JP2006119076A

JP2006119076A - マッピングデータ解析装置及び方法

Info

Publication number: JP2006119076A
Application number: JP2004309447A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Akao; 賢一赤尾; Toshiyuki Nagoshi; 利之名越
Original assignee: Jasco Corp
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2006-05-11
Also published as: EP1686509A2; US20060088217A1; EP1686509A3; US7515769B2

Abstract

【課題】大量のスペクトルを含むマッピングデータを、統計的な手法を用いて客観的に分析することのできるマッピングデータ解析装置を提供する。
【解決手段】試料面上の各点のスペクトルデータを個々のサンプル、各スペクトルデータの複数の波数での値を変量として主成分分析を行う主成分演算手段２０と、複数個の主成分スコアを軸として、前記サンプルの散布図を作成する散布図作成手段２２と、個々のサンプルの主成分スコアの値に基づいたマッピング図を作成するマッピング図作成手段２４と、マッピング図および散布図を表示する表示手段１４と、を備え、使用者は表示手段１４上に表示された散布図を参照して個々のサンプル点のグループ分けを行い、該グループ分けに基づくマッピング図を表示することを特徴とするマッピングデータ解析装置１０。
【選択図】図１

Description

本発明はマッピングデータの解析装置及び解析方法の改良に関する。

試料面上の物質の分布などを調べるため、分光測定装置を用いたマッピング測定が広く行われている。例えば赤外顕微鏡では、試料面上の微小領域に赤外光を照射し、そこからの反射光または透過光を検出することで該微小領域からの赤外スペクトルを採取する。そして、試料を移動させる、２次元検出器を用いる等の方法で、試料面上の各点から赤外スペクトルを採取し、特定の物質の試料面上の分布などを調べる。
通常、マッピング測定の結果を２次元マッッピング図として表示する場合、採取した赤外スペクトルのうち特定のピークに着目し、そのピーク高さや、ピーク面積などによりマッピング図を作成している（例えば、特許文献１の従来の技術の欄を参照）。つまり、着目する物質に固有の官能基等のピークを取り出し、その部分の情報のみを用いてマッピング図を表示していた。
特開平７−１５１６７８号公報

しかしながら、通常分光スペクトルは複数のピークを有するため、着目するピークがどの官能基や結合によるものであるかを帰属する作業が必要になる。また、着目するピークに他のピークが重なる場合もあり、この場合主観を頼りに解析を行わなければならなかった。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は大量のスペクトルを含むマッピングデータを、統計的な手法を用いて客観的に分析することのできるマッピングデータ解析装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のマッピングデータ解析装置は、試料面上の各点からの分光スペクトルを測定し、得られたマッピングデータを解析するマッピングデータ解析装置において、試料面上の各点のスペクトルデータを個々のサンプル、各スペクトルデータの複数の波数での値を変量として主成分分析を行い、個々のサンプルの主成分スコアを演算する主成分演算手段と、複数個の主成分スコアを軸として、前記サンプルの散布図を作成する散布図作成手段と、個々のサンプルの主成分スコアの値に基づいたマッピング図を作成するマッピング図作成手段と、前記散布図および／またはマッピング図の表示パラメータの設定を行う設定手段と、前記マッピング図および／または散布図を表示する表示手段と、を備える。
前記散布図作成手段にて作成された散布図を前記表示手段上に表示し、使用者は前記設定手段に個々のサンプル点のグループ分けを設定し、前記マッピング図作成手段は設定したグループ分けに基づき、試料面の各点がどのグループに属しているかを示すマッピング図を作成し、該マッピング図を前記表示手段に表示することを特徴とする。

また、本発明のマッピングデータ解析方法は、試料面上の複数の点で分光スペクトルを測定して得られるマッピングデータを解析するマッピングデータ解析方法において、
試料面上の各点のスペクトルデータを個々のサンプル、各サンプルの複数の波数での値を変量として主成分分析を行い、個々のサンプルの主成分スコアを演算する主成分演算工程と、複数個の主成分のスコアを軸として、前記個々のサンプルの散布図を表示する散布図表示工程と、該散布図に基づいてサンプルを複数のグループに分割するグループ分け工程と、該グループ分けに基づいて、試料面上の各点がどのグループに属しているかを示すマッピング図を表示するマッピング図表示工程と、を含むことを特徴とする。

本発明のマッピングデータ解析装置及び方法によれば、大量のスペクトルを含むマッピングデータを、統計的な手法を用いて客観的に分析することができる。

以下に図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
図１はマッピングデータ解析装置の概略構成図である。図１のマッピングデータ解析装置１０は、マルチチャンネル赤外顕微鏡などの分光測定装置１２に接続されており、該分光測定装置１２からの測定データを受け取り、記憶する。マッピングデータ解析装置１０は、コンピュータ等から構成されており、ディスプレイなどで構成される表示手段１４、キーボード、マウス等で構成される入力手段１６を含む。
分光測定装置１２では、試料面を小領域に分割し、各小領域からの分光スペクトルデータを測定する。該測定されたスペクトルデータは、試料面上の位置情報とともに、マッピングデータ解析装置１０に送られ、その記憶手段１８に記憶される。つまり、試料面上の各点のスペクトルデータは試料面上の位置座標と対応付けられて記憶されている。

本実施形態のマッピング解析装置１０は、試料面上の各点のスペクトルデータを個々のサンプルデータとして、各スペクトルデータの複数の波数での値（強度など）を変数として主成分分析を行い、個々のサンプルの主成分スコアを演算する主成分演算手段２０と、個々のサンプルの一または複数個の主成分のスコアを軸にとり、前記サンプルデータの散布図を作成する散布図作成手段２２と、個々のサンプルの主成分スコアの値に基づいたマッピング図を作成するマッピング図作成手段２４と、マッピング図および／または散布図の表示手段１４への表示を制御する表示制御手段２６と、散布図および／またはマッピング図の表示パラメータの設定を行う設定手段２８と、を備える。散布図作成手段２２によって作成された散布図は、表示手段２６上に表示される。使用者は、画面上の散布図を参考にしながら、前記設定手段２８によって前記散布図上の個々のサンプル点を複数のグループに分ける。このグループ分けに基づき、マッピング図作成手段２４は、試料面上の各点がどのグループに属するかを示すマッピング図を作成し、表示制御手段２６によって該マッピング図が表示手段１４に表示される。

以上が本実施形態の装置の概略構成であり、次に装置の使用者の解析手順（図２参照）に沿ってその作用を説明していく。
まず、分光測定装置によって、試料面上の所定区域を小領域に分け、それぞれの小領域での分光スペクトル（吸収スペクトル、反射スペクトルなど）をマッピング測定する（Ｓ１０）。このとき、小領域の位置座標の情報とそこでの分光スペクトルデータとの組であるマッピングデータは、マッピングデータ解析装置の記憶手段１８に記憶される。
マッピング測定によって得られたデータは、試料面上の各点のスペクトルデータを個々のサンプルとして主成分分析が行われる（Ｓ１２）。ここで、分光スペクトルのどの波数での値を変量にとるかは、装置の使用者が適宜設定することができる。そして、図１に示した主成分演算手段２０は、記憶手段１８から各点ごとのスペクトルデータを読み出し、主成分分析を行う。各サンプルの主成分スコアの値は、試料面上の位置と関係付けて記憶手段１８に記憶される。

次に複数個の主成分スコアを軸としてサンプル（試料面上の各点）の散布図を表示する（Ｓ１４）。まず、使用者は入力手段２６を介して設定手段２８に、何番目の主成分を軸として散布図を作成するかを設定する。その設定は散布図作成手段２２に送られ、散布図作成手段２２では、軸となる各サンプル（試料面上の各点）のスコアの値を記憶手段１８から読み出し、サンプルの散布図を作成する。作成された散布図は表示制御手段２６によって表示手段１４に表示される。例えば、第１主成分スコア、第２主成分スコアの２個の主成分スコアを軸として選択すると、図３に示すような二次元散布図が表示される。また、第１、第３、第４主成分スコアの３つの主成分スコアを軸として選択すると、図４に示すような３次元の散布図を表示することもできる。

次に上記の散布図を参照しながらサンプルのグループ分けを行う（Ｓ１６）。使用者は、入力手段１６を介してグループ分けの条件を設定する。例えば、図３、図４に点線で囲んだそれぞれの領域を一つのグループとする。
上で設定したグループ分けに基づいて、試料面上の各点がどのグループに属しているかを示すマッピング図が表示される（Ｓ１８）。設定手段２８は上記のグループ分けの条件をマッピング作成手段２４に送る。マッピング図作成手段２４は、記憶手段１６から各サンプルの主成分スコアの値を読み出し、そのサンプルがどのグループに属しているのかを上記のグループ分けの条件により判断し、マッピング図を作成する。作成されたマッピング図は、表示制御手段２６によって表示手段１４に表示される。図５にグループ分けしたマッピング図の例を示す。図５のマッピング図は、横軸、縦軸が試料面の位置座標（Ｘ座標、Ｙ座標）を示し、各点（図中の格子で区切られた四角形の一つ一つ）は属しているグループ毎に色分けされている。ここでは、３つのグループに分けた例を示したが、この数は特に限定されない。

このようなグループ分けしたマッピング図を解析することにより、直感的に試料面上の物質の分布を調べることができる。また、各点のスペクトルデータの複数の波数での値を変量として解析しているため、従来のような特定のピークの強度によるマッピング図よりも、多くの情報を得ることができる。
このように、本実施形態にかかるマッピングデータ解析装置及びその方法によれば、各点のスペクトルのピークの帰属を行う必要なく、解析を行うことができる。また、例えば試料が生体組織などの複雑なもののとき、各点からのスペクトルデータは複数のピークが重なりあったものとなり、ピークの帰属は非常に厄介なのもとなるが、本実施形態によれば統計的な手法を用いて客観的に分析することができる。

また、使用者は所定の主成分スコアの値に基づいたマッピング図も表示させることができる。図６にその例を示した。図６のマッピング図は、縦軸、横軸を試料面のＸ座標、Ｙ座標にとり、各点での所定の主成分スコアの値に応じて色分けして示したものである。使用者は、何番目の主成分スコアの値によってマッピング図を作成するかを、入力手段１６を介して設定手段２８に設定する。マッピング作成手段２４では、設定手段２８から送られてきた情報を基に、記憶手段１８に記憶された各点のデータの所定の主成分スコアの値を読み出し、マッピング図を作成する。作成されたマッピング図は表示制御手段２６によって表示手段１４に表示される。また、上記のマッピング図としては、試料面をＸＹ平面、スコアの値をＺ軸にとり、３次元グラフとして表示させてもよい。

本発明の実施形態にかかるマッピングデータ解析装置の概略構成図本発明の実施形態にかかるマッピングデータ解析方法の説明図２次元散布図の例３次元散布図の例グループ分けによるマッピング図の例主成分スコアによるマッピング図の例

符号の説明

１０マッピングデータ解析装置
１２分光測定装置
１４表示手段
１６入力手段
１８記憶手段
２０主成分演算手段
２２散布図作成手段
２４マッピング図作成手段
２６表示制御手段
２８設定手段

Claims

試料面上の各点からの分光スペクトルを測定し、得られたマッピングデータを解析するマッピングデータ解析装置において、
試料面上の各点のスペクトルデータを個々のサンプル、各スペクトルデータの複数の波数での値を変量として主成分分析を行い、個々のサンプルの主成分スコアを演算する主成分演算手段と、
複数個の主成分スコアを軸として、前記サンプルの散布図を作成する散布図作成手段と、
個々のサンプルの主成分スコアの値に基づいたマッピング図を作成するマッピング図作成手段と、
前記散布図および／またはマッピング図の表示パラメータの設定を行う設定手段と、
前記マッピング図および／または散布図を表示する表示手段と、
を備え、
前記散布図作成手段にて作成された散布図を前記表示手段上に表示し、使用者は前記設定手段に個々のサンプル点のグループ分けを設定し、前記マッピング図作成手段は設定したグループ分けに基づき、試料面の各点がどのグループに属しているかを示すマッピング図を作成し、該マッピング図を前記表示手段に表示することを特徴とするマッピングデータ解析装置。
試料面上の複数の点で分光スペクトルを測定して得られるマッピングデータを解析するマッピングデータ解析方法において、
試料面上の各点のスペクトルデータを個々のサンプル、各サンプルの複数の波数での値を変量として主成分分析を行い、個々のサンプルの主成分スコアを演算する主成分演算工程と、
複数個の主成分のスコアを軸として、前記個々のサンプルの散布図を表示する散布図表示工程と、
該散布図に基づいてサンプルを複数のグループに分割するグループ分け工程と、
該グループ分けに基づいて、試料面上の各点がどのグループに属しているかを示すマッピング図を表示するマッピング図表示工程と、
を含むことを特徴とするマッピングデータ解析方法。