度是否失配，并据此调整扫描速度，使得TDI-CMOS荧光检测仪器的工作时序与扫描速度扫描幅度严格配合，可高效地检测生物芯片中的微弱荧光信号并形成高分辨率的图像，促进生物研究的发展。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法，其特征在于，所述TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法至少包括：
步骤S1：在标定的生物芯片上设定校准线，所述校准线的长度设定为第一数量个像素的长度，其中，所述第一数量为正整数；
步骤S2：对所述校准线进行扫描，获取所述校准线的图像，若所述校准线的图像长度等于所述校准线的长度，则扫描速度匹配，校准完成，可对所述生物芯片上的物质进行扫描成像；若所述校准线的图像长度小于所述校准线的长度，则扫描速度失配，执行步骤S3；若所述校准线的图像长度大于所述校准线的长度，则扫描速度失配，执行步骤S4；
步骤S3：减小扫描速度，并以减小后的扫描速度对所述校准线进行扫描，执行步骤S2；
步骤S4：增大扫描速度，并以增大后的扫描速度对所述校准线进行扫描，执行步骤S2。
2.根据权利要求1所述的TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法，其特征在于：采用微量点样技术在所述生物芯片上绘制荧光剂，以此形成所述校准线。
3.根据权利要求1所述的TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法，其特征在于：通过降低搭载所述TDI-CMOS荧光检测仪器的转动平台的转速来减小扫描速度。
4.根据权利要求1所述的TDI-CMOS荧光检测仪器扫描速度失配的补偿方法，其特征在于：通过增加搭载所述TDI-CMOS荧光检测仪器的转动平台的转速来增大扫描速度。
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