CN1235036C

CN1235036C - 分析生物晶片反应结果的方法

Info

Publication number: CN1235036C
Application number: CN 02121758
Authority: CN
Inventors: 谢铭峰; 陈彦弘; 卢汉章; 魏文进; 萧嘉筠; 江雅铃; 赵守宇
Original assignee: JINGQI BIOCHEMIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JINGQI BIOCHEMIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2006-01-04
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: CN1462873A

Abstract

一种分析生物晶片反应结果的方法，主要是利用数字影像撷取装置将晶片色彩资料转换为计算机数字影像，并藉由计算机分析数字影像以获取有效信息，可降低生物晶片分析的设备成本，并提升晶片分析信息的准确性。

Description

分析生物晶片反应结果的方法

[技术领域]

本发明是有关于一种分析生物晶片反应结果的方法，主要是将生物晶片反应结果的色彩资料转换为计算机数字影像，并透过计算机分析而获得有效信息。

[背景技术]

在生物晶片的领域中，对于生物晶片反应结果的表现方式最常使用的二大类为荧光强度及显色基团分析，其中，荧光强度分析又可分为单色荧光分析及双色荧光分析，而目前在生物晶片上最常用的是双色荧光分析，即分析二种所使用的荧光剂的相对比值，进而了解反应的结果。

由于双色荧光强度结果分析所使用的仪器设备，例如：共轭焦激光扫描仪(confocal laser scanner)相当的昂贵，整组设备为新台币数佰万元，使得一般的生化、分子研究室并无足够的经费建置此类的系统。

利用显示基团呈现生物晶片反应结果，便可以解决前述设备及仪器昂贵的缺点，且只需利用一般光学扫描仪器即可。然而，一般的显色基团的呈色分析需借助许多复杂步骤分析其结果的图像，才能获得所需的信息；而且，传统分析显色基团型式的生物晶片，一般只能做定性分析，而无法精确地做定量分析，因此，目前并无较有效率的分析方法。

[发明内容]

有鉴于已知技术的缺陷和弊端，本发明的主要目的是提供一种可一次直接分析利用显色基团(例如：以Digoxigenin(DIG)、Biotin作为呈色标记)或光谱资料(例如：荧光)作为生物晶片反应结果的方法，主要是将生物晶片反应后得到的显色基团或荧光光谱的色彩资料转换为计算机数字影像，并透过计算机程序分析而获得有效信息以达到正确地分析晶片呈色结果，以避免繁复且多重的图像分析步骤而降低分析结果的时效性。

为达成前述目的，本发明的一种分析生物晶片反应结果的方法，至少包含下列步骤：

将前述晶片反应呈色结果利用影像撷取装置扫描成影像资料；设定前述影像资料的撷取区域；撷取前述设定区域的影像资料；经计算机分析前述影像资料以获得影像统计资料；设定一标准影像比值资料；利用计算机运算前述设定区域的影像统计资料与前述标准影像比值资料；以及得知晶片反应结果信息。

前述晶片反应呈色结果是可包含以显色基团或光谱资料(例如：荧光)作为生物晶片反应结果的方法。

前述影像撷取装置可为一般光学扫描仪等。

前述影像扫描资料可为BMP、TIFF或TPEG等影像格式。

前述影像撷取区域设定包括子区域行列设定及/或子区域长宽设定。

前述影像撷取步骤至少包含：影像强度撷取；影像强度计算；影像表现代表值设定；以及影像强度统计。

前述影像强度撷取是分析撷取区域中各小区域(像素，pixel)的RGB(色彩三原色：Red(红)、Green(绿)、Blue(兰))的三种强度，以获取影像中RGB三种强度；

前述影像强度计算是将RGB三种强度加权计算成为混合代表值；

前述影像表现代表值设定，是设定一特定代表值作为将混合代表值区分为选读区及不选读区的标准；及

前述影像强度统计运算是选取选读区域的RGB强度做统计特征值运算。

前述标准影像比值资料是由已知反应物的晶片反应呈色，再藉由RGB强度分析所获得的比值资料。

前述的计算机运算是指利用计算机进行比值演算，以获得晶片反应结果的有效信息。

本发明为达到其目的还采取了下述方案：一种获取生物晶片反应结果的方法，至少包含下列步骤：选取待测晶片的至少一组影像强度资料；从标准晶片的影像强度数据库中选择N组与前述待测晶片影像强度相近的资料；依标准晶片的对应值资料(例如：已知物质浓度)建立对应值矩阵；依影像强度资料建立强度矩阵；藉由前述强度矩阵与对应值矩阵运算获得一系数；以及将待测晶片的影像强度资料与前述系数运算后即可得知待测晶片的对应值(例如：待测物质浓度)。

前述强度矩阵是指由RGB影像强度资料中任选至少两种以上资料所建立的矩阵，例如：RG矩阵、RB矩阵、GB矩阵或RGB矩阵等。

综上所述，本发明所提供的这种分析生物晶片反应结果的方法，是可广泛应用于任何呈色型的生物晶片分析，借用数字影像撷取装置将生物晶片的色彩资料转换为计算机数字影像，再透过计算机程序对数字影像分析以提供快速、有效且低成本的分析。

本发明分析生物晶片反应结果的方法将具有诸多优点与特征，其中包含本发明方法可利用使用一般的计算机影像撷取装置撷取晶片反应后呈色的色彩影像，并藉由计算机分析数字影像以获取有效信息，有别于传统的分析方式，本发明方法可节省生物晶片分析的设备成本，并可提升分析结果的有效性及时效性。

本发明分析生物晶片反应结果的方法及诸多优点与特征，将从下列详细说明及附图中，得到进一步的了解。

[附图说明]

图1为本发明分析生物晶片反应结果的方法流程图。

图2为本发明分析生物晶片反应结果的影像撷取区域设定的示意图。

图3为本发明分析生物晶片反应结果的方法的影像撷取流程图。

图4为本发明分析生物晶片反应结果的方法的比值演算方法的一实施例流程图。

其中主要组件符号对照说明

1---晶片反应呈色 2---影像扫描 3---影像撷取区域设定

4---影像撷取 5---影像统计资料 6---标准影像比值资料

7---比值演算 8---晶片反应结果影像 9---探针点

9’---小区域(像素，pixel) 10---影像区域 11---影像强度撷取

12---影像强度计算 13---影像表现代表值设定 14---影像强度统计

[具体实施方式]

本发明的分析生物晶片反应结果的方法主要藉由将晶片反应后的显色基团或光谱资料(例如：荧光)的色彩转换为计算机数字影像分析，可以节省重复分析晶片反应资料所造成分析时间上的浪费，进而改善生物晶片的分析成本与效率。

请参阅图1，是显示本发明分析生物晶片反应结果的方法流程图，此方法包含：晶片反应呈色步骤1；影像扫描步骤2；影像撷取区域设定步骤3；影像撷取步骤4；影像统计资料步骤5；标准影像比值资料步骤6及比值演算步骤7，其中：

晶片反应呈色步骤1，是利用显示基团，例如：以DIG、Biotin为呈色标记或以光谱数据(例如：荧光)等来作为生物晶片反应结果的表现；

影像扫描步骤2，是将步骤1的晶片反应结果透过影像撷取装置(如一般扫描仪)处理成影像资料，其档案格式可为BMP、TIFF、JPEG等影像格式；

影像撷取区域设定步骤3，是当步骤1经由步骤2将晶片反应结果转换为影像格式后，设定一撷取区域进行分析。如图2所示，首先，通过撷取前述晶片反应结果影像8上特定的探针(probe)点9的影像区域10(即子区域)，将前述探针点9进一步放大后可切割为多个小区域(像素，pixel)9’，前述探针点9的呈色反应即是多个小区域(像素，pixel)9’的整体结果。实际上，前述每一小区域(像素，pixel)9’所显示的反应呈色强度不同(例如：分为a、b、c三种区域)，因此，本发明进一步撷取前述多个小区域(像素，pixel)9’的影像作更精密、准确的影像分析。前述步骤3的影像撷取区域设定，是透过子区域行列数设定及子区域长宽设定来决定固定影像面积中的小区域(像素，pixel)以进一步分析各点的反应资料；

影像撷取步骤4，是将前述步骤3所撷取特定区域的影像经由步骤4影像撷取分析，以获得各点的影像资料；(详细步骤4的影像撷取方法将详述于后文)

影像统计资料步骤5，是在步骤4针对步骤3的影像撷取区域设定结果，经计算机运算分析后将产生影像统计资料，是用于后述步骤7的比值演算；

标准影像比值资料步骤6，是将所设定已知反应物条件(例如：浓度)的晶片(即标准晶片)反应呈色结果藉由RGB强度分析，可以得到标准影像比值数值，该数值可对应到已知物的条件(例如：已知物浓度)，如此，是可建立一标准影像比值数据库，作为的后计算待测晶片上样品条件(例如：浓度)之用；及

比值演算步骤7，是将前述步骤5的待测晶片的影像统计资料与步骤6，经由标准晶片建立的标准影像比值资料，通过计算机进行比值演算，以求得待测晶片结果比值，并进一步获得待测晶片的反应结果信息，例如：待测样品的浓度。(详细的比值演算流程将详述于后文)

前述影像撷取步骤4请参阅图3，至少包含下列步骤：

影像强度撷取步骤11，是分析影像撷取区域区中各小点的RGB三种强度，以获取影像中RGB三种强度；

影像强度计算步骤12，是将步骤11中所获得RGB三种强度加权计算成为混合代表值，例如：0～255；

影像表现代表值设定步骤13，是设定一特定代表值作为(例如：代表值100)将撷取区区分为选读区及不选读区的标准，例如：混合代表值为100以上是为选读区(如前述图2中a区域)，以下则为不选读区(如前述图2中的b及c区域)；及

影像强度统计步骤14：是选取选读区域的RGB强度做统计特征值运算。

前述比值演算方法的步骤7，主要是通过一标准晶片的影像比值资料，推出待测晶片反应结果的信息，其原理如下：

[标准晶片强度]*[系数]＝[标准晶片对应值]

求[系数]＝[标准晶片强度]\[标准晶片对应值]

由[系数]即可推得待测晶片的对应值，例如：待测晶片上的样品浓度。

前述比值演算方法的步骤7是应用于本发明分析生物晶片反应结果的其中一种实施例，如图4所示，选取待测晶片的至少一组影像强度资料I，再从标准晶片选取N组(例如：20组)与待测晶片影像强度资料I相近的RGB强度资料，该20组影像强度资料是分别对应一数值资料，依该20组对应值资料建立20*2的矩阵B，而依RGB强度资料分别建立20*6的RG强度矩阵A及20*6的RB强度矩阵A’，藉由将对应矩阵B除以RG强度矩阵A即可获得一1*6的系数矩阵X＝A\B，将对应矩阵B除以RB强度矩阵A’即可获得一1*6的系数矩阵X’＝A’\B，藉由[晶片强度]*[系数]＝[晶片对应值]的关系式，将前述待测晶片的强度资料代入关系式，可分别求得由系数X(由RG)及X’(由RB)的待测晶片的对应值u(u＝I*X)及u’(u’＝I*X’)，取平均对应值U(U＝(u+u’)/2)即可获得待测晶片的对应值资料。

前述强度矩阵是指由RGB影像强度资料中任选两种资料所建立的矩阵，例如：RG矩阵、RB矩阵或GB矩阵等。

在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉该项技术人士可清楚的了解，并在不脱离上述技术方案范围与精神下可进行各种变化与改变，所以本发明不受限于说明书的实施例的实施方式。

Claims

1、一种分析生物晶片反应结果的方法，至少包含下列步骤：

(1)将晶片反应呈色结果利用一般光学扫描仪装置扫描成BMP、TIFF或JPEG影像格式的影像资料；

(2)通过子区域行列设定及子区域长宽设定来设定前述资料的影像撷取区域；

(3)撷取前述设定区域的影像资料，包括以下步骤：

(a)影像强度撷取，该步骤是分析撷取区中各小点的RGB的三种强度，以获取影像中RGB三种强度；

(b)影像强度计算，该步骤是将RGB三种强度加权计算成为混合代表值；

(c)影像表现代表值设定，该步骤是设定特定代表值作为将撷取区区分为选读区及不选读区的标准；以及

(d)影像强度统计，该步骤是选取选读区域的RGB强度做统计特征值运算；

(4)经计算机分析前述影像资料以获得影像统计资料；

(5)设定一标准影像比值资料，该标准影像比值资料是由已知反应物的晶片反应呈色并藉由RGB强度分析所获得；

(6)通过计算机通过比值算法运算前述设定区域的影像统计资料与前述标准影像比值资料；以及

(7)由比值资料计算得知晶片反应结果信息。

2.根据权利要求1所述的分析生物晶片反应结果的方法，其特征是前述的晶片反应呈色结果是以显色基团或光谱资料作为生物晶片反应结果。

3.一种获取生物晶片反应结果的方法，其特征是它至少包含下列步骤：

(3)撷取前述设定区域的影像资料，包括以下步骤：

(4)选取待测晶片的至少一组影像强度资料，该影像强度资料是指晶片上各小点的RGB的三种强度；

(5)从标准晶片的影像强度数据库中选择N组与前述待测晶片影像强度相近的资料；

(6)依标准晶片的对应值资料建立对应值矩阵；

(7)依前述影像强度资料建立强度矩阵，该强度矩阵是指由RGB影像强度资料中任选至少两种以上资料所建立的矩阵，是RG矩阵、RB矩阵、GB或RGB矩阵；

(8)通过前述强度矩阵与对应值矩阵运算获得一系数；以及

(9)将待测晶片的影像强度资料与前述系数运算后即可得知待测晶片的对应值。

4.根据权利要求3所述的获取生物晶片反应结果的方法，其特征是前述对应值数值是晶片上样品的浓度。