專利名稱：數(shù)字磁珠分析的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為蛋白質(zhì)、核酸和分子診斷進(jìn)行利用數(shù)百或數(shù)千個(gè)數(shù)字磁性條形碼 微珠(barcode microbead)的多元生物測定(multiplexed bioassay)；尤其，開發(fā)了一 種光學(xué)圖像譯碼算法和方法來迅速和同時(shí)分析在像微板(microplate)那樣的細(xì)小微井 (microwell)中的各單個(gè)微珠的條形碼。數(shù)字磁珠是非球形、非傳統(tǒng)乳膠微球體；因此，可 以準(zhǔn)確地成像和識別高密光學(xué)圖案。
背景技術(shù)：
由于現(xiàn)今在基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)方面的研究，需要進(jìn)行多元生物測定，因此需 要可以在小體積樣本中迅速篩選(screen)像核酸和蛋白質(zhì)那樣大量目標(biāo)的技術(shù)。能夠在 平坦的平臺上篩選數(shù)千或數(shù)百萬個(gè)目標(biāo)的微數(shù)組、DNA(脫氧核糖核酸)芯片(chip)、和蛋 白質(zhì)芯片皆需要以大體積的樣本覆蓋檢測平臺的大表面積。典型的表面積是lcmXlcm或 接近顯微鏡載片。在相對大面積的芯片表面上分布著小體積液體樣本，往往遇到在芯片表 面上分子擴(kuò)散緩慢、或非均勻混合或分布等缺陷。這些都是微數(shù)組測定需要極長反應(yīng)時(shí)間 的原因。而且，一旦印刷和制造好微數(shù)組芯片，就不可能對這些已完成制造的多元生物測定 多增加任何測試，因此欠缺應(yīng)用上的靈活性。微珠技術(shù)潛在地克服了微數(shù)組技術(shù)的許多問題，并且在分析時(shí)提供了數(shù)據(jù)庫內(nèi) 容、微珠數(shù)量、或微珠類型等靈活性。由于其小體積(在皮升每個(gè)微珠的范圍內(nèi))，極少量 樣本就可以活化數(shù)千個(gè)微珠。大量編碼的策略已經(jīng)被應(yīng)用于帶有光譜可區(qū)分性的熒光珠、 熒光半導(dǎo)體量子點(diǎn)、和帶有彩色(吸收)或黑白條形編碼的金屬微棒。熒光珠和彩色條形 碼珠兩者系通過反射或發(fā)射裝置中的光學(xué)檢測來識別。反射裝置的困難在于(1)光反射 率低，尤其當(dāng)微珠在微米量級上時(shí)；(2)光收集效率差；和(3)對于基于熒光的編碼珠，熒光 頻帶非常寬并重迭，因此限制了潛在代碼數(shù)量。熒光珠的另一個(gè)缺點(diǎn)是，大多數(shù)微珠的測定 依賴于熒光讀數(shù)，因此造成更大的熒光譜或強(qiáng)度干擾。而大部分的彩色金屬(Au、Pl、Ni、Ag 等)微棒，編碼方案皆難以制造，并且，因微棒之顏色需基于不同金屬材料，導(dǎo)致顏色的數(shù) 量受到限制。本文通過引用并入其全部內(nèi)容的2004年8月10日頒發(fā)的美國專利第6，773，886 號公開了一種包含30-300nm直徑X400-4000nm多層多金屬棒的條形編碼形式。這些棒通過到氧化鋁模具中的電沉積來形成；此后除去氧化鋁，留下這些小多層物體。該系統(tǒng)可以用 多達(dá)7種不同金屬讓多達(dá)12個(gè)帶狀區(qū)編碼，其中這些金屬具有不同的反射率，因此取決于 金屬類型，在光學(xué)顯微鏡中表現(xiàn)為有明有暗，而測定讀數(shù)是通過熒光從目標(biāo)中讀出的，以及 探針的標(biāo)識符是從條形碼的明暗圖案中讀出的。本文通過引用并入其全部內(nèi)容的2003年10月7日頒發(fā)的美國專利第6，630，307 號公開了一種起條形碼作用的半導(dǎo)體納米晶體，其中每個(gè)半導(dǎo)體納米晶體產(chǎn)生不同發(fā)射光 譜。如果光譜在可見光區(qū)域內(nèi)，則可以通過顏色觀察這些特征發(fā)射，或者可以譯碼特征發(fā) 射，以提供有關(guān)觀察到分立躍遷的特定波長的信息。本文通過引用并入其全部內(nèi)容的2004年5月11日頒發(fā)的美國專利第6，734，420 號公開了一種包含與標(biāo)簽相關(guān)聯(lián)的多個(gè)可識別組件的識別系統(tǒng)，該卷標(biāo)包括響應(yīng)激發(fā)能而 生成波長/強(qiáng)度譜的標(biāo)記器、和從相關(guān)標(biāo)簽的波長/強(qiáng)度譜中識別組件的分析器。2002年2月26日頒發(fā)的美國專利第6，350，620號公開了這樣一種方法，即，通過 將微珠放在電鑄了條形碼的鎳板與第二板之間，并將條形碼壓在微珠的表面上以形成帶有 條形碼的微型蛋糕狀顆粒，生成微型載體。本文通過引用并入其全部內(nèi)容的美國公布第US2005/0003556 Al號公開了一種識 別系統(tǒng)，其使用光學(xué)圖形，例如，條形碼或點(diǎn)陣條形碼和基于顏色信息信號的彩色信號用于 產(chǎn)生親合反應(yīng)探珠。彩色圖案以光學(xué)反射模式譯碼。本文通過引用并入其全部內(nèi)容的美國公布第US2005/0244955號公開了一種微型 托板，其包括為可附著在板上的單個(gè)單元(cell)設(shè)計(jì)的小平坦表面、設(shè)計(jì)成保護(hù)單元的組 件電鍍區(qū)、和設(shè)計(jì)成允許或改善無逆流(flow-through)操作的造型。微型托板最好以可容 易識別方式被印上圖案，并做成可容納大小相當(dāng)?shù)膯蝹€(gè)單元的大小。磁珠廣泛應(yīng)用在高輸出之自動(dòng)化操作中。磁珠是順磁性的，也就是說，當(dāng)放入磁場 內(nèi)時(shí)，它們具有磁性，但當(dāng)從磁場中移走時(shí)，沒有剩磁。這使得微珠可利用磁場進(jìn)行收集，并 在移去磁場時(shí)使微珠重新懸浮。數(shù)字磁珠的收集和重新懸浮可以容易且迅速地重復(fù)任何次 數(shù)。常見的機(jī)器人自動(dòng)系統(tǒng)可簡單地將96井、384井或1536井微板放在有助于磁針激發(fā) 磁場的磁臺上。這使得游離分子能夠從微珠上洗去，改變緩沖溶液，或除去溶液中的任何雜 質(zhì)。例如，在DNA或RNA(核糖核酸)測定的情況下，可以在雜交(hybridization)后除去 游離或非特定核苷酸。而在蛋白質(zhì)測定的情況下，可以在抗體-抗原反應(yīng)后除去游離或非 特定抗體或抗原。在分子生物學(xué)應(yīng)用期間往往需要迅速地、有效地、和困難最小地進(jìn)行充分 清洗。雖然磁珠已廣泛用在生物測定中，但也可用高密度的非磁性條形碼珠。人們需要的是為可靠譯碼提供高光學(xué)對比度和高信噪比，并且以磁板格式為高吞 吐量自動(dòng)化清洗提供磁性的數(shù)字編碼磁性微珠。解碼方法應(yīng)該既簡單又耐用。數(shù)據(jù)處理應(yīng) 該既迅速又精確
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)和母申請作出改進(jìn)，以便提供確定通過同時(shí)成像多個(gè)數(shù)字 編碼珠來表示的代碼的高吞吐量處理。按照本發(fā)明，微珠分析系統(tǒng)包含支承件(例如，微 井、微板、或顯微鏡載片)，用于支承至少一個(gè)微珠，其中所述微珠配有表示數(shù)字代碼的標(biāo) 記；成像設(shè)備，用于獲取所述支承件和包括標(biāo)記的微珠的圖像；和譯碼系統(tǒng)，用于分析成像設(shè)備所獲得的圖像，以便將微珠相互分開，或與背景中的支承件分開，以識別微珠，并確定 微珠上的標(biāo)記所表示的數(shù)字代碼。本發(fā)明的圖像處理手段不同于托板上現(xiàn)行的條形碼掃描 方法?，F(xiàn)行方法中，托板不會(huì)與背景支承件一起成像，因此不會(huì)識別托板也不會(huì)將托板與任 何背景或任何其它圖像的其余部分分開。本發(fā)明尤其可用于有效分析大量含有表示數(shù)字代 碼標(biāo)記的微珠，其中所述之成像設(shè)備，將獲得含有每個(gè)微珠的標(biāo)記的圖像，而譯碼系統(tǒng)則用 于分析圖像，以識別和分開多個(gè)微珠，并確定每個(gè)微珠上的標(biāo)記所表示的數(shù)字代碼。通過識 別每個(gè)微珠、將微珠相互分開、并將微珠與整個(gè)圖像中的背景分開，可以確定每個(gè)微珠所表 示的數(shù)字代碼。在一個(gè)方面中，本發(fā)明致力于一種圖像處理方法，用于解譯生物測定中的數(shù)字編 碼珠。此法用在微珠的穩(wěn)定或靜止?fàn)顟B(tài)下，而不是在微珠相對應(yīng)于成像光學(xué)器件進(jìn)行運(yùn)動(dòng) (例如，在流道中傳送的微珠經(jīng)過成像光學(xué)器件，或用運(yùn)動(dòng)光束掃描微珠)的狀態(tài)下，進(jìn)行 微珠的成像。多個(gè)微珠可以分布在平坦表面(例如，顯微鏡載玻片)上，并且利用成像設(shè)備 (例如，廣角攝像機(jī))二維地同時(shí)成像，從而允許解碼多個(gè)微珠，以提高檢測輸出。數(shù)字編碼 可以通過對微珠進(jìn)行基于光的發(fā)射、反射和/或透射的成像來觀察。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明的微珠成像方面可以在微珠相對于成像光學(xué)器件進(jìn)行運(yùn) 動(dòng)(例如，在流道中傳送的微珠經(jīng)過成像光學(xué)器件，或用運(yùn)動(dòng)光束掃描微珠)的狀態(tài)下，進(jìn) 行微珠的成像，只要微珠成像系統(tǒng)在微珠運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，能夠清楚地快拍微珠的靜止圖像即 可。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，微珠的數(shù)字編碼包含條形碼圖案。帶有一系列寬窄帶 的條形碼圖案為0和1提供了清晰的信號和差異。托板上的狹縫的位置將決定哪個(gè)位置是 最低有效位(LSB)，哪個(gè)位是最高有效位(MSB)。LSB將處在與托板邊緣較接近的位置上，以 便將它與處在另一個(gè)較長端上的MSB區(qū)分開。在一個(gè)實(shí)施例中，編碼珠之主體，包含由具有 相對寬度(例如，一系列表示“0”代碼的窄部和表示“1”代碼的寬部，反之亦然)的一系列 明暗交替部分(例如，透光和不透光部分)的條形碼圖像。數(shù)字條形碼圖案用成像設(shè)備成 像。圖像譯碼處理包含四個(gè)主要子處理(1)圖像的增強(qiáng)；(2)微珠的分割；(3)條形 碼狹縫的提??；和(4)條形碼的解碼。在一個(gè)實(shí)施例中，譯碼微珠的圖像牽涉到進(jìn)行微珠 圖像的分辨，和提取數(shù)字編碼信息等一系列步驟。這些步驟可以包括(1)灰度級轉(zhuǎn)換，以 便保護(hù)微珠圖像細(xì)節(jié)；⑵背景扣除，以便為微珠圖像獲得均勻背景；⑶微珠圖像邊緣檢 測；(4)如果微珠圖像相互接觸，進(jìn)行附加過濾處理，以便分離相互接觸之微珠圖像；(5)各 個(gè)微珠圖像的標(biāo)記(例如，使用顏色代碼或編號)；(6)微珠圖像的對準(zhǔn)變換和用強(qiáng)度(例 如，強(qiáng)度曲線)表示每個(gè)微珠圖像中的數(shù)字編碼(例如，條形碼圖案)；和(7)分析強(qiáng)度，以 便確定數(shù)字代碼(例如，識別條形碼圖案中的窄帶和寬帶)。譯碼靜止微珠的圖像的精度可優(yōu)于譯碼運(yùn)動(dòng)微珠的圖像的精度。譯碼精度對于臨 床診斷非常重要，因?yàn)殄e(cuò)誤識別可能導(dǎo)致錯(cuò)誤診斷和錯(cuò)誤治療。在例示的實(shí)施例中，本發(fā)明致力于一種可提供高對比度和高信噪比的光學(xué)檢測， 以識別經(jīng)透光測定之微珠(LITAB)或微型托板圖像中，所顯示之?dāng)?shù)字編碼。該圖像系透過 含有部分透光(例如，對光透明、半透明、和/或光可透過)和部分不透光(例如，對光反射 和/或吸收光)的物理結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)。確定透射光的圖案(例如，通過掃描或成像)便可解譯編碼珠所表示的代碼。在一個(gè)實(shí)施例中，類似于ID或2D條形碼圖像(例如，一系列表示 “O”代碼的窄縫(例如，寬度為5微米)和表示“1”代碼的寬縫(例如，寬度為10微米)， 反之亦然)，編碼珠包含了具有相對位置、寬度和間距的一系列透光和不透光交替部分的主 體。為了解譯圖像，藉由主體的透光和不透光交替部分之掃描和成像(例如，利用CXD(電 荷耦合器件)傳感器)，可確定透射光之圖像所表示的代碼。在本發(fā)明的又一方面中，可以使大量數(shù)字磁珠分布在平坦表面上，并利用攝像機(jī)同時(shí)檢測它們。平坦表面可以在顯微鏡載片上或在微板的底部上。每個(gè)微珠上像“0”和 “ 1，，那樣數(shù)字信號的條形碼圖案，可通過圖像處理來確定。在本發(fā)明的進(jìn)一步方面中，數(shù)字條形碼微珠具有順磁性，也就是說，當(dāng)放入磁場中 時(shí)，它們具有磁性，但當(dāng)從磁場中移走時(shí)，沒有剩磁。通過用外部磁體收集微珠可以在微板 中清洗磁珠，并在移去磁場時(shí)使微珠重新懸浮。多個(gè)數(shù)字磁珠可以在單個(gè)井中進(jìn)行多元生 物測定。微板在臨床診斷中是標(biāo)準(zhǔn)高輸出量格式；每個(gè)微板含有96、384、或1，536個(gè)患者 樣本。在本發(fā)明的又一方面中，數(shù)字磁性微珠分析系統(tǒng)包含(a)載片或帶有多個(gè)井的 微板；(b)載片的表面或微板的井底，至少有一個(gè)數(shù)字磁珠；(c)位于載片或微板上面或下 面的光檢測器，用于成像至少一個(gè)磁性微珠；和(d)利用圖像軟件的數(shù)字字處理系統(tǒng)，用于 處理至少一個(gè)磁性微珠的成像圖案。在一個(gè)實(shí)施例中，井的數(shù)量大約是96、384、或1，536個(gè) 井。在本發(fā)明的又一方面中，系在顯微鏡和攝像機(jī)下同時(shí)拍攝條形碼圖像和熒光圖像 兩者。因此，可以在不用取出微珠的狀況下，在微板中進(jìn)行整個(gè)微珠實(shí)驗(yàn)。條形碼用于識別 哪個(gè)分子探針固定在微珠上，而熒光用于檢測陽性反應(yīng)還是陰性反應(yīng)。因此可以同時(shí)分析 大量目標(biāo)。在本發(fā)明的又一方面中，數(shù)字磁性微珠包含第一層；第二層；和在第一層與第二 層之間的中間層，中間層含有前述定義中的編碼圖案，并以部分透光和部分不透光表示與 每個(gè)微珠相對應(yīng)的代碼。在本發(fā)明的又一方面中，中間層包含定義編碼圖案的一系列交替透光部分和不透 光部分。透光部分和/或不透光部分之間的相應(yīng)位置、寬度和/或間距表示二進(jìn)制代碼。不 透光部分包含阻光材料。每個(gè)微珠主體的最長正交軸為Imm或更小。本發(fā)明的另一方面，利用蛋白質(zhì)、核酸、小分子、化學(xué)制品、或它們的組合物，而將
數(shù)字磁珠的第一層和第二層功能化。在一個(gè)實(shí)施例中，編碼珠的主體可配置有至少兩個(gè)相對幾何形狀和/或大小方面 不同的正交截面。并且，截面的幾何形狀可以是對稱或非對稱的，和/或規(guī)則或不規(guī)則的形 狀。在一個(gè)實(shí)施例中，編碼珠的最長正交軸小于1mm。在本發(fā)明的進(jìn)一步方面中，透光部分定義為由穿過中間層的狹縫，而不透光部分 由反光材料和/或吸光材料定義。狹縫包含第一寬度的狹縫和第二寬度的狹縫，其中第一 寬度表示二進(jìn)制代碼中的“0”，而第二寬度表示二進(jìn)制代碼中的“1”。第一寬度大約1到10 微米，而第二寬度大約1到50微米，其中第一寬度比第二寬度窄。二進(jìn)制代碼可以通過圖 像軟件譯碼。


為了更全面地理解本發(fā)明的范圍和性質(zhì)，以及優(yōu)選使用模式，應(yīng)該參考結(jié)合附圖 閱讀的如下詳細(xì)描述。在如下的圖形中，相同的參考標(biāo)號自始至終表示相同或相似的部分。圖1例示了依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，用于生物測定之透光測定微珠(LITAB)的制 備過程(a)微板的微井中的多個(gè)LITAB ;(b)將LITAB用于生物測定；和(c)表示LITAB的 影像的示意圖；圖2(a)是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的LITAB的頂視圖；圖2(b)是沿著圖2(a)中的 A-A線截取的剖視圖；圖2(c)示出了攝像機(jī)上表示0011111001的條形編碼珠的透射數(shù)字
信號；圖3例示了透過LITAB中的狹縫圖案的光信號，所表示之最低有效位(LSB)或最 高有效位(MSB)；圖4例示了依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的微珠形成步驟；圖5例示了作為夾在兩個(gè)聚合物層之間的層的金屬層，所述兩個(gè)聚合物層可以為 分子固定提供相同表面化學(xué)性質(zhì)；圖6例示了條形碼微珠的微觀圖像；圖7例示了勾畫圖像中的對象的邊緣檢測技術(shù)的使用；圖8例示了使用分界線分離離散微珠；圖9例示了將每個(gè)微珠與長軸對準(zhǔn)的方法，并將灰度級圖像轉(zhuǎn)換成包含像素值的 矩陣；圖10示出了將微珠圖像轉(zhuǎn)換成具有像素值函數(shù)的灰度級強(qiáng)度；圖11例示了根據(jù)每個(gè)微珠中條形碼的寬度，所確定的數(shù)位代碼；和圖12例示了依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的LITAB分析系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式本描述是當(dāng)前設(shè)想的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式。這個(gè)描述是為了例示本發(fā)明的一般 原理而作出的，不應(yīng)該從限制的意義上去理解。本發(fā)明的范圍通過參考所附權(quán)利要求書得 到最佳確定。本發(fā)明的過程的詳細(xì)描述主要從本發(fā)明的方法或過程、操作的符號表示、功能和 特征方面呈現(xiàn)。這些方法描述和表示是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員向其它本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員最有效傳達(dá)他們工作的本質(zhì)的手段。軟件實(shí)現(xiàn)的方法或過程在這里一般被構(gòu)思成導(dǎo)致所 希望結(jié)果的一系列自洽步驟。這些步驟需要對物理量進(jìn)行物理操縱。時(shí)常，但未必，這些量 采取能夠被存儲、被傳送、被組合、被比較、和要不然被操縱的電或磁信號的形式?？捎糜谶M(jìn)行本發(fā)明的軟件實(shí)現(xiàn)操作的設(shè)備包括，但不局限于，通用或?qū)Ｓ脭?shù)字字 處理和/或計(jì)算設(shè)備，該設(shè)備可以是獨(dú)立設(shè)備或較大系統(tǒng)的一部分。該設(shè)備可以通過存儲 在設(shè)備中的程序、例程和/或一系列指令和/或邏輯有選擇地啟動(dòng)或重新配置。簡而言之， 這里描述和建議的方法的使用不局限于特定處理配置。為了例示本發(fā)明的原理而不受到限制，本文在下面系參考具有托板形狀并用于生物分析的微珠，對本發(fā)明加以描述。但是，不言而喻，本發(fā)明同樣可應(yīng)用于其它總體幾何形 狀、和為需要根據(jù)微珠的標(biāo)識符識別的其它應(yīng)用而應(yīng)用的微珠，這不偏離本發(fā)明的范圍和精神。為了有助于下面的討論，將本發(fā)明的微珠稱為代表透光測定微珠的LITAB。
LITAB上的數(shù)字編碼，可藉由圖像呈現(xiàn)高對比度和高信噪比之偵測。該圖像系透過 含有部分透光(例如，對光透明、半透明、和/或光可透過)和部分不透光(例如，對光反射 和/或吸收光)的圖案呈現(xiàn)其物理結(jié)構(gòu)。確定透光圖案(例如，通過掃描或成像)后，便可 解譯編碼微珠上該圖像所表示的代碼。條形碼圖案可以設(shè)計(jì)為圓形、正方形、或其它幾何形 狀，只要可以表示“1”或“0”，并可以通過譯碼器識別即可。但是，LITAB是非球形的；它不 同于傳統(tǒng)基于乳膠的球形珠。在一個(gè)實(shí)施例中，編碼珠具有相對位置、寬度和/或間距的一系列透光和不透光 交替部分的主體，而形成類似于ID或2D條形碼圖像(例如，一系列代表“0”代碼的窄縫(例 如，寬度為大約1到5微米)和代表“1”代碼的寬縫(例如，寬度為大約1到10微米)，反 之亦然，形成二進(jìn)制代碼)。圖2例示了依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的編碼珠LITAB 11。LITAB 11含有具有平坦托板或托盤形狀的主體25。編碼珠的主體可由至少兩個(gè)正交截面所構(gòu)成， 而截面之幾何形狀和/或大小可以不同。并且，截面的幾何形狀，可以是對稱或非對稱，和 /或規(guī)則或不規(guī)則的形狀。在這個(gè)特定實(shí)施例中，所有三個(gè)正交軸具有不同長度，并且所有 三個(gè)正交截面的幾何形狀都是對稱的且形狀規(guī)則。圖2(a)示出平坦幾何形狀類似于對稱 拉伸或拉長的卵形托板。圖2(b)示出縱向(或最長)軸的截面。穿過主體25提供了一系 列寬縫23和窄縫24，主體25可以由不透光材料(例如，反射或吸收)制成，或涂有不透光 材料(例如，反射或吸收)。寬縫23和窄縫24分別表示“1”和“0”，反之亦然，兩者一起可 表示二進(jìn)制代碼(每個(gè)狹縫代表一個(gè)位)。在這個(gè)實(shí)施例中，該代碼類似于條形碼。窄縫 24可以具有5微米的寬度，而寬縫23可以具有10微米的寬度。對于總尺度為100 μ m(微 米)X 30 μ mX 10 μ m至Ij 300 μ mX 100 μ mX 40 μ m的LITAB，可以在LITAB托板上提供至少大 約10個(gè)狹縫，以編碼6位到12位或更多位，允許64個(gè)到4，096個(gè)或更多個(gè)唯一代碼。在 一個(gè)實(shí)施例中，編碼珠的最長正交軸小于1mm。雖然例示的實(shí)施例系表示出了狹縫有窄有寬的圖案，但也可以使用狹縫具有固定 寬度、但狹縫之間的間距可有窄有寬，用以表示1和0的圖案，這不偏離本發(fā)明的范圍和精 神。圖2(c)示出了通過(XD(電荷耦合器件)檢測單一微珠所顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上的透射 峰。當(dāng)用光束照射微珠時(shí)，根據(jù)狹縫透射峰的“總強(qiáng)度”或“帶寬”，可以通過攝像機(jī)和數(shù)字 信號處理器，確定數(shù)字條形碼0或1。如圖所示，可以根據(jù)“帶寬”容易地識別條形碼圖案。 具體地說，如顯示在圖2(c)中的實(shí)施例所例示，微珠的10位條形碼表示0011111001。為了譯碼圖像，由透光和不透光區(qū)交替所形成的主體部分系以可見光成像(例 如，用CCD傳感器)，并以此確定該圖像所表示的代碼。為了例示目的，圖3表示了圖2 (a) 中LITAB 11的狹縫23和24之一系列信號脈沖。這些信號對應(yīng)于跨過LITAB 11縱軸的透 射光與阻擋光之對比度。每個(gè)信號脈沖的寬度表示LITAB 11的代碼中的“1”或“0”。在一 特定實(shí)施例中，較寬的寬度代表1，而較窄的寬度代表0。LITAB 11上的狹縫的相對位置決 定哪個(gè)位置是最低有效位(LSB)，哪個(gè)位是最高有效位(MSB)。在一個(gè)實(shí)施例中，最低有效 位位于與LITAB的一個(gè)邊緣或一端較接近的位置上，以便將它與處在相對邊緣或相應(yīng)端上 的最高有效位區(qū)分開。譯碼信號脈沖的概念類似于對傳統(tǒng)條形碼的解碼。值得注意的是，在一個(gè)實(shí)施例中，透射部分不必然是可穿透整個(gè)LITAB主體的狹 縫。該狹縫可以是全部或部分填充透明或半透明材料，與不透光部分相比，這依然提供了透光性。例如，LITAB可以含有被阻光材料(例如，反射材料，或反光或吸光染料)覆蓋著的 透明主體，阻光材料上存在著使透明主體暴露出來的開口作為狹縫。在這個(gè)LITAB上成像 的光將在未被阻擋材料覆蓋的部分(例如，狹縫)上使光透過主體，而在覆蓋部分上阻擋 光。在另一個(gè)實(shí)施例中，編碼LITAB可配有反射薄膜或涂層(例如，利用金屬薄膜電鍍或涂 覆LITAB的表面，或提供順磁性金屬薄膜中間夾層，或利用吸光染料涂覆)，以便為圖像識 別和譯碼而提高透射光與阻擋/反射光之間的對比度和光效率。
LITAB可在無塵室中使用傳統(tǒng)制造薄膜的方法制造。LITAB的結(jié)構(gòu)可以使用下列 處理而獲得，包括傳統(tǒng)光刻、印刷、絲網(wǎng)、固化、顯影、蝕刻(例如，化學(xué)蝕刻、離子蝕刻、和/ 或其它除去處理)、電鍍、切割、和其它眾所周知，可用于這類結(jié)構(gòu)和材料技術(shù)的處理步驟。 參照圖4(a)到圖4(d)，在制造LITAB的處理的一個(gè)實(shí)施例中，在襯底50 (例如大約Imm厚 的潔凈載玻片)上通過電子束蒸發(fā)作用來堆積鈦層52 (例如，lOOnm)。鈦可作為導(dǎo)引用或 替代釋放用。LITAB的主體25可以使用一層聚合材料形成，例如感旋旋光性樹脂感光聚合 物(如SU-8等)。將一層聚合材料21螺旋涂覆在鈦層52上，并且使用光刻過程在這鈦層 上形成狹縫23和24。例如，狹縫23和24可藉由決定寬縫和窄縫圖案的光掩模(未示出)， 以UV (紫外)光輻射在LITAB主體25的平坦形狀上制成。LITAB數(shù)組可以在單個(gè)襯底上形 成，每個(gè)LITAB具有代表不同代碼的不同狹縫圖案。光掩模也可以定義LITAB主體的數(shù)組 范圍，以便在定義狹縫的光刻處理結(jié)束后，將LITAB主體相互分離。因?yàn)镾U-8是透明的，所 以電子束蒸發(fā)器可用于在襯底50上的SU-8層21，堆積像金(Αιι，0.1μπι)那樣的金屬頂層 22 (參見圖2(b))。最終利用含氫氟酸(HF)的蝕刻溶液溶解替代(surrogate)鈦層52，將 各個(gè)LITAB主體25 (如圖2(b)所示)與底下襯底50分開。這樣，LITAB上的金層可透過 反射(藉由暴露的一側(cè)和與SU-8層21相鄰的一側(cè))來阻擋光線；而未被金層覆蓋的狹縫 則可透射光。因?yàn)榻饘?2阻擋光，而開縫可透射光，所以當(dāng)檢測透射光時(shí)，LITAB “條形碼” 提供高的光學(xué)信號、和高光對比度。圖5示出了 LITAB 80的另一個(gè)替代實(shí)施例，包括作為夾在兩個(gè)聚合物層82之間 的中間層的金屬層81。條形碼圖案可在金屬層81上制造。例如，在金屬層81中形成不同 寬度和/或間距的狹縫84。在該例示性實(shí)施例中，聚合物(感光聚合物SU-8)層82是封 閉層(即，沒有狹縫)。形成LITAB 80的處理可以包括首先形成第一感光聚合物層82，然后 形成金屬層81，接著在其中蝕刻出狹縫84。在金屬層81上形成第二感光聚合物層82 (例 如，通過螺旋涂覆和固化)，它填充狹縫84?；蛘?，可以在形成第二感光聚合物層82之前， 首先用另一種透明材料填充狹縫84。利用這個(gè)實(shí)施例，可以使LITAB的兩個(gè)暴露平坦表面， 有相似的表面涂層和固定分子的條件。其它實(shí)施例系利用像生物素、羧化物、或鏈霉親和素 那樣的聚合物或功能分子來涂覆LITAB，使得整個(gè)微珠對于固定分子有著相同條件。順磁性材料被嵌入LITAB中的中間層中，因此被夾在聚合物薄膜的第一層和第二 層之間。順磁性材料包括鎂、鉬、鋰、鋁、鎳和鉭。LITAB上的順磁性材料也有阻光材料的作 用，因此，反射層是多余的。本發(fā)明允許順磁性材料存在于基于透射光的解碼技術(shù)中。但是， 因?yàn)樯钭厣拇判圆牧蠠o法與需要黑白線交替的反射條形碼兼容，所以現(xiàn)行的磁珠和碼珠 技術(shù)無法將磁性材料引入條形碼微珠中。圖1例示了為生物測定所準(zhǔn)備的LITAB實(shí)施例。如圖1 (a)所示，LITAB 11允許 對體積微小的樣本進(jìn)行同質(zhì)多元生物測定。將與不同代碼14相對應(yīng)的混合LITAB 11，引入細(xì)試管或微井板13的小體積生物樣本12中。之后這些LITAB可既容易又迅速地以光學(xué)譯碼。在一個(gè)實(shí)施例中，圖1(b)示出了與核酸探針15—起功能化以用于目標(biāo)雜化16和熒光 檢測17的一個(gè)LITAB 11。有幾種材料可用于微珠上將分子固定。在一個(gè)實(shí)施例中，LITAB 可以涂上用在微數(shù)組中的共價(jià)DNA-結(jié)合劑，隨后在溶液中與在5’末端上攜帶共價(jià)結(jié)合的 熒光團(tuán)雜交。圖1(c)是利用顯微鏡在CCD上成像的LITAB。不同物鏡提供不同視野。藉由成像處理方法，在像載片那樣的支承件上或在微板的底部上的微珠可以進(jìn)行 隨機(jī)譯碼。當(dāng)微珠最終沉淀和分布在微板平坦的底部上時(shí)，可以利用廣角或掃描攝像機(jī)同 時(shí)譯碼多個(gè)微珠。微板是使用于高輸出量之臨床測定的標(biāo)準(zhǔn)模式。微板上的每個(gè)井，分別 用于一個(gè)樣本；因此，對于96井、384井、和1，536井，每個(gè)微板即分別持有96、384、或1，536 個(gè)患者樣本。因此，實(shí)驗(yàn)可在不取出微珠的狀況下，在微板中進(jìn)行，并可以在譯碼的精度和 靈敏度更佳的穩(wěn)定狀態(tài)下，拍攝微珠的圖像。譯碼的精度對于臨床診斷非常重要，因?yàn)槿魏?錯(cuò)誤識別都可以導(dǎo)致錯(cuò)誤診斷和錯(cuò)誤治療。由于微珠的尺寸小，可以在最少重迭地的狀況 下，在微井底部上顯示數(shù)百個(gè)甚至數(shù)千個(gè)微珠。為了使微珠重迭最少，將取決于微井的面 積，使微珠的總數(shù)限制在一定數(shù)量以下。條形碼圖像和熒光圖像可在傳統(tǒng)顯微鏡或倒立式 熒光顯微鏡上顯示。在例示于圖12中的實(shí)施例中，數(shù)字磁性LITAB分析系統(tǒng)100含有照射微珠圖案的 光源102、和捕獲支承件(例如，在例示性實(shí)施例中，微井106)底部微珠11圖像的光學(xué)CCD 104。微井106底部是透明或半透明的，使足夠的光得以穿過微珠。掃描或轉(zhuǎn)譯裝置(在圖 12中示意性表示)將微井106對于光檢測器104 (例如，CCD)和光源進(jìn)行相對運(yùn)動(dòng)，以對目 標(biāo)微井進(jìn)行成像。光檢測器104可用于條形碼成像和熒光檢測。IM像素之CCD應(yīng)該含有足 夠的像素來分辨微珠11上的條形碼圖案14。透鏡和濾光器108用于收集和選擇激發(fā)光和 熒光的波長。處理設(shè)備112用于控制系統(tǒng)100和/或圖像處理過程，處理設(shè)備112配有依 照本發(fā)明所公開的執(zhí)行處理步驟之功能。微珠的圖像在被處理設(shè)備112處理之前，可被存 儲和/或打印/顯示，或者，可以將代表微珠圖像的信號或數(shù)據(jù)饋送到處理設(shè)備112，以便實(shí) 時(shí)或近實(shí)時(shí)處理。在另一個(gè)實(shí)施例(未示出)中，共使用兩個(gè)光源，其中一個(gè)光源102在微井的下 面，以便以透射方式照射條形碼，另一個(gè)光源103在微井的上面，以便以入射或反射方式激 發(fā)熒光。條形碼照射光源可以是白光，而用于激發(fā)熒光的光源則需要與熒光團(tuán)的吸收相匹 配之波長。通過測量熒光強(qiáng)度，我們可以識別哪些微珠存在陽性的生化反應(yīng)。熒光強(qiáng)度的 測量，可以透過與微珠成像相同或不同的光檢測器加以進(jìn)行。通過譯碼數(shù)字條形碼圖像， 我們可以識別那個(gè)微珠的表面上有哪個(gè)生物探針。光源的選擇取決于熒光團(tuán)。例如，有濾 光塊的水銀光源提供UV到可見光之激發(fā)光。紅色二極管激光器(665nm)、和小型氬激光器 (488nm)或綠色激光器(530nm)是用于各種熒光團(tuán)(例如，藻紅蛋白(PE)、Cy3、和Cy5等) 的常用激光源。濾光裝置被用于選擇特定熒光團(tuán)之激發(fā)光和熒光波長。一旦從CXD中獲得條形碼圖形，該圖像數(shù)據(jù)即可透過圖像軟件迅速地處理?，F(xiàn)有 很多圖像譯碼算法。取決于成像圖案，不同的算法可能有不同的譯碼速度或精度。其中一 種圖像譯碼算法系由四個(gè)主要步驟所組成(1)圖像的增強(qiáng)；(2)微珠的分割；(3)條形碼 狹縫的提??；和(4)條形碼的解碼。當(dāng)中的某些處理可使用數(shù)學(xué)軟件來進(jìn)行，譬如，從The Mathworks, Inc.公司獲得的工具包(例如，MATLAB , 7. 4. 0. 287 (R2007a)版；2007 年1月29日)。在以下段落中將說明這些步驟的功能。(1)圖像的增強(qiáng)譯碼微珠的效能主要系依賴圖像的質(zhì)量。解碼處理的精度可以透過成像增強(qiáng)來提高。這種圖像增強(qiáng)系使用圖像強(qiáng)度常態(tài)化來提供均勻強(qiáng)度的背景。不均 勻的背景往往由不均勻照射引起。為了取得微珠的高圖像對比度，首先應(yīng)該藉由背景扣除 和常態(tài)化來產(chǎn)生均勻的背景。(2)微珠的分割圖像分割的目的是勾畫圖像中的微珠的范圍，以供進(jìn)一步分析 用。基本分割例程系藉由可定位圖像中微珠的直線、曲線那樣的邊界。依照一個(gè)實(shí)施例，應(yīng) 用MATLAB 中的分界(watershed)算法來分開微珠。MATLAB 中的分界算法要求圖 像是黑白圖像，因此，在圖像處理部分將圖像轉(zhuǎn)換成黑白圖像。因?yàn)檩^高密度的黑色像素 (由不透光區(qū)域引起)對應(yīng)于微珠的邊緣，所以分界變換求出圖像中的脊線，并將高密像素 圍住的表面當(dāng)作微珠?；蛘?，可以將MATLAB 中的新分界算法修改成使用灰度級圖像， 以便以較高精度進(jìn)行微珠的分割和最終譯碼。因?yàn)長ITAB具有不變面積，因此根據(jù)它們的 面積分離和從圖像中過濾出每個(gè)微珠。(3)條形碼狹縫的提取在微珠分割之后，分開處理每個(gè)微珠，以便提取條形碼。 將從主圖像中提取的微珠區(qū)域當(dāng)作子圖像，并逐一處理它們。子圖像利用長軸和短軸沿著 隨機(jī)方向示出微珠的走向。計(jì)算微珠的長軸與圖像的X軸夾成的角度。在將微珠的長軸旋 轉(zhuǎn)到X軸后，進(jìn)行提取微珠中的狹縫。在微珠旋轉(zhuǎn)之后，消除微珠的邊界，并沿著線條的長 軸(y軸)方向?qū)?qiáng)度值求平均。盡管這些子圖像事實(shí)上是2-D的，它只攜帶透射強(qiáng)度信息。 沿著微珠χ軸的強(qiáng)度曲線則示出具有與1和0 二進(jìn)制位所對應(yīng)兩個(gè)寬度(窄和寬)的峰。(4)條形碼的解碼為了解碼條形碼，分析透射強(qiáng)度峰的寬度。將半峰線用于計(jì)算 峰的寬度。為了提取二進(jìn)制位信息，五個(gè)像素足以描述微珠的窄縫(‘0’)。使用10%的容 限將寬度轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制位。關(guān)于代表微珠的端部邊緣的峰，取決于強(qiáng)度峰的上升沿和下降 沿，我們可以將其識別成條形碼的最高有效位(MSB)或最低有效位(LSB)。根據(jù)兩個(gè)寬度的 識別，可以解碼二進(jìn)制數(shù)位。依照例示性實(shí)施例，圖像處理軟件用于圖像譯碼系由以下個(gè)步驟所組成1.灰度級轉(zhuǎn)換和保護(hù)微珠圖像細(xì)節(jié)讀取圖像，并將它們轉(zhuǎn)換成如圖6所示的灰 度級圖像。在這種程序設(shè)計(jì)中使用的一些圖像處理算法來自MATLAB ,并且由于它們要 求圖像是黑白圖像。因此，在圖像處理的過程中，如有需要，將經(jīng)過處理的圖像進(jìn)一步轉(zhuǎn)換 成黑白圖像。2.背景扣除，以便獲得均勻背景消除背景的非均勻光照。為了獲得均勻背景，使 用結(jié)構(gòu)元素和圖像算術(shù)處理每個(gè)圖像。從其背景中扣除圖像，并調(diào)整圖像的強(qiáng)度，以便作進(jìn)
一步處理。3.微珠圖像邊緣檢測檢測的邊緣示出在圖7中。這個(gè)處理識別微珠，并將微珠與 圖像的背景或其余部分分開?！甋obel (索貝爾)，過濾技術(shù)用于抑制微珠的所有邊緣邊界， 并強(qiáng)調(diào)每個(gè)微珠內(nèi)的狹縫。4.各個(gè)微珠圖像的標(biāo)記一旦在圖像中將微珠分離成各個(gè)區(qū)域，使用RGB顏色代 碼或?qū)⒚總€(gè)微珠編號來標(biāo)記這些區(qū)域(圖8)。使用區(qū)域上托(pops)算法來計(jì)算每個(gè)微珠 之面積、取向的角度、像素清單等不同參數(shù)。5.微珠圖像的調(diào)整和用強(qiáng)度曲線表示數(shù)字編碼為了將每個(gè)微珠與長軸對準(zhǔn)(圖9)，拍攝原始灰度級圖像，并將它轉(zhuǎn)換成包含像素值的矩陣。從區(qū)域特性中獲取微珠的像素 索引列表。用每個(gè)微珠的像素索引列表取代灰度級圖像，并使其余像素為零。使用較早計(jì) 算的每個(gè)微珠的取向角度，沿著長軸旋轉(zhuǎn)每個(gè)微珠。 6.分析強(qiáng)度，以便確定數(shù)字代碼微珠圖像以強(qiáng)度與像素?cái)?shù)間的關(guān)系(如圖10所 示)顯示。分析每條強(qiáng)度曲線以獲得微珠中的條形碼。畫一條與χ軸平行的直線，并為直 線與曲線的每個(gè)交點(diǎn)取出χ值。在峰的平均值畫上這條直線。這意味著將峰中的所有交點(diǎn) 之總和除以交點(diǎn)數(shù)。然后，獲取兩個(gè)連續(xù)χ值之間的差值。可替代值是每個(gè)微珠中條形碼 的寬度。透過計(jì)算條形碼的邊緣與第一狹縫之間的間距，可找出條形碼的方向。較長的距 離對應(yīng)于讀取條形碼的正向。如果微珠反向地出現(xiàn)在圖像中，將條形碼位反向。像圖11所 示那樣顯示譯碼結(jié)果。7.接觸微珠的分割當(dāng)兩個(gè)微珠沿著它的邊緣接觸時(shí)，條形碼不重迭，因此，可以 譯碼微珠。但是，兩個(gè)微珠被分割成單個(gè)微珠。為了區(qū)分這樣的接觸微珠，利用使用‘距離 變換’和‘分界線’的‘分界變換’算法?！嚯x變換’是以映像表示，圖像中的每個(gè)像素與最 接近的邊界像素之距離。利用圖像梯度中的灰度級別峰作為分界，可以將圖像數(shù)據(jù)表示成 地形表面。在分割時(shí)，放大這些微珠的狹縫，并使用‘距離變換’找出分界線。分界線的創(chuàng) 建需要黑白圖像，因此，根據(jù)閾強(qiáng)度將每個(gè)圖像轉(zhuǎn)換成黑白的。使用假設(shè)之條形碼狹縫的長 方形結(jié)構(gòu)元素，以進(jìn)行圖像放大。一旦創(chuàng)建了分界線，就使邊緣檢測圖像與分界線重迭，以 獲得最終分離微珠。這些分離微珠盡管邊緣是不規(guī)則的，但條形碼可完好無損地用于解碼。盡管在本專利中闡述了長方形狀微珠，但也可以擴(kuò)展到弧形長方形狀微珠。也就 是說，微珠由長方形和兩端上的兩個(gè)半圓形組成。一個(gè)半圓形大于另一個(gè)半圓形，以表示 MSB和LSB。為了譯碼條形碼，進(jìn)行圖像處理，以除去除了半圓形之外的長方形?；趨^(qū)域 的濾波器只能從微珠中提取MSB半圓。使用‘Sobel過濾器’將這個(gè)實(shí)心半圓圖像縮減成邊 緣圖像。整個(gè)圖像由形成半圓的曲線和直線組成。使用MATLAB 中的Hough(霍夫)變 換識別該直線。根據(jù)該直線，朝著與直線垂直但背離半圓區(qū)的方向構(gòu)建微珠的條形碼部分 的長度的箱體。經(jīng)由在所構(gòu)建箱體內(nèi)畫出強(qiáng)度，來完成條形碼的提取。為了減少圖像處理的計(jì)算時(shí)間，本發(fā)明已經(jīng)做出了許多次嘗試，以改善算法。將圖 像分辨率從1微米/像素降低到10微米/像素，以便進(jìn)行分割微珠的初始處理。當(dāng)微珠被 分割時(shí)，使用高分辨率圖像提取條形碼。另一種嘗試是將圖像譯碼算法從MATLAB 轉(zhuǎn)換 成C程序，并在執(zhí)行之前預(yù)編譯該C程序。這極大地提高了圖像譯碼軟件的執(zhí)行速度。最 后，利用像NVIDIA的協(xié)同處理器并使用CUDA庫將程序與協(xié)同處理器耦合來運(yùn)行譯碼程序。 這種系統(tǒng)含有多達(dá)128個(gè)協(xié)同處理器以并行方式執(zhí)行程序。上面從功能模塊的角度描述了本發(fā)明的處理和系統(tǒng)。不言而喻，除非本文另有說 明，可以將一種或多種功能集成在單個(gè)物理設(shè)備中或軟件產(chǎn)品中的軟件模塊中，或者可以 在分離的物理設(shè)備或軟件模塊中實(shí)現(xiàn)一種功能，這不偏離本發(fā)明的范圍和精神。應(yīng)該進(jìn)一 步懂得，硬件和軟件的界線未必那么清晰。應(yīng)該懂得，對包括處理的每個(gè)步驟的實(shí)際實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)討論并非是理解本發(fā)明所必 需的。只要本文公開了系統(tǒng)中的各種軟件和硬件部件的系統(tǒng)屬性、功能和相互關(guān)系，這種實(shí) 際實(shí)現(xiàn)完全在程序設(shè)計(jì)人員和計(jì)算機(jī)工程人員的常規(guī)技能之內(nèi)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無 需過分實(shí)驗(yàn)就可以實(shí)踐本發(fā)明。
雖然依照所述實(shí)施例，與所述實(shí)施例聯(lián)系在一起描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，可以不偏離本發(fā)明的范圍和精神地作出各種各樣的修改和改進(jìn)。于是，應(yīng)該明白，本發(fā)明不受特定例示性實(shí)施例限制，而只受所附權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求
一種微珠分析系統(tǒng)，包含支承件，用于支承至少一個(gè)微珠，其中所述微珠配備有表示數(shù)字代碼的標(biāo)記；成像設(shè)備，用于獲取所述支承件和包括標(biāo)記的微珠的圖像；和譯碼系統(tǒng)，配置成分析所述成像設(shè)備獲得的圖像，以便識別微珠和將微珠與圖像的其余部分分開，并確定配備在所述微珠上的標(biāo)記所表示的數(shù)字代碼。
2.如權(quán)利要求1所述的微珠分析系統(tǒng)，其中，所述支承件支承多個(gè)微珠，每個(gè)微珠含有 表示數(shù)字代碼的標(biāo)記，其中所述成像設(shè)備獲得的圖像包括含有在每個(gè)微珠上的標(biāo)記的多個(gè) 微珠，和其中所述譯碼系統(tǒng)被配置成分析圖像，以便識別多個(gè)微珠，和將多個(gè)微珠相互分開 并與背景中的所述支承件分開，并確定配備在每個(gè)微珠上的標(biāo)記所表示的數(shù)字代碼。
3.如權(quán)利要求2所述的微珠分析系統(tǒng)，其中，所述支承件包含含有多個(gè)井的板，和其中 多個(gè)微珠被支承在所述井中。
4.如權(quán)利要求2所述的微珠分析系統(tǒng)，進(jìn)一步包含為了成像而照射多個(gè)微珠的光源。
5.如權(quán)利要求4所述的微珠分析系統(tǒng)，其中，所述光源被定位成使光透過多個(gè)微珠到 達(dá)所述成像設(shè)備。
6.如權(quán)利要求4所述的微珠分析系統(tǒng)，其中，所述光源被定位成使光入射到多個(gè)微珠。
7.如權(quán)利要求6所述的微珠分析系統(tǒng)，其中，所述微珠包括產(chǎn)生光學(xué)信號的材料，和其 中所述成像設(shè)備包含檢測光學(xué)信號的光學(xué)器件。
8.如權(quán)利要求2所述的微珠分析系統(tǒng)，其中，所述微珠每一個(gè)包含第一層；第二層；和在所述第一層與所述第二層之間的中間層，所述中間層含有定義在上面的編碼圖案， 其中，所述中間層部分基本透光和部分基本不透光，表示與所述微珠相對應(yīng)的數(shù)字代碼。
9.如權(quán)利要求8所述的微珠分析系統(tǒng)，其中，所述中間層包含定義編碼圖案的一系列 交替基本透光部分和基本不透光部分。
10.如權(quán)利要求9所述的微珠分析系統(tǒng)，其中，透光部分和/或不透光部分之間的相對 位置、寬度和/或間距表示二進(jìn)制代碼。
11.如權(quán)利要求8所述的微珠分析系統(tǒng)，其中，透光部分由穿過所述中間層的狹縫定 義，而不透光部分由反光材料或/或吸光材料定義。
12.如權(quán)利要求11所述的微珠分析系統(tǒng)，其中，所述狹縫包含第一寬度的狹縫和第二 寬度的狹縫，和其中所述第一寬度代表二進(jìn)制代碼中的“0”，而所述第二寬度代表二進(jìn)制代 碼中的“1”。
13.如權(quán)利要求2所述的微珠分析系統(tǒng)，其中，所述譯碼系統(tǒng)被配置成通過如下步驟識 別特定微珠和將特定微珠與圖像的其余部分分開，并確定配備在微珠上的標(biāo)記所代表的數(shù) 字代碼(1)灰度級轉(zhuǎn)換，以便保護(hù)微珠圖像細(xì)節(jié)；(2)背景扣除，以便為微珠圖像獲得均勻 背景；(3)微珠圖像邊緣檢測；(4)如果微珠圖像接觸，則進(jìn)行附加過濾處理，以便分離接觸 微珠圖像；(5)各個(gè)微珠圖像的標(biāo)記；(6)微珠圖像的對準(zhǔn)變換和用強(qiáng)度表示每個(gè)微珠圖像 中的數(shù)字編碼；和(7)分析強(qiáng)度，以便確定數(shù)字代碼。
14.一種分析微珠的方法，包含支承多個(gè)微珠，其中所述微珠配備有代表數(shù)字代碼的標(biāo)記；獲取支承件和包括標(biāo)記的微珠的圖像；和分析圖像，以便識別微珠和將微珠與圖像的其余部分分開，并確定配備在所述微珠上 的標(biāo)記所表示的數(shù)字代碼。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述分析步驟包含如下步驟(1)灰度級轉(zhuǎn)換，以便保護(hù)微珠圖像細(xì)節(jié)；(2)背景扣除，以便為微珠圖像獲得均勻背景；(3)微珠圖像邊緣檢測；(4)如果微珠圖像接觸，則進(jìn)行附加過濾處理，以便分離接觸微珠圖像；(5)各個(gè)微珠圖像的標(biāo)記；(6)微珠圖像的對準(zhǔn)變換和用強(qiáng)度表示每個(gè)微珠圖像中的數(shù)字編碼；和(7)分析強(qiáng)度，以便確定數(shù)字代碼。
全文摘要
透光測定微珠或數(shù)字磁性微珠具有部分透光和部分不透光的數(shù)字編碼結(jié)構(gòu)。當(dāng)數(shù)百或數(shù)千個(gè)LITAB固定在微板中的微井底部上時(shí)，通過精確和可靠地圖像處理可以解碼條形碼。微板是標(biāo)準(zhǔn)生物測定格式；每個(gè)板可以含有96、384或1536個(gè)患者樣本。因此，可以在一個(gè)單獨(dú)微井中分析樣本中的大量目標(biāo)。圖像譯碼算法包含四個(gè)主要處理(1)圖像的增強(qiáng)；(2)微珠的分割；(3)條形碼狹縫的提??；和(4)條形碼的解碼。從光學(xué)潔凈微板的底部拍攝微珠圖像，并且可以通過圖像軟件來譯碼條形碼圖案。因此，可以不取出微珠地在微板中進(jìn)行整個(gè)微珠生物測定實(shí)驗(yàn)。
文檔編號G06T5/00GK101809444SQ200880108761
公開日2010年8月18日 申請日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月8日
發(fā)明者威斯頓·Z·霍, 約翰·柯林斯 申請人:麥克斯韋爾傳感器有限公司