CN113518920A

CN113518920A - 成像分析装置

Info

Publication number: CN113518920A
Application number: CN201980093558.XA
Authority: CN
Inventors: 山口真一
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2021-10-19
Also published as: US11887827B2; US20220172936A1; WO2020217335A1

Abstract

本发明的成像质量分析装置具备：分析执行部(1)，对设定在试样(50)上的二维或试样中的三维测量区域(50)内的多个微小区域执行规定的分析，收集数据；第1图像创建部(21)，用分析执行部(1)得到的数据创建分别反映试样(50)包含的特定的一个或多个成分分布的一个或多个第1分布图像；运算式存储部(23)，至少预先存储包含一个或多个特定成分作为要素的化学反应式、或包含该特定成分的量作为要素的计算式作为运算式；信号值计算部(25)，用根据用户指示从运算式存储部(23)获取的运算式，根据构成一个或多个第1分布图像的各微小区域的信号值，算出其他信号值；第2图像创建部(26)，基于计算结果创建第2分布图像。

Description

成像分析装置

技术领域

本发明涉及一种成像分析装置，可以对试样上的二维区域内的或试样中的三维区域内的多个测量测量点(微小区域)分别执行由质量分析、拉曼分光分析、红外分光分析、荧光分析等各种方法实现的分析。

背景技术

在专利文献1等记载的成像质量分析装置中，能够通过光学显微镜观察生物体组织切片等试样的表面的形态，同时测量该试样的表面的具有特定的质荷比m/z的离子的二维的强度分布。此时，通过在特定的化合物中指定特征性的离子的质荷比并绘制强度分布，能够得到示出试样中的该特定的化合物的分布状况的图像。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2018/037491号册子

发明内容

发明所要解决的技术问题

在生物体内会产生以能量代谢为首的各种化学反应(通常称为生化反应)，由此从某个化合物生成其他化合物。在医疗领域、制药领域、生化领域等中，需要调查通过各种生化反应而广泛存在于生物体内的各种部位或局部存在于特定部位的化合物的分布。这样的化合物的分布也可以通过成像质量分析装置获取。

然而，即使选定被推定为源自某特定的化合物B的质荷比并创建示出该质荷比值的离子的强度分布的质量分析成像图像(以下，称为“MS成像图像”)，也未必一定正确地表示该分布是由先前的对某化合物A的生化反应所生成的化合物B的分布。其原因在于，源自生物体的试样中除了目标化合物以外还存在各种化合物，存在源自其他化合物的离子，其与作为MS成像图像的创建基础的源自化合物B的离子具有相同或相近的质荷比，有该其他化合物的分布重叠的可能性。由此，如果得到化合物B的分布，则需要验证该分布是否是由先前的对某化合物A的生化反应而生成的化合物B的分布，但这样的验证并不容易。

此外，伴随着生物体内的代谢等生化反应，有能量产生或反之有能量消耗。掌握这样的能量的产生量和消耗量的、在生物体组织内的分布状况对于阐明代谢的机理等是重要的。可以使用反映了生化反应的规定的式子，基于生物体组织内的细胞中存在的与代谢相关的多个化合物的量等来计算能量的产生量和消耗量。然而，在以往的成像质量分析装置中，基于对生物体组织切片等试样进行成像质量分析的结果，难以求出代谢的能量的产生量或消耗量的分布。

同样的问题并不限于成像质量分析装置，一般来说也存在于利用拉曼分光分析、红外分光分析、荧光分析等创建分布图像的成像分析装置。

本发明是为了解决这样的技术问题而完成的，其目的之一在于提供一种成像分析装置,能够易于评价由生化反应等各种化学反应生成的化合物的分布状况是否准确。此外，本发明的另一目的在于提供一种成像分析装置，能够易于得到通过代谢等的化学反应产生或消耗的能量的分布状况等以往不易于可视化的分布图像。

用于解决上述技术问题的方案

作为本发明的一方案的成像分析装置具备：

分析执行部，对设定在试样上的二维的或试样中的三维的测量区域内的多个微小区域分别执行规定的分析并收集数据；

第1图像创建部，使用通过所述分析执行部得到的数据，创建分别反映所述试样所包含的特定的一个或多个成分的分布的一个或多个第1分布图像；

运算式存储部，至少预先存储包含所述一个或多个特定的成分作为要素的化学反应式、包含该特定成分的量作为要素的计算式或逻辑运算式中的任一个作为运算式；

信号值计算部，使用根据用户的指示而从所述运算式存储部获取的运算式，根据构成所述一个或多个第1分布图像的各微小区域中的信号值，分别算出其他的信号值；

第2图像创建部，基于所述信号值计算部产生的计算结果，创建第2分布图像。

在作为本发明的一方案的成像分析装置中，例如能够使用质量分析、拉曼分光分析、红外分光分析、荧光分析等作为上述规定的分析。在上述规定的分析为质量分析的情况下，本发明的成像分析装置是成像质量分析装置，上述第1分布图像能够设为是示出源自特定的成分的离子的强度的质量分析成像图像(以下，有时称为“MS成像图像”)、或将离子强度换算为浓度(含量)的浓度图像。

发明效果

根据作为本发明的一方案的成像分析装置，能够基于利用预先存储至运算式存储部的运算式而计算出的信号值，创建不同于第1分布图像的第2分布图像，且例如能够将其显示于显示部或印刷输出。通过使用化学反应式作为运算式，例如能够向用户提供假定为通过化学反应由一个或多个特定的成分生成的反应后的其他成分的分布、假定为通过化学反应生成特定的成分的反映了反应前的其他成分的分布的分布图像。此外，例如通过使用求出能量产生量的计算式作为运算式，能够向用户提供示出能量产生量的分布的图像。

附图说明

图1是作为本发明的一实施方式的成像质量分析装置的主要部分的构成图。

图2是本实施方式的成像质量分析装置中的运算的一例的说明图。

图3是本实施方式的成像质量分析装置中的运算的一例的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图，对作为本发明的一实施方式的成像质量分析装置进行说明。

[本实施方式的装置的结构]

图1是本实施方式的成像质量分析装置的概略框构成图。

本实施方式的成像质量分析装置具备成像质量分析部1、数据解析部2、输入部3和显示部4。

虽未图示，但成像质量分析部1例如包含：在大气压气氛下对试样照射激光而将该试样中的物质离子化的大气压基质辅助激光解吸电离(AP-MALDI)法产生的离子源；暂时捕捉源自试样成分的离子的离子阱；以较高的质量精度以及质量分辨率将从离子阱放出的离子分离的质量分离部；检测该分离的离子的检测部。质量分离部例如能够使用飞行时间型质量分析装置、或FT-ICR(傅里叶变换离子回旋共振)型等傅里叶变换型质量分析装置。

在成像质量分析部1中，通过在生物体组织切片等试样5上的二维的测量区域50内，对照射离子化用的激光的位置进行扫描，并分别实施针对该测量区域50内的多个测量点(实际上是微小区域)的质量分析，能够获取遍及规定的质荷比范围中的质谱数据。当然，也可以通过对捕捉至离子阱的离子，进行具有特定的质荷比的离子的选择、和对于该选择的离子的解离操作来进行MSⁿ分析(其中，n为2以上的整数)。

数据解析部2接收在成像质量分析部1得到的、对多个测量点(微小区域)分别得到的质谱数据(或产物离子光谱数据)，实施基于该数据的解析处理。数据解析部2为了进行后述的特征性解析处理，具备光谱数据存储部20、成像图像创建部21、运算式登记处理部22、运算式存储部23、运算条件设定处理部24、信号值运算部25、运算后图像创建部26以及显示处理部27作为功能模块。

该数据解析部2可以由硬件电路构成，一般来说，其实体为个人计算机或更高性能的工作站等计算机。通过在该计算机上执行安装在该计算机上的专用的数据解析软件，能够具体实现上述各功能模块。在该情况下，输入部3是附设于计算机的键盘、定点设备(鼠标等)，显示部4是显示器。

[本实施方式的装置中的分析动作]

在本实施方式的成像质量分析装置中，例如按照以下的方式收集质量分析成像数据。

用户在通过输入部3指定试样5上的测量区域50，并指定扫描测量的质荷比范围等分析条件的前提下，指示分析开始。成像质量分析部1接受该指示，针对设定在试样5上的测量区域50内的多个测量点分别执行遍及规定的质荷比范围的扫描测量，获取质谱数据。得到的数据从成像质量分析部1传送至数据解析部2，并保存至光谱数据存储部20。另外，在想要观察的目标成分已决定，且想要在成像质量分析部1中执行将该目标成分设为靶的MSⁿ分析的情况下，只要指定目标成分的分子量或与该目标成分对应的前体离子的质荷比和产物离子扫描测量的质荷比范围作为分析条件，并按照该条件执行MSⁿ分析即可。

[本实施方式的装置中的特征性解析处理]

在用户想要确认试样5上的特定的成分的分布的情况下，用户在通过输入部3指定与该成分对应的质荷比的前提下指示图像创建。于是，成像图像创建部21从光谱数据存储部20读取与测量区域50内的各微小区域中的、与被指定的质荷比对应的信号强度，并按照彩色尺度(或灰色标度)将该信号强度变转换为显示色，创建热图形式的二维分布图像。显示处理部27将创建的图像显示于显示部4的画面上。该图像是MS成像图像。

在想要通过对一个或多个MS成像图像进行规定的运算来创建新的图像的情况下，用户预先登记用于该运算的运算式、或用于创建运算式的多个辅助运算式。辅助运算式是作为创建运算式时的要素的函数等，能够通过组合多个辅助运算式来创建运算式。

例如，在想要单纯地进行将两个MS成像图像α、β相加的运算的情况下，只要登记α+β这样的运算式即可。此外，在想要进行(α+β)/αβ这样的运算的情况下，可以登记(α+β)/αβ这样的运算式，也可以预先登记E1＝α+β、E2＝αβ这样的两个辅助运算式作为这些辅助运算式的组合，通过指定E1/E2这样的运算来得到(α+β)/αβ这样的运算式。

即，若用户通过输入部3进行规定的操作，则运算式登记处理部22将运算式的输入画面显示于显示部4。对此，若用户输入运算式或辅助运算式，则运算式登记处理部22将该运算式或辅助运算式保存至运算式存储部23。当然，除了用户自身输入运算式或辅助运算式以外，也可以在装置制造商向用户提供本装置前的阶段，预先将适当的运算式和辅助运算式存储至运算式存储部23。

图2、图3是本实施方式的成像质量分析装置中的运算的一例的说明图。

在通过对一个或多个MS成像图像进行规定的运算来创建新的图像时，用户在指定了作为处理对象的一个或多个MS成像图像(或与它们对应的质荷比)的前提下，从登记至运算式存储部23的运算式中选择运算所使用的运算式(参照图2的(a))。或者，用户选择登记至运算式存储部23的多个辅助运算式，并指定其组合(参照图2的(b))。运算条件设定处理部24根据用户所进行的选择操作或指示操作，从运算式存储部23读取运算式、辅助运算式，来确定使用的运算式。

信号值运算部25对构成指定的一个或多个MS成像图像的每个微小区域，将该微小区域中的信号值(离子强度值)代入确定的运算式并执行运算处理，获取作为运算结果的信号值。在测量区域50整体或其中指定的范围所包含的所有微小区域中，获取依照运算式的信号值。运算后图像创建部26按照彩色尺度(或灰色标度)将该运算后的信号值转换为显示色，创建二维分布图像。显示处理部27将创建的图像显示于显示部4的画面上。该图像是基于一个或多个MS成像图像的运算后的分布图像。

另外，在信号值运算部25中，作为运算对象的信号值，可以不对离子强度值自身执行运算，而是依照预先创建的校准曲线对由信号强度换算成浓度值(含量)后的值执行运算。

对上述运算式的具体例进行说明。

[伴随三磷酸腺苷的分解的能量产生]

作为极其普遍地存在于生物体中的成分，已知有三磷酸腺苷(Aden osinetriphosphate，以下简称为ATP)、二磷酸腺苷(Adenosine diphosphate，以下简称为ADP)、单磷酸腺苷(Adenosine monophospha te，以下简称为AMP)。ATP是作为所有生物的能量来源而存在的化合物，通常ADP、AMP由ATP分解产生。已知根据ATP、ADP、AMP各自的存在量并通过以下式(1)，得到生物体内ATP被分解时所产生的能量的量、即能量产生量E。

E＝P·{[ATP]+(1/2)[ADP]}/{[ATP]+[ADP]+AMP}…(1)

其中，P是常数。此外，[ATP]、[ADP]以及[AMP]是ATP、ADP以及AMP的存在量。

如果ATP、ADP以及AMP的存在量和通过质量分析求出的离子强度值的关系为线形(即，校准曲线为线形)，则能够基于分别对应于ATP、ADP以及AMP的离子强度值，利用式(1)求出相对能量产生量。因此，例如，将{[ATP]+(1/2)[ADP]}/{[ATP]+[ADP]+AMP}的运算式预先保存在运算式存储部23，作为基于ATP、ADP以及AMP求出能量产生量的运算式。然后，通过对组织切片等试样进行成像质量分析，求出与ATP、ADP以及AMP分别对应的MS成像图像，通过将构成这些图像的各微小区域中的信号值应用于上述运算式，能够创建示出生物体组织中的相对能量产生量的分布的图像。

[TCA(Tricarboxylic Acid Cycle：三羧酸循环)循环]

TCA循环是与有氧代谢有关的最为普遍的生化反应循环之一，是将糖、脂肪酸、生酮氨基酸的碳骨架氧化的代谢途径。在此省略详细的说明，已知在TCA循环中进行以下的反应。

CH₃CO-CoA+3NAD⁺+FAD+GDP+Pi+H₂O→3NADH²⁺+FADH₂+CoA-SH+GTP+3CO₂

这样，在TCA循环中，在将乙酰CoA的碳骨架氧化的过程中，将辅酶NAD⁺、FAD还原，产生3分子NADH、1分子FADH₂。此外，在能量上产生与ATP等价的1分子GTP。于是，例如，将上述那样的化学反应式预先保存至运算式存储部23作为运算式，然后，通过将构成与乙酰CoA、COA-SH对应的MS成像图像的各微小区域中的信号值应用于上述运算式，能够创建示出GTP等的分布的图像。

[磷酸戊糖途径]

磷酸戊糖途径在从糖基的葡萄糖-6-磷酸出发的代谢途径中，参与包含NADPH、脱氧核糖、核糖这样的、核酸的生物合成中不可或缺的糖的各种戊糖的产生。已知在磷酸戊糖途径中进行以下的反应。

Glucose 6-phosphate+2NADP⁺+H₂O→ribulose 5-phosphate+2NADP H+2H⁺+CO₂

例如，将上述那样的化学反应式预先保存至运算式存储部23作为运算式，然后，通过将构成与Glucose 6-phosphate、ribulose 5-phosp hate对应的MS成像图像的各微小区域中的信号值应用于上述运算式，能够创建示出NADPH等分布的图像。

此外，存在想要对多个化合物使用相同的运算式并分别求出新的分布图像的情况。因此，为了与其对应，也可以使对运算式中设定的变量能够以列表形式供用户进行输入设定。例如，考虑想要对多个化合物C1、C2、C3、…，计算C1/(U+V)、C2/(U+V)、C3/(U+V)、…(其中，U、V例如分别为某个化合物的存在量)创建分布图像的情况。在该情况下，若预先登记将多个化合物设为变量X的X/(U+V)作为运算式，选择该运算式并且输入变量X作为质荷比的列表，则可以在该列表例举的多个质荷比的MS成像图像中分别实施应用了运算式的运算(参照图3)。

此外，上述运算式除了计算式、反应式以外，也可以是进行多个MS成像图像的每个微小区域的信号强度值或浓度值的逻辑或、逻辑与、异或等逻辑运算的式子。

[进一步的变形例]

在上述实施方式的说明中，成像图像创建部21基于与指定的质荷比对应的信号强度来创建MS成像图像，但也可以将与指定的质荷比对应的化合物的同位素即其他质荷比的信号强度自动相加，并基于该相加后的信号强度创建MS成像图像。由此，能够针对目标化合物创建示出更准确的二维分布的MS成像图像。另外，在进行这样的处理中，只要针对各种化合物预先给出同位素的信息即可。

此外，除了对特定的质荷比的MS成像图像和将其定量化的浓度图像应用运算式来创建新的分布图像以外，也能够对通过质量分析得到的各种分布图像应用运算式来创建新的分布图像。

具体而言，也可以将运算式应用于由源自同一成分或彼此不同的多个成分的、通过对彼此不同的质荷比中的离子强度进行计算而求出的信号值构成的图像，例如由作为源自同一成分的质荷比彼此不同的离子强度的平均的信号值构成的图像等，来创建新的分布图像。

此外，在上述实施方式的装置中，试样上的测量区域是二维的，当然也能够将本发明利用在测量区域为三维的情况。

进而，上述实施方式是将本发明应用于成像质量分析装置的例子，但并不限定为成像质量分析装置，显而易见地，可以将本发明应用于针对试样上的二维的或三维的测量区域中的多个微小区域，分别进行拉曼分光分析、红外分光分析、荧光分析等分析，并可以基于该结果创建成像图像的各种分析装置。即，也可以对拉曼分光成像图像、红外分光成像图像、荧光成像图像等执行基于运算式的运算，创建新的成像图像。

此外，也可以不对通过同种的分析得到的多个成像图像执行基于运算式的运算，而是例如对通过MS成像图像和拉曼分光成像图像等不同的分析得到的多个成像图像，执行基于运算式的运算。当然，在进行这样的运算处理的情况下，优选为进行使两图像的空间分辨率一致等的图像前处理、信号强度的修正或标准化。

进而，上述实施方式、变形例只是本发明的一例，在本发明的主旨的范围内进行适当变形、修正、追加等当然也包含在本申请权利要求的范围中。

[各种方案]

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了说明，最后对本发明的各种方案进行说明。

本发明的第1方案的成像分析装置具备：

运算式存储部，至少预先存储包含所述一个或多个特定成分作为要素的化学反应式、包含该特定成分的量作为要素的计算式或逻辑运算式中的任一个作为运算式；

信号值计算部，使用根据用户的指示从所述运算式存储部获取的运算式，根据构成所述一个或多个第1分布图像的各微小区域中的信号值，分别算出其他信号值；

第2图像创建部，基于所述信号值计算部的计算结果，创建第2分布图像。

根据本发明的第1方案，例如，不单单显示特定的质荷比中的MS成像图像，还能够向用户提供由应用基于化学反应式等的各种运算式而计算出的信号值构成的、以往不易得到的新的分布图像。具体而言，能够向用户提供假定为通过化学反应而由一个或多个特定的成分生成的反应后的其他成分的分布、假定为通过化学反应生成特定的成分的反映了反应前的其他成分的分布的分布图像。此外，也能够向用户提供示出生化反应等的能量产生量的分布的图像。此外，根据本发明的第1方案，能够将各种运算式预先登记至运算式存储部，使用从中选择的运算式来进行用于创建第2图像的运算，因此，用户进行的用于解析处理的作业变得简便。

本发明的第2方案的成像分析装置是在第1方案中，能够在所述运算式存储部预先存储作为构成运算式的要素的辅助运算式，所述信号值计算部将通过根据用户的指示而从所述运算式存储部获取的多个辅助运算式组合从而构成目标运算式，并使用该运算式算出其他信号值。

根据本发明的第2方案，能够简化复杂的运算式的登记作业。

本发明的第3方案的成像分析装置是在第1方案中，能够在所述运算式存储部预先存储包含变量的运算式，所述信号值计算部创建将根据用户的指示而从所述运算式存储部获取的所述运算式的变量与各自不同的第1分布图像进行关联的多个运算式，使用该多个运算式分别计算其他信号值。

根据本发明的第3方案，能够以简单的操作且高效地获取针对各自不同的多个第1分布图像的第2分布图像。

本发明的第4方案的成像分析装置是在第1～3的任一个方案中，所述规定的分析能够是质量分析。

附图标记说明

1 成像质量分析部

2 数据解析部

20 光谱数据存储部

21 成像图像创建部

22 运算式登记处理部

23 运算式存储部

24 运算条件设定处理部

25 信号值运算部

26 运算后图像创建部

27 显示处理部

3 输入部

4 显示部。

Claims

1.一种成像分析装置，其特征在于，具备：

运算式存储部，至少预先存储包含所述一个或多个特定的成分作为要素的化学反应式、包含该特定的成分的量作为要素的计算式或逻辑运算式中的任一个作为运算式；

信号值计算部，使用根据用户的指示而从所述运算式存储部获取的运算式，根据构成所述一个或多个第1分布图像的各微小区域中的信号值，分别算出其他信号值；

2.如权利要求1所述的成像分析装置，其特征在于，

在所述运算式存储部预先存储作为构成运算式的要素的辅助运算式，所述信号值计算部通过将根据用户的指示而从所述运算式存储部获取的多个辅助运算式组合从而构成目标运算式，并使用该运算式算出其他信号值。

3.如权利要求1所述的成像分析装置，其特征在于，

在所述运算式存储部预先存储包含变量的运算式，所述信号值计算部创建将根据用户的指示而从所述运算式存储部获取的所述运算式的变量与各自不同的第1分布图像进行关联的多个运算式，使用该多个运算式分别计算其他信号值。

4.如权利要求1所述的成像分析装置，其特征在于，

所述规定的分析是质量分析。