CN117392679B - 一种自动标记pcr胶图的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自动标记PCR胶图的方法和系统，所述的方法包括数据采集和存储、数据输入、自动标记PCR胶图、存储并输出标记后胶图和鉴定结果，所述的自动标记PCR胶图包括根据预设参数自动标记PCR胶图中的所有条带并提取胶图中的条带信息，结合参考样本判断待检测样本基因型。本发明所述的技术方案显著提高了PCR结果鉴定的即时性、准确性和便捷性，提高了整体工作效率。
Description
技术领域
本发明属于生物信息学领域，具体涉及一种自动分析PCR胶图的系统和方法。
背景技术
聚合酶链式反应（PCR）是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA复制。随着转基因技术的发展，在生命科学及交叉学科的发展中，伴随着大量转基因动物的使用，小鼠基于其与人类基因的高度同源性、繁殖能力强、基因编辑工具齐全受到广泛的使用。PCR技术在转基因小鼠的鉴定中发挥至关重要的作用，帮助研究者快速区分目的转基因动物和野生动物，保证使用的准确性。除此之外，在分子生物学领域也需要使用PCR技术判断分子扩增效果。
当使用PCR方法进行鉴定时，DNA片段经过扩增后，使用电泳仪对DNA长度进行分离，结合凝胶成像仪，拍摄PCR胶图判断DNA扩增片段大小。目前，对于PCR胶图的判断主要通过人工的方式，将获得的样品的品系和编号信息逐个标记在胶图上，保存标记好的胶图，并人为判断每个样本的鉴定结果，手动记录鉴定结果。首先，在个过程中无论是在胶图中手动录入样品的相关信息，还是手动记录鉴定结果，容易造成人为失误；其次，对鉴定结果的人为判定依赖经验，容易造成误判；最后，当样品量较大时，在胶图上手动标记样品信息耗费时间，效率低下且容易出错。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种自动PCR胶图标记的方法及系统，将PCR胶图与图像处理技术进行有机结合，采用图像分割提取条带，自动标记匹配参考样品条带，分析PCR结果。本发明提供技术方案提高PCR结果鉴定的即时性、准确性、便捷性，提高整体工作效率。
本发明第一方面，提供一种自动标记PCR胶图的方法，所述的方法包括：
步骤一：数据采集和存储，所述的数据包括PCR胶图和样本信息；
步骤二：输入步骤一采集的数据；
步骤三：根据预设参数自动标记PCR胶图中的所有条带；
步骤四：存储并输出标记后的胶图和鉴定结果。
所述步骤一中的数据采集和存储包括PCR胶图的采集和存储、样本信息的采集和存储，储所述的PCR胶图的采集包括生物仪器获取的PCR胶图，所述的生物仪器包括PCR扩增仪、电泳仪或凝胶成像仪中的一种或两种以上，所述的PCR扩增仪用于遗传物质扩增，所述的电泳仪用于在凝胶上分离DNA大小，所述凝胶成像仪用于采集PCR胶图。
所述的样本信息包括扫码器获取的样品所有人、品系、品系编号，进一步的，样本信息的读取可以通过使用扫码枪扫描样品的二维码，或者直接对接到其他产生样品信息的系统中直接获取。
所述的PCR胶图中包括待检测样本和参考样本，所述的参考样本包括阳性样品、B6小鼠样品、阴性样品，所述的参考样本出现在待检测样本之后。
所述的PCR胶图中还包括DNA marker条带，所述的DNA marker条带出现在待检测样本之前或参考样本之后。所述的步骤三中的预设参数包括原始胶图模板中每行可容纳的条带数量和原始胶图共有的排数，所述的步骤三包括以下步骤：
步骤3.1）：量化条带宽度和条带的最大长度；
步骤3.2）：依据步骤3.1）的长度标准化截取图像大小，并量化截取后图像的条带宽度和最大长度，对图像以条带范围进行分割；
步骤3.3）：依据步骤3.2）的图像分区，对每个分区进行图像提取，获得每个分区内条带的位置坐标，并标记条带位置；
步骤3.4）：依据步骤3.3）的条带位置，标记参考样本位置，所述的参考样本包括阳性样品、模式动物样品和阴性样品；优选的，所述模式动物样品为小鼠B6样品。
步骤3.5）：依据步骤3.3）和步骤3.4）的条带位置，分析样品鉴定结果。
所述的分析样品鉴定结果包括比较样品条带位置与参考样品条带位置是否是同一行，生成判定结果。判定结果的值初始为0，当样品条带与阳性样本相当（10 px范围内），初始值加10，如果与B6样本相当，判定结果的值加1，如果完全没有条带，值为0。当判定结果只区分“阴性”和“阳性”，当结果大于等于10为“阳性”，小于10为“阴性”。如果需要进一步区分“纯合”、“杂合”结果，当值为“10”，表示“纯合”，当值为“11”，表示杂合，其它情况，均判定为“阴性”。
所述的步骤三还包括整合相同样本的多个基因型，所述的整合相同样本的多个基因型包括将当前胶图中已经标记的位置信息复制到另一个胶图的相同位置，产生相同样本的多个分析结果。
所述的步骤三中还包括手动补充自动标记遗漏的条带。
所述的步骤四中存储并输出标记后的胶图和鉴定结果包括标记后的图像以“.png”格式存储并输出，鉴定结果以“.xlsx”格式存储并输出，所述的存储并输出的文件的名称包括实验室、送样人姓名、日期、品系名称、起始编号和结束编号。
本发明第二方面，提供一种自动标记PCR胶图的系统，所述的系统包括：
数据采集和存储模块；所述的数据包括PCR胶图数据和样本信息；
自动标记PCR胶图模块；
数据存储和输出模块。
所述的数据采集和存储模块包括PCR胶图采集和存储模块、样品信息采集和存储模块。
所述的PCR胶图采集和存储模块包括PCR扩增仪、电泳仪、凝胶成像仪；所述的样品信息采集和存储模块包括扫码器，所述的扫码器采集样品所有人、品系、品系编号。
所述的PCR胶图中包括待检测样本和参考样本，所述的参考样本包括阳性样品、B6小鼠样品、阴性对照，所述的参考样本出现的待检测样本之后。
所述的PCR胶图中还包括DNA marker条带，所述的DNA marker条带出现在待检测样本之前或参考样本之后。
所述的自动标记PCR胶图模块还包括数据输入模块，所述的数据输入模块包括输入PCR胶图数据和样本信息。
所述的自动标记PCR胶图模块用于接收PCR胶图和样品信息，并根据预设参数自动标记并提取胶图中的条带信息判断样品的鉴定结论。
所述的预设参数包括原始胶图模板中每行可容纳的条带数量和原始胶图共有的排数。
所述的自动标记PCR胶图模块包括云计算模块和数据通讯模块，所述的云计算模块可通过互联网与数据采集和存储模块进行数据交互，所述的数据通讯模块可直接选择待分析的胶图和样品信息文件。
所述的自动标记PCR胶图模块对样本检测过程中，包括将待分析的部分胶图按照条带宽度以及每行胶图的宽度，划分为多个区域，对每个区域内的条带单独进行提取和标记，具体步骤包括：
步骤一：量化条带宽度和条带的最大长度；
步骤二：依据步骤一的长度标准化截取图像大小，并量化截取后图像的条带宽度和最大长度，对图像以条带范围进行分割；
步骤三：依据步骤二的图像分区，对每个分区进行图像提取，获得每个分区内条带的位置坐标，并标记条带位置，确定样品的起始位置后，即可按从小到大的编号顺序，自动标记所有样本的基因型、位置和编号信息；
步骤四：依据步骤三的条带位置，标记参考样本位置，根据设置的参考样本类型，在标记样本后方通过点击参考样本类型添加；
步骤五：依据步骤三和步骤四的条带位置，分析样品鉴定结果，生成鉴定结果时，比较样品条带位置与参考样品条带位置是否是同一行，生成判定结果。判定结果的值初始为0，当样品条带与阳性样本相当（10 px范围内），初始值加10，如果与B6样本相当，判定结果的值加1，如果完全没有条带，值为0。当判定结果只区分“阴性”和“阳性”，当结果大于等于10为“阳性”，如果需要进一步区分“纯合”、“杂合”结果，当值为“10”，表示“纯合”，当值为“11”，表示杂合，其它情况，均判定为“阴性”。
所述的自动标记PCR胶图模块包括整合相同样本的多个基因型，所述的整合相同样本的多个基因型包括将当前胶图中已经标记的位置信息复制到另一个胶图的相同位置，产生相同样本的多个分析结果。
所述的自动标记PCR胶图模块还包括手动标记模块，所述的手动标记模块用于补充自动标记模块遗漏的条带。
所述的自动标记PCR胶图模块包括根据参考样本自动生成每个样本对应的鉴定结果。所述的存储和输出模块包括存储和输出标记后的胶图和鉴定结果。
本发明提供的一种自动标记PCR胶图的系统和方法与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）采用自动提取样本信息的方法，有助于降低人工信息录入过程中的误差，同时提高信息录入的效率；
（2）采用自动标记PCR胶图条带的方式，可提高识别效率。同时增加的手动标记模块作为辅助，提高系统容错。
（3）根据标记条带，自动判断生成判定结果，降低人为主观意识判断，提高客观性准确定。
总之，本发明提出了一种符合胶图分析逻辑，准确度更高，提高分析效率的PCR胶图标记系统和方法，其具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为自动标记PCR胶图系统的结构图
图2为自动标记PCR胶图系统的方法流程图
图3为自动标记PCR胶图模块界面
图4为自动标记PCR胶图程序的标记结果
图5为基因型鉴定判定结果
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
以下，将通过具体实施例对本发明提供的自动PCR胶图标记系统和方法作详细说明。
实施例1：一种自动标记PCR胶图的方法
本发明提供一种自动标记PCR胶图的方法，包括以下步骤：步骤一：数据采集和存储；步骤二：输入步骤一采集的数据；步骤三：根据预设参数自动标记PCR胶图中的所有条带；步骤四：存储并输出标记后的胶图和鉴定结果（见图2）。下面分别介绍各个步骤的具体流程：
步骤一：数据采集和存储，具体包括PCR胶图的采集和存储、样本信息的采集和存储。PCR胶图的采集和存储为生物仪器获取的数据，包括PCR扩增仪、电泳仪、凝胶成像仪，PCR扩增仪用于遗传物质扩增，电泳仪用于在凝胶上分离DNA分子，凝胶成像仪用于采集PCR胶图。
样本信息包括扫码器获取的样品所有人、品系、品系编号，进一步的，样本信息的读取可以通过使用扫码枪扫描样品的二维码，或者直接对接到其他产生样品信息的系统中直接获取。
所述的PCR胶图中的样本包括待检测样本和参考样本，参考样本包括阳性样品、B6小鼠样品（非必须）、阴性样品，参考样本出现在待检测样本之后。
进一步的，PCR胶图中还包括DNA marker条带，出现在待检测样本之前或参考样本之后。
步骤二：输入步骤一采集的数据，包括输入PCR胶图数据和样本信息数据。
步骤三：根据预设参数自动标记PCR胶图中所有条带，预设参数包括原始胶图模板中每行可容纳的条带数量和原始胶图共有的排数，原始胶图大小为1280×1024px，每个胶图包含3行，每行可容纳25个样本。
自动进行PCR胶图检测过程中，将待分析的部分胶图按照条带宽度以及每行胶图的宽度，划分为多个区域，对每个区域内的条带单独进行提取和标记，具体步骤包括：
步骤3.1）量化条带宽度和条带的最大长度；
步骤3.2）：依据步骤3.1）的长度标准化截取图像大小，并量化截取后图像的条带宽度和最大长度，对图像以条带范围进行分割；
步骤3.3）：依据步骤3.2）的图像分区，对每个分区进行图像提取，获得每个分区内条带的位置坐标，并标记条带位置，确定样品的起始位置后，即可按从小到大的编号顺序，自动标记所有样本的基因型、位置和编号信息；
步骤3.4）：依据步骤3.3）的条带位置，标记参考样本位置，根据设置的参考样本类型，在标记样本后方通过点击参考样本类型添加；
步骤3.5）：依据步骤3.3）和步骤3.4）的条带位置，分析样品鉴定结果，生成鉴定结果时，比较样品条带位置与参考样品条带位置是否是同一行，生成判定结果。判定结果的值初始为0，当样品条带与阳性样本相当（10 px范围内），初始值加10，如果与B6样本相当，判定结果的值加1，如果完全没有条带，值为0。当判定结果只区分“阴性”和“阳性”，当结果大于等于10为“阳性”，如果需要进一步区分“纯合”、“杂合”结果，当值为“10”，表示“纯合”，当值为“11”，表示杂合，其它情况，均判定为“阴性”。
如果相同样本包括多种基因型，自动标记PCR胶图步骤可将当前胶图中已经标记的位置信息到另一个胶图的相同位置，整合同一样本的多个基因型结果，产生相同样本的多个分析结果。
进一步的，步骤三中若出现自动标记遗漏的条带，可通过手动补充遗漏条带的标记。
步骤四：存储并输出标记后的胶图和鉴定结果，具体的，标识后的图像、判定的结果分别保存为“.png”和“.xlsx”格式，保存文件的名称包括实验室、送样人姓名、日期、品系名称、起始编号、结束编号。
实施例2：一种自动标记PCR胶图的系统
本发明还提供一种自动标记PCR胶图的系统，如图1所示，所述的系统包括数据采集和存储模块，自动标记PCR胶图模块，数据存储和输出模块。
进一步的，数据采集和存储模块包括PCR胶图采集和存储模块、样品信息采集和存储模块。
进一步的，PCR胶图采集和存储模块包括PCR扩增仪、电泳仪、凝胶成像仪；样品信息采集和存储模块包括扫码器，所述的扫码器采集样品所有人、品系、品系编号。
所述的PCR胶图中的样本包括待检测样本和参考样本，参考样本包括阳性样品、B6小鼠样品（非必须）、阴性样品，参考样本出现在检测样本之后。
进一步的，PCR胶图中还包括DNA marker条带，出现在待检测样本之前或参考样本之后。
自动标记PCR胶图模块包括数据输入模块，进一步的，数据输入模块包括输入PCR胶图数据和样本信息数据，自动标记PCR胶图模块界面如图3所示。
自动标记PCR胶图模块包括云计算模块和数据通讯模块。
进一步的，云计算模块可通过互联网与数据采集和存储模块进行数据交互，数据通讯模块可直接选择待分析的胶图和样品信息文件。
自动标记PCR胶图模块根据预设参数自动标记所有条带，所述的预设参数包括原始胶图模板中每行可容纳的条带数量和原始胶图共有的排数，原始胶图大小为1280×1024px，每个胶图包含3行，每行可容纳25个样本。
自动标记PCR胶图模块对样本检测过程中，将待分析的部分胶图按照条带宽度以及每行胶图的宽度，划分为多个区域，对每个区域内的条带单独进行提取和标记，具体步骤包括：
步骤一：量化条带宽度和条带的最大长度；
步骤二：依据步骤一的长度标准化截取图像大小，并量化截取后图像的条带宽度和最大长度，对图像以条带范围进行分割；
步骤三：依据步骤二的图像分区，对每个分区进行图像提取，获得每个分区内条带的位置坐标，并标记条带位置，确定样品的起始位置后，即可按从小到大的编号顺序，自动标记所有样本的基因型、位置和编号信息；
步骤四：依据步骤三的条带位置，标记参考样本位置，根据设置的参考样本类型，在标记样本后方通过点击参考样本类型添加；
步骤五：依据步骤三和步骤四的条带位置，分析样品鉴定结果，生成鉴定结果时，比较样品条带位置与参考样品条带位置是否是同一行，生成判定结果。判定结果的值初始为0，当样品条带与阳性样本相当（10 px范围内），初始值加10，如果与B6样本相当，判定结果的值加1，如果完全没有条带，值为0。当判定结果只区分“阴性”和“阳性”，当结果大于等于10为“阳性”，如果需要进一步区分“纯合”、“杂合”结果，当值为“10”，表示“纯合”，当值为“11”，表示杂合，其它情况，均判定为“阴性”。
如果相同样本包括多种基因型，自动标记PCR胶图模块还包括整合相同样本的多个基因型，所述的整合相同样本的多个基因型包括将当前胶图中已经标记的位置信息复制到另一个胶图的相同位置，产生相同样本的多个分析结果。
进一步的，自动标记PCR胶图模块还包括手动补充模块，若出现自动标记遗漏的条带，可通过手动标记补充遗漏条带的标记。
数据存储和出入模块包括存储并输出标记后的胶图（图4）和鉴定结果（图5），具体的，标识后的图像、判定的结果分别保存为“.png”和“.xlsx”格式，保存文件的名称包括实验室、送样人姓名、日期、品系名称、起始编号、结束编号。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (11)
1.一种自动标记PCR胶图的方法，其特征在于，所述的方法包括：
步骤一：数据采集和存储，所述的数据包括PCR胶图和样本信息；
步骤二：输入步骤一采集的数据；
步骤三：根据预设参数自动标记PCR胶图中的所有条带，所述的预设参数包括原始胶图模板中每行可容纳的条带数量和原始胶图共有的排数；所述的步骤三包括：
步骤3.1）：量化条带宽度和条带的最大长度；
步骤3.2）：依据步骤3.1）的长度标准化截取图像大小，并量化截取后图像的条带宽度和最大长度，对图像以条带范围进行分割；
步骤3.3）：依据步骤3.2）的图像分区，对每个分区进行图像提取，获得每个分区内条带的位置坐标，并标记条带位置；
步骤3.4）：依据步骤3.3）的条带位置，标记参考样本位置；
步骤3.5）：依据步骤3.3）和步骤3.4）的条带位置，分析样品鉴定结果；
步骤四：存储并输出标记后的胶图和鉴定结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中的数据采集和存储包括采集选定原始胶图，所述的样本信息包括样品所有人、品系、品系编号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3.4）中参考样本包括阳性样品、B6小鼠样品和阴性样品；
所述的步骤3.5）中鉴定结果包括样品条带与阳性样品相同即为阳性，与阴性样品相同即为阴性，所述的样品为阳性时，鉴定结果还包括阳性样品为纯合或杂合属性。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤三还包括整合相同样本的多个基因型，所述的整合相同样本的多个基因型包括将当前胶图中已经标记的位置信息复制到另一个胶图的相同位置，产生相同样本的多个分析结果。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤三中还包括手动补充自动标记遗漏的条带。
6.一种自动标记PCR胶图的系统，其特征在于，所述的系统包括：
数据采集和存储模块；所述的数据包括PCR胶图数据和样本信息；
数据输入模块；
自动标记PCR胶图模块，所述的自动标记PCR胶图模块根据预设参数自动标记所有条带，所述的预设参数包括原始胶图模板中每行可容纳的条带数量和原始胶图共有的排数，所述的自动标记PCR胶图模块包括：
步骤一：量化条带宽度和条带的最大长度；
步骤二：依据步骤一的长度标准化截取图像大小，并量化截取后图像的条带宽度和最大长度，对图像以条带范围进行分割；
步骤三：依据步骤二的图像分区，对每个分区进行图像提取，获得每个分区内条带的位置坐标，并标记条带位置；
步骤四：依据步骤三的条带位置，标记参考样本位置；
步骤五：依据步骤三和步骤四的条带位置，分析样品鉴定结果；
数据存储和输出模块。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的数据采集和存储模块包括PCR胶图采集和存储模块、样品信息采集和存储模块。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述的PCR胶图采集和存储模块包括PCR扩增仪、电泳仪、凝胶成像仪；所述的样品信息采集和存储模块包括扫码器，所述的扫码器采集样品所有人、品系、品系编号。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的自动标记PCR胶图模块包括云计算模块和数据通讯模块，所述的云计算模块可通过互联网与数据采集和存储模块进行数据交互，所述的数据通讯模块可直接选择待分析的胶图和样品信息文件。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的自动标记PCR胶图模块还包括手动标记模块，所述的手动标记模块用于补充自动标记模块遗漏的条带。
11.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的自动标记PCR胶图模块包括整合相同样本的多个基因型，所述的整合相同样本的多个基因型包括将当前胶图中已经标记的位置信息复制到另一个胶图的相同位置，产生相同样本的多个分析结果。
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