JP2012038459A - Mass spectroscope - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To compress and store a mass spectrometric imaging image of high resolution and high mass resolution without damaging information thereof.SOLUTION: The same living tissues have similar colors on an optical microscopic image of a sample. Then, an area division discrimination processing part 23 executes cluster analysis with the color of a color optical microscopic image as a target, and divides a measurement range into a plurality of small areas corresponding to the living tissues. An image compression/decompression part 25 sets such a block to be completed within a divided small area, and executes image compression using a DCT in a block unit to a mass spectrometric imaging image. Since a change in ionic strength is small in the same living tissues, a high frequency component after conversion by the DCT is small, and data loss can be suppressed even though a data amount is reduced.

Description

本発明は質量分析装置に関し、さらに詳しくは、試料上の2次元領域内における特定の質量電荷比(m/z)の信号強度分布を示す質量分析イメージング画像を取得可能なイメージング質量分析装置に関する。   The present invention relates to a mass spectrometer, and more particularly to an imaging mass spectrometer capable of acquiring a mass spectrometry imaging image showing a signal intensity distribution of a specific mass-to-charge ratio (m / z) in a two-dimensional region on a sample.

質量分析イメージングは、生体組織切片などの試料の2次元領域内の複数の微小領域においてそれぞれ質量分析を行うことにより、特定の質量電荷比を有する物質の分布を調べる手法であり、創薬やバイオマーカ探索、各種疾病・疾患の原因究明などに利用できるものと期待されている。質量分析イメージングを実施するための質量分析装置は一般にイメージング質量分析装置と呼ばれている。また、通常、試料上の任意の範囲について顕微観察を行い、その顕微観察画像に基づいて分析対象領域を定めて該領域のイメージング質量分析を実行することから顕微質量分析装置とも呼ばれているが、本明細書ではイメージング質量分析装置と呼ぶこととする。例えば、特許文献1、2、非特許文献1、2には、従来の一般的なイメージング質量分析装置の構成や分析例が開示されている。   Mass spectrometry imaging is a technique for examining the distribution of substances having a specific mass-to-charge ratio by performing mass analysis in each of a plurality of minute regions within a two-dimensional region of a sample such as a biological tissue section. It is expected to be useful for marker search and investigation of the causes of various diseases and disorders. A mass spectrometer for performing mass spectrometry imaging is generally called an imaging mass spectrometer. It is also called a microscopic mass spectrometer because it usually performs microscopic observation of an arbitrary range on a sample, determines a region to be analyzed based on the microscopic observation image, and executes imaging mass spectrometry of the region. In this specification, it will be called an imaging mass spectrometer. For example, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 and 2 disclose configurations and analysis examples of conventional general imaging mass spectrometers.

上記イメージング質量分析装置では、試料上の2次元領域内の多数の測定点(微小領域)それぞれにおいて質量分析データが取得される。非特許文献1、2に開示されたイメージング質量分析装置では、試料由来のイオンを質量電荷比に応じて分離するために飛行時間型質量分析器が利用されているが、そうした構成の場合には、各測定点においてイオン強度の時間的変化を示す飛行時間スペクトルデータが得られ、飛行時間を質量電荷比に換算することでマススペクトルが作成される。イメージング質量分析装置では、試料上の測定点の間隔が空間分解能を左右し、精緻な画像を得るために空間分解能を上げようとするほど測定点の数は多くなる。測定点の数が多いと、測定対象の2次元領域における飛行時間スペクトルデータの総量は膨大になる。   In the imaging mass spectrometer, mass spectrometry data is acquired at each of a large number of measurement points (micro areas) in a two-dimensional area on the sample. In the imaging mass spectrometers disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2, a time-of-flight mass analyzer is used to separate sample-derived ions according to the mass-to-charge ratio. Time-of-flight spectrum data showing temporal changes in ion intensity at each measurement point is obtained, and a mass spectrum is created by converting the time of flight into a mass-to-charge ratio. In an imaging mass spectrometer, the interval between measurement points on a sample affects the spatial resolution, and the number of measurement points increases as the spatial resolution is increased in order to obtain a fine image. When the number of measurement points is large, the total amount of time-of-flight spectrum data in the two-dimensional region to be measured becomes enormous.

例えば、20[ms]程度の時間範囲の飛行時間スペクトル信号を1[GHz]のサンプリング周波数でサンプリングし、各サンプルを16[bit]のビット長でデジタル信号に変換する場合を考える。この飛行時間スペクトルにおいて、1測定点当たりのサンプル数は約20000となり、1サンプルは2バイトのデータであるため、1測定点当たりのデータ量は約40[kB]となる。測定領域内の測定点が2次元的に250×250[pixel]の格子状に設定されているとすると、測定点の数は62500であり、その測定領域に対する全データ量は約2.32[GB]と膨大なものとなる。空間分解能を上げるために測定点の間隔を狭めて測定点数を増やすと、或いは、測定対象の2次元領域を広げると、全データ量はさらに増加することになる。また、質量精度や質量分解能を改善するためには、飛行時間スペクトル信号に対するサンプリング周波数を上げる必要があるが、そうすると全データ量は尚一層増加する。即ち、高解像度で高質量分解能の質量分析イメージングデータほど大きなデータサイズを持つ。   For example, consider a case where a time-of-flight spectrum signal in a time range of about 20 [ms] is sampled at a sampling frequency of 1 [GHz] and each sample is converted to a digital signal with a bit length of 16 [bit]. In this time-of-flight spectrum, the number of samples per measurement point is about 20000, and since one sample is 2-byte data, the data amount per measurement point is about 40 [kB]. If the measurement points in the measurement area are two-dimensionally set in a 250 × 250 [pixel] grid, the number of measurement points is 62500, and the total data amount for the measurement area is about 2.32 [ GB] and huge. If the interval between measurement points is decreased to increase the spatial resolution and the number of measurement points is increased, or if the two-dimensional region to be measured is expanded, the total data amount will further increase. Further, in order to improve mass accuracy and mass resolution, it is necessary to increase the sampling frequency for the time-of-flight spectrum signal, but the total amount of data further increases. In other words, mass analysis imaging data with high resolution and high mass resolution has a larger data size.

一般的にイメージング質量分析を実施する現場では、多数の試料に対してそれぞれ取得した質量分析イメージングデータを保存しておく必要があるが、1つの試料当たりの質量分析イメージングデータの量が上記のように膨大なものとなると、質量分析イメージングデータを保存するために非常に大きな記憶容量の記憶装置(典型的にはハードディスクドライブ装置)が必要になる。また、データのバックアップをとるためにDVDやブルーレイディスクなどの光学ディスクがよく用いられるが、上記のようにデータサイズが大きいと、1枚のディスクに格納可能な質量分析イメージング画像の枚数はかなり限られる。そのため、データバックアップのために多量のディスクの管理が必要となり、これはユーザにとって非常に煩雑で面倒である。   In general, in the field where imaging mass spectrometry is performed, it is necessary to store mass spectrometry imaging data acquired for each of a large number of samples, but the amount of mass spectrometry imaging data per sample is as described above. In order to store mass spectrometry imaging data, a storage device (typically a hard disk drive device) having a very large storage capacity is required. In addition, optical discs such as DVDs and Blu-ray discs are often used to back up data. However, if the data size is large as described above, the number of mass spectrometry imaging images that can be stored on one disc is quite limited. It is done. Therefore, it is necessary to manage a large amount of disks for data backup, which is very complicated and troublesome for the user.

通常、イメージング質量分析装置で収集されるデータは、各質量電荷比についてのイオン強度の2次元分布の単色画像の集合として表現することができる。したがって、各画像を構成するデータに周知のデータ圧縮アルゴリズムを適用することによって、質量分析イメージングデータの量を削減することができる。静止画像データを圧縮する方法としては、JPEG(Joint Photographic Experts Group)など、よく知られた圧縮フォーマットによるものがある。しかしながら、こうした既知の静止画像圧縮方法を単に質量分析イメージングデータに適用した場合、圧縮・伸張に伴いイメージング画像上で元の情報が大きく損なわれ、目的とする情報が得られなくなることがある。このため、特に高解像及び高質量分解能のイメージング画像の保存には、既存の画像圧縮手法は適さないという問題があった。   Usually, data collected by an imaging mass spectrometer can be expressed as a set of monochromatic images of a two-dimensional distribution of ion intensity for each mass-to-charge ratio. Therefore, by applying a well-known data compression algorithm to the data constituting each image, the amount of mass spectrometry imaging data can be reduced. As a method for compressing still image data, there is a method using a well-known compression format such as JPEG (Joint Photographic Experts Group). However, when such a known still image compression method is simply applied to mass spectrometry imaging data, the original information may be greatly lost on the imaging image due to compression / decompression, and target information may not be obtained. For this reason, there is a problem that the existing image compression method is not suitable particularly for storing high resolution and high mass resolution imaging images.

国際公開第20008/068847号パンフレットInternational Publication No. WO20008 / 068847 Pamphlet 特開2009−25268号公報JP 2009-25268 A

小河、ほか5名、「顕微質量分析装置の開発」、島津評論、第62巻、第3・4号、2006年3月31日発行、p.125−135Ogawa, et al., “Development of Microscopic Mass Spectrometer”, Shimazu Review, Vol. 62, No. 3, Issue 4, March 31, 2006, p. 125-135 原田、ほか8名、「顕微質量分析装置による生体組織分析」、島津評論、第64巻、第3・4号、2008年4月24日発行、p.139−145Harada and others, “Biological tissue analysis using a micro-mass spectrometer,” Shimadzu review, volume 64, No. 3, issue 4, April 24, 2008, p. 139-145

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その主な目的は、高解像、高質量分解能の質量分析イメージング画像の情報をできるだけ損なわずにそのデータ量を圧縮し、データサイズを縮小して効率的に保存することができるイメージング質量分析装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its main purpose is to compress the amount of data without losing as much information as possible in high-resolution, high-mass resolution mass spectrometry imaging images, and to reduce the data size. An object of the present invention is to provide an imaging mass spectrometer that can be reduced and efficiently stored.

上述したJPEGのフォーマットでは、多数の画素から構成される1枚の画像を8×8画素の矩形状のブロックに分割し、そのブロック単位で、標準的な離散コサイン変換(DCT: Discrete Cosine Transform)を用いて、ブロック内の各画素の持つ色の強度の空間的な変化を周波数とその周波数成分の強さの情報とに変換する。そして、変換されたデータに対し、量子化により高周波成分の情報を落とすとともにエントロピー符号化を行うことによりデータ量を圧縮する。しかしながら、色強度がブロック内の隣接する画素間で大きく異なるような画像に対して上記のような圧縮を行うと、画素間の急激な強度変化を十分に表現することができず、それが元の情報を大きく損なう原因となる。   In the JPEG format described above, a single image composed of a large number of pixels is divided into rectangular blocks of 8 × 8 pixels, and a standard discrete cosine transform (DCT) is performed for each block. Is used to convert the spatial change in color intensity of each pixel in the block into information on the frequency and the intensity of the frequency component. Then, the amount of data is compressed by dropping high frequency component information by quantization and entropy coding for the converted data. However, if the above compression is applied to an image in which the color intensity is greatly different between adjacent pixels in the block, a sudden intensity change between the pixels cannot be expressed sufficiently. It will cause a serious loss of information.

例えば生体切片等の試料に対する質量分析イメージングを行った場合、同じ生体組織に含まれる成分はほぼ同じであるため、同一の生体組織に属する複数の測定点におけるマススペクトルの形状はよく似ている。例えば図3(a)はマウス脳切片の光学顕微画像、図3(b)は同じ領域における或る質量電荷比に対する質量分析イメージング画像である。図には、神経組織の中の灰白質(Gray matter:太線で囲まれた範囲)、白質(White matter)、顆粒層(Granular layer)などの生体組織が現れているが、図3(b)を見れば、同じ生体組織内の色強度は似ていて変化が少ないことが分かる。この傾向は、特に、マススペクトル毎に総イオンカウント(Total Ion Count)方式で規格化されたデータにおいて顕著である。したがって、DCTを適用するブロックを画像の内容と無関係に設定するのではなく、同じ生体組織内でブロックを完結させれば、換言すれば、異なる生体組織を跨ることがないようにブロックを設定すれば、上記のような圧縮に伴う情報の損失を軽減できる筈である。   For example, when mass spectrometry imaging is performed on a sample such as a biological section, since the components included in the same biological tissue are almost the same, the shapes of the mass spectra at a plurality of measurement points belonging to the same biological tissue are very similar. For example, FIG. 3A is an optical microscopic image of a mouse brain section, and FIG. 3B is a mass spectrometry imaging image for a certain mass-to-charge ratio in the same region. In the figure, gray tissues (gray matter: a range surrounded by a thick line), white matter (granular layer), etc. in the nervous tissue appear, but FIG. 3 (b) As can be seen, the color intensities in the same living tissue are similar and change little. This tendency is particularly remarkable in data standardized by the total ion count method for each mass spectrum. Therefore, instead of setting the block to which the DCT is applied regardless of the content of the image, if the block is completed within the same biological tissue, in other words, the block should be set so as not to cross different biological tissues. For example, the loss of information due to the compression as described above should be reduced.

通常、JPEGで静止画像を圧縮する場合には、DCTを適用する1つのブロック内における色強度の変化の大小を事前に知ることはできない。これに対し、質量分析イメージングデータの場合には、このデータとは別に、図3(a)に示したような、測定領域に対応する光学顕微画像を取得することが可能である。本願発明者は、光学顕微画像そのもの或いは試料を染色処理した後の光学顕微画像上では同じ生体組織が類似した色を持つ点に着目し、光学顕微画像に対するデータ処理を行うことによって同一生体組織内に位置する測定点を識別し、その結果を利用して質量分析イメージング画像上でDCTを適用するブロックの区切りを適切に設定することに想到した。   Normally, when compressing a still image using JPEG, it is impossible to know in advance the magnitude of the change in color intensity in one block to which DCT is applied. On the other hand, in the case of mass spectrometry imaging data, it is possible to acquire an optical microscopic image corresponding to the measurement region as shown in FIG. The inventor of the present application pays attention to the fact that the same biological tissue has a similar color on the optical microscopic image itself or on the optical microscopic image after the sample is stained, and performs data processing on the optical microscopic image to perform processing within the same biological tissue. It was conceived that the measurement point located at the position is identified, and the result is used to appropriately set a block delimiter for applying the DCT on the mass spectrometry imaging image.

即ち、上記課題を解決するために成された本発明は、試料上の所定の2次元領域内に設定された複数の微小領域毎の質量分析を行い、その結果に基づいて質量分析イメージング画像を作成する質量分析装置において、
a)試料上の前記2次元領域の光学顕微画像を取得する撮像手段と、
b)前記撮像手段により得られた光学顕微画像に基づいて、前記2次元領域内の試料面を特徴的な構造に対応した複数の小領域に区分する領域分割手段と、
c)前記2次元領域内の微小領域毎に収集された特定の質量電荷比のイオン強度信号により構成される質量分析イメージング画像をデータ圧縮する手段であって、前記領域分割手段により分割された小領域で完結するブロック単位で圧縮処理を行う圧縮手段と、
を備えることを特徴としている。
That is, in order to solve the above problems, the present invention performs mass analysis for each of a plurality of minute regions set in a predetermined two-dimensional region on a sample, and based on the results, mass analysis imaging images are obtained. In the mass spectrometer to be created,
a) an imaging means for acquiring an optical microscopic image of the two-dimensional region on the sample;
b) area dividing means for dividing the sample surface in the two-dimensional area into a plurality of small areas corresponding to characteristic structures based on the optical microscopic image obtained by the imaging means;
c) Means for compressing data of a mass spectrometry imaging image composed of ion intensity signals of a specific mass-to-charge ratio collected for each minute area in the two-dimensional area, wherein the small image divided by the area dividing means Compression means for performing compression processing in units of blocks completed in the area;
It is characterized by having.

本発明に係る質量分析装置において、上記「試料」は典型的には生体由来の試料であり、その場合、上記「特徴的な構造」とは「生体組織」である。   In the mass spectrometer according to the present invention, the “sample” is typically a sample derived from a living body, and in this case, the “characteristic structure” is “biological tissue”.

本発明に係る質量分析装置の一態様として、好ましくは、前記領域分割手段は、カラー光学顕微画像上の各画素の色を対象としたクラスター分析を実施し、前記2次元領域内の試料面を、類似した色を示す複数の小領域に区分する構成とするとよい。   As one aspect of the mass spectrometer according to the present invention, preferably, the region dividing unit performs cluster analysis on the color of each pixel on a color optical microscopic image, and performs a sample surface in the two-dimensional region. It may be configured to be divided into a plurality of small regions showing similar colors.

なお、領域分割手段による処理対象の光学顕微画像は、試料上の各特徴的構造の色が比較的明瞭に現れている場合には試料そのものに対するカラー光学顕微画像でよいが、そうでない場合には、試料に対し適宜の染色処理を行った後に撮像したカラー光学顕微画像を用いるとよい。   Note that the optical microscopic image to be processed by the region dividing means may be a color optical microscopic image of the sample itself when the color of each characteristic structure on the sample appears relatively clearly, but otherwise A color optical microscopic image picked up after performing an appropriate staining process on the sample may be used.

特に試料が生体由来の試料である場合、光学顕微画像上で、同一の生体組織は類似した色を示し、異なる生体組織同士は色の差異が比較的明瞭である。したがって、光学顕微画像上で色の類似性を利用して各画素をクラスタリングすることにより、複数の生体組織をかなり的確に識別することができる。同一の生体組織は含有成分がほぼ同じでその含有比率も近いから、特定の質量電荷比に対する質量分析イメージング画像上において、同一の生体組織に対応した領域(前記領域分割手段により分割された小領域)内のイオン強度の変化は小さい。そのため、この領域内で完結するように設定したブロック単位で圧縮処理を行うことで、圧縮・伸張に伴う情報の損失を軽減することができる。   In particular, when the sample is a sample derived from a living body, the same living tissue shows a similar color on the optical microscopic image, and the color difference between different living tissues is relatively clear. Therefore, a plurality of living tissues can be identified fairly accurately by clustering each pixel using color similarity on an optical microscopic image. Since the same biological tissue contains almost the same components and the content ratio is close, a region corresponding to the same biological tissue on the mass spectrometry imaging image for a specific mass-to-charge ratio (the small region divided by the region dividing means) The change in ionic strength in () is small. Therefore, by performing compression processing in units of blocks set to be completed within this area, it is possible to reduce information loss due to compression / decompression.

また本発明に係る質量分析装置の一態様として、前記圧縮手段は、前記領域分割手段により分割された各小領域に含まれる複数の微小領域をそれぞれ1又は複数のブロックとし、ブロック単位でイオン強度の2次元分布に対して離散コサイン変換(DCT)を用いた圧縮を行う構成とするとよい。   Moreover, as one aspect of the mass spectrometer according to the present invention, the compression means uses a plurality of minute regions included in each small region divided by the region dividing means as one or a plurality of blocks, and the ion intensity in units of blocks. The two-dimensional distribution may be compressed using discrete cosine transform (DCT).

上述したように、JPEGフォーマットでは処理対象の画像全体を固定サイズの複数のブロックに分割してブロック単位でDCTを適用するが、その場合、1つのブロックが複数の小領域に跨る可能性がある。それに対し、上記構成では、ブロックのサイズは可変であって1つの小領域内で収まるように設定されたブロック毎にDCTが適用される。ブロックのサイズは任意に決めることができ、例えば、小領域の面積が広ければ1つの小領域を複数のブロックに分割するようにすればよいし、小領域の面積が小さければ1つの小領域全体を1つのブロックとすればよい。   As described above, in the JPEG format, the entire image to be processed is divided into a plurality of blocks of a fixed size and DCT is applied in units of blocks. In this case, one block may straddle a plurality of small areas. . On the other hand, in the above configuration, the block size is variable, and DCT is applied to each block set to fit within one small region. The size of the block can be arbitrarily determined. For example, if the area of the small area is large, one small area may be divided into a plurality of blocks, and if the area of the small area is small, the entire small area Should be one block.

DCTにより得られたデータには、ブロック内でのイオン強度変化の周波数成分とその周波数成分の強さの情報とが含まれる。上述したように、一般に同一の生体組織内では同一質量電荷比に対するイオンの信号強度の変化幅は小さいから、DCT後のデータでは低周波成分が多く高周波成分は少ない。そのため、高周波成分の情報を除去しても情報の損失は少なくて済む。   The data obtained by DCT includes the frequency component of the ion intensity change in the block and information on the strength of the frequency component. As described above, generally, the change width of the signal intensity of ions with respect to the same mass-to-charge ratio is small in the same living tissue, and therefore the data after DCT has many low frequency components and few high frequency components. Therefore, even if high frequency component information is removed, information loss can be reduced.

なお、本願発明者の検討によれば、総イオンカウント方式で規格化されたマススペクトルデータでは特に、同一の生体組織内でのイオン強度の変化が小さいことが確認されている。そこで、本発明に係る質量分析装置において、前記圧縮手段は、前記2次元領域内の微小領域毎に収集された質量電荷比のイオン強度信号を各マススペクトルの総イオンカウントで規格化した信号値を用いた質量分析イメージング画像をデータ圧縮する構成とするのが好ましい。   In addition, according to examination of this inventor, especially in the mass spectrum data normalized by the total ion count method, it was confirmed that the change of the ion intensity in the same biological tissue is small. Therefore, in the mass spectrometer according to the present invention, the compression means is a signal value obtained by normalizing the ion intensity signal of the mass-to-charge ratio collected for each minute region in the two-dimensional region by the total ion count of each mass spectrum. It is preferable to adopt a configuration in which data compression is performed on a mass spectrometry imaging image using the.

また本発明に係る質量分析装置では、試料上の2次元領域に対する質量分析が全て終了した後に、それにより収集された質量分析イメージングデータに対して圧縮手段による圧縮処理をバッチ的に行うことができる。しかしながら、その場合、1つの試料に対して収集された全ての未圧縮の質量分析イメージングデータを一時的に記憶装置に保存しておく必要がある。これに対し、試料上の2次元領域に対する質量分析を実行する前に、該2次元領域においてどのように領域分割をすればよいかが分かっていれば、つまりは圧縮処理対象のブロックが決定されていれば、圧縮処理に都合のよいような順序で複数の微小領域に対する質量分析を順次実行することが可能である。   Further, in the mass spectrometer according to the present invention, after all the mass analysis for the two-dimensional region on the sample is completed, the compression processing by the compression means can be performed batchwise on the mass spectrometry imaging data collected thereby. . However, in that case, it is necessary to temporarily store all uncompressed mass spectrometry imaging data collected for one sample in a storage device. On the other hand, before performing mass analysis on a two-dimensional region on a sample, if it is known how to divide the region in the two-dimensional region, that is, the block to be compressed is determined. If so, it is possible to sequentially execute mass analysis on a plurality of minute regions in an order convenient for the compression process.

そこで本発明に係る質量分析装置の一態様として、前記領域分割手段による領域分割情報に基づいて、小領域毎に該小領域に含まれる微小領域に対する質量分析を実行するように、複数の微小領域における分析の順序を決定する測定順序決定手段をさらに備え、該測定順序決定手段による順序決定後に、前記2次元領域に対する質量分析を実行して質量分析イメージング画像を構成するデータを収集する構成とするとよい。   Therefore, as one aspect of the mass spectrometer according to the present invention, a plurality of micro regions are configured to perform mass analysis on the micro regions included in the small regions for each small region based on the region division information by the region dividing unit. And a measurement order determining means for determining the order of analysis in the method, and after the order is determined by the measurement order determining means, mass analysis is performed on the two-dimensional region to collect data constituting a mass spectrometry imaging image. Good.

この構成によれば、質量分析を実行しつつ既に収集されたデータに対して圧縮処理を実行することができるので、1つの試料に対して収集された全ての未圧縮の質量分析イメージングデータを一時的に保存しておく必要がなくなり、質量分析によるデータの収集と圧縮処理との間でデータの受け渡しを行うとともにデータの入出力速度を調整するバッファに相当する分の記憶容量のメモリを用意しておきさえすればよい。   According to this configuration, since compression processing can be performed on data that has already been collected while performing mass spectrometry, all uncompressed mass spectrometry imaging data collected on one sample can be temporarily stored. Storage of data equivalent to a buffer that adjusts the input / output speed of data and transfers data between data collection by mass spectrometry and compression processing. You just have to keep it.

本発明に係る質量分析装置によれば、データ圧縮に伴う元の情報の損失をできるだけ抑えながら、質量分析イメージングデータを元のデータサイズよりも大幅に圧縮することができる。これにより、試料上の広い領域に対する高精細の複数の質量分析イメージング画像を効率良く記憶装置や記録メディアに保存しておくことが可能となる。また、こうした圧縮に際しての適切なブロック分けは光学顕微画像に対するクラスター分析等によって自動で行われるため、ユーザに負担を掛けることもない。   According to the mass spectrometer of the present invention, it is possible to compress the mass spectrometry imaging data much more than the original data size while suppressing the loss of the original information accompanying the data compression as much as possible. This makes it possible to efficiently store a plurality of high-definition mass spectrometry imaging images for a wide area on the sample in a storage device or a recording medium. Moreover, since appropriate block division at the time of such compression is automatically performed by cluster analysis or the like with respect to an optical microscopic image, there is no burden on the user.

本発明の第1実施例によるイメージング質量分析装置の要部の構成図。The block diagram of the principal part of the imaging mass spectrometer by 1st Example of this invention. 第1実施例によるイメージング質量分析装置における制御フローチャート。The control flowchart in the imaging mass spectrometer by 1st Example. マウス脳切片の光学顕微画像、及び同領域における或る質量電荷比に対する質量分析イメージング画像の一例を示す図。The figure which shows an example of the optical microscopic image of a mouse | mouth brain slice, and the mass spectrometry imaging image with respect to a certain mass to charge ratio in the same area | region. 第1実施例によるイメージング質量分析装置における領域分割の簡単な例を示す概念図。The conceptual diagram which shows the simple example of the area | region division in the imaging mass spectrometer by 1st Example. 本発明の第2実施例によるイメージング質量分析装置の要部の構成図。The block diagram of the principal part of the imaging mass spectrometer by 2nd Example of this invention. 第2実施例によるイメージング質量分析装置における制御フローチャート。The control flowchart in the imaging mass spectrometer by 2nd Example.

[第1実施例]
以下、本発明に係る質量分析装置の一実施例(第1実施例)であるイメージング質量分析装置について、図1、図2、図4を参照しつつ説明する。図1は本実施例によるイメージング質量分析装置の要部の構成図である。
[First embodiment]
Hereinafter, an imaging mass spectrometer which is an embodiment (first embodiment) of a mass spectrometer according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 4. FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of the imaging mass spectrometer according to the present embodiment.

気密性を有する非真空チャンバ1の内部には、試料4を載せた試料プレート3を積載するための試料ステージ2が配設されている。他方、非真空チャンバ1と連結して設けられ、図示しない真空ポンプにより真空排気される真空チャンバ7の内部には、イオン輸送光学系8、質量分析器9、イオン検出器10などが配設されている。イオン輸送光学系8としては例えば、静電的な電磁レンズや多極型の高周波イオンガイド、或いはそれらの組み合わせなどが用いられる。この例では、質量分析器9はリフレクトロン型の飛行時間型質量分析器であるが、質量分析器はこれに限るものではなく、四重極マスフィルタ、イオントラップ、磁場セクター型分析器など、種々の形式のものが利用可能である。   Inside the non-vacuum chamber 1 having airtightness, a sample stage 2 for loading a sample plate 3 on which a sample 4 is placed is disposed. On the other hand, an ion transport optical system 8, a mass analyzer 9, an ion detector 10 and the like are disposed in a vacuum chamber 7 which is provided in connection with the non-vacuum chamber 1 and is evacuated by a vacuum pump (not shown). ing. As the ion transport optical system 8, for example, an electrostatic electromagnetic lens, a multipolar high-frequency ion guide, or a combination thereof is used. In this example, the mass analyzer 9 is a reflectron type time-of-flight mass analyzer, but the mass analyzer is not limited to this, and includes a quadrupole mass filter, an ion trap, a magnetic sector type analyzer, etc. Various types are available.

非真空チャンバ1及び真空チャンバ7の外側には、レーザ照射部11、レーザ集光光学系12、CCDカメラ13、観察用光学系14などが配置されている。試料ステージ2には、互いに直交するx、yの2軸方向に該試料ステージ2を高精度で駆動するために、ステッピングモータ等を含む駆動機構(図示しない)が付設され、この駆動機構はステージ駆動部15により駆動される。   Outside the non-vacuum chamber 1 and the vacuum chamber 7, a laser irradiation unit 11, a laser focusing optical system 12, a CCD camera 13, an observation optical system 14, and the like are arranged. The sample stage 2 is provided with a drive mechanism (not shown) including a stepping motor and the like in order to drive the sample stage 2 with high accuracy in two axial directions x and y orthogonal to each other. It is driven by the drive unit 15.

制御/処理部20に含まれる分析制御部21の制御の下にレーザ照射部11から出射されたイオン化用のレーザ光はレーザ集光光学系12により絞られ、非真空チャンバ1の側面に設けられた照射用窓5を通して試料4に照射される。このときの試料4上でのレーザ光の照射径は例えば1μm〜数十μmと微小径である。前述のように駆動機構により試料ステージ2がx−y面内で移動されると、試料4上のレーザ光照射位置、つまり試料4上で質量分析の実行対象となる微小領域が移動する。これにより、試料4上で質量分析が実行される位置が2次元的に走査され、任意の形状の2次元領域内を格子状に細かく区切った各微小領域(測定点)の質量分析がそれぞれ実施される。   The laser beam for ionization emitted from the laser irradiation unit 11 under the control of the analysis control unit 21 included in the control / processing unit 20 is focused by the laser focusing optical system 12 and provided on the side surface of the non-vacuum chamber 1. The sample 4 is irradiated through the irradiation window 5. The irradiation diameter of the laser beam on the sample 4 at this time is a very small diameter of, for example, 1 μm to several tens of μm. As described above, when the sample stage 2 is moved in the xy plane by the driving mechanism, the laser light irradiation position on the sample 4, that is, the minute region on which the mass analysis is performed moves on the sample 4. As a result, the position where the mass analysis is performed on the sample 4 is two-dimensionally scanned, and mass analysis is performed on each minute region (measurement point) obtained by finely dividing a two-dimensional region of an arbitrary shape into a grid. Is done.

CCDカメラ13は、非真空チャンバ1の側面に設けられた観察用窓6及び観察用光学系14を介して試料プレート3上の所定範囲を撮像する。CCDカメラ13により撮影された画像データは制御/処理部20に送られ、必要に応じて光学画像保存部22に格納される。そのほか、制御/処理部20は、領域分割判別処理部23、質量分析イメージングデータ一時格納部24、画像圧縮/伸張部25、データ保存部26、スペクトル処理部27、表示処理部28などを含む。また、制御/処理部20には、分析者(オペレータ)が操作や指示を与える操作部30と、試料4の光学顕微画像や質量分析イメージング画像などを表示するための表示部31とが接続されている。   The CCD camera 13 images a predetermined range on the sample plate 3 through the observation window 6 and the observation optical system 14 provided on the side surface of the non-vacuum chamber 1. Image data photographed by the CCD camera 13 is sent to the control / processing unit 20 and stored in the optical image storage unit 22 as necessary. In addition, the control / processing unit 20 includes a region division determination processing unit 23, a mass spectrometry imaging data temporary storage unit 24, an image compression / decompression unit 25, a data storage unit 26, a spectrum processing unit 27, a display processing unit 28, and the like. Also connected to the control / processing unit 20 are an operation unit 30 for an analyzer (operator) to perform operations and instructions, and a display unit 31 for displaying an optical microscopic image, a mass spectrometry imaging image, and the like of the sample 4. ing.

なお、制御/処理部20の機能の少なくとも一部は、パーソナルコンピュータに搭載した専用のソフトウエアを該コンピュータ上で実行することにより実現することができる。その場合、制御/処理部20に含まれる各部はソフトウエアにより実現される機能ブロックである。   It should be noted that at least a part of the functions of the control / processing unit 20 can be realized by executing dedicated software installed in the personal computer on the computer. In this case, each unit included in the control / processing unit 20 is a functional block realized by software.

図2は本実施例のイメージング質量分析装置において質量分析イメージングを行う際の制御動作の一例を示すフローチャートである。この図に従って、典型的な動作を説明する。   FIG. 2 is a flowchart showing an example of a control operation when performing mass spectrometry imaging in the imaging mass spectrometer of the present embodiment. A typical operation will be described with reference to FIG.

分析対象である試料4が載置された試料プレート3が試料ステージ2上に設置され、分析者が操作部30から所定の操作を行うと、制御/処理部20はCCDカメラ13により撮像した試料4上の光学顕微画像を表示部31の画面上に表示する(ステップS1)。分析者は、その表示画面上で操作部(例えばマウス)30により質量分析イメージングを行う2次元領域を指定する。これにより、質量分析を行う測定範囲が決定される(ステップS2)。また、測定範囲と正確に位置の対応がとれた光学顕微画像が得られるから、これが光学画像保存部22に格納される。   When the sample plate 3 on which the sample 4 to be analyzed is placed is placed on the sample stage 2 and the analyst performs a predetermined operation from the operation unit 30, the control / processing unit 20 captures the sample imaged by the CCD camera 13. 4 is displayed on the screen of the display unit 31 (step S1). The analyst designates a two-dimensional region in which mass spectrometry imaging is performed on the display screen using the operation unit (for example, mouse) 30. Thereby, the measurement range which performs mass spectrometry is determined (step S2). Further, since an optical microscopic image in which the position is accurately associated with the measurement range is obtained, this is stored in the optical image storage unit 22.

続いて、分析制御部21による制御の下に、上記のように決定された測定範囲に含まれる全ての測定点に対する質量分析が順次実行される(ステップS3)。例えば、ステージ駆動部15により試料4上の或る測定点がレーザ照射位置に移動されると、上述したようにレーザ光が短時間照射され、試料4から各種イオンが放出される。このイオンは真空チャンバ7に導入され、イオン輸送光学系8を経て質量分析器9に送られ、質量分析器9により質量電荷比に応じて分離される。時間的に分離されたイオンが検出器10に到達すると、検出器10は入射したイオンの量に応じた検出信号を出力し、この検出信号はスペクトル処理部27に入力される。スペクトル処理部27は検出信号をデジタル化して所定のデータ処理を実行する。具体的には、その測定点における検出信号から飛行時間スペクトルを作成し、飛行時間を質量電荷比に換算してマススペクトルを作成する。さらにスペクトル毎に総イオンカウントによる規格化を行う。そうして得られた質量分析イメージングデータは質量分析イメージングデータ一時格納部24に格納される。試料4上の測定範囲内において試料ステージ2の移動によって次の測定点がレーザ照射位置に来る毎に上記のようにマススペクトルデータが求められ、これによる質量分析イメージングデータが質量分析イメージングデータ一時格納部24に格納される。そうして測定範囲に含まれる全ての測定点に対する質量分析イメージングデータが収集される(ステップS4)。   Subsequently, under the control of the analysis control unit 21, mass analysis is sequentially performed on all measurement points included in the measurement range determined as described above (step S3). For example, when a certain measurement point on the sample 4 is moved to the laser irradiation position by the stage driving unit 15, the laser beam is irradiated for a short time as described above, and various ions are emitted from the sample 4. The ions are introduced into the vacuum chamber 7, sent to the mass analyzer 9 through the ion transport optical system 8, and separated by the mass analyzer 9 according to the mass to charge ratio. When the ions separated in time reach the detector 10, the detector 10 outputs a detection signal corresponding to the amount of incident ions, and this detection signal is input to the spectrum processing unit 27. The spectrum processing unit 27 digitizes the detection signal and executes predetermined data processing. Specifically, a time-of-flight spectrum is created from the detection signal at the measurement point, and the time spectrum is converted into a mass-to-charge ratio to create a mass spectrum. Furthermore, normalization is performed by total ion count for each spectrum. The mass spectrometry imaging data thus obtained is stored in the mass spectrometry imaging data temporary storage unit 24. Each time the next measurement point comes to the laser irradiation position by moving the sample stage 2 within the measurement range on the sample 4, the mass spectrum data is obtained as described above, and the mass analysis imaging data thereby is temporarily stored. Stored in the unit 24. Thus, mass spectrometry imaging data for all measurement points included in the measurement range is collected (step S4).

上述のように質量分析イメージングデータ一時格納部24に格納されたデータに対し、次のような手順でデータ圧縮が行われる。
圧縮処理が指示されると、領域分割判別処理部23は処理対象の光学顕微画像を光学画像保存部22から読み出し、画像上の範囲を生体組織毎に分割する(ステップS5)。具体的には、領域分割判別処理部23は光学顕微画像内の各画素(又は隣接する一定数の画素をまとめた画素群)の色情報を対象とした周知のクラスター分析を行い、類似した色を持つ画素又は画素群が同一グループに属するようにグループ分け(クラスタリング)を行う。クラスター分析には様々なアルゴリズムが知られており、色情報をパラメータとするクラスタリングが行えればアルゴリズムは問わない。ただし、予め分割するグループ数を決めておき、その数になるようにグループ分けを行う方法はここではあまり適切でない。何故なら、そうした方法では、指定された分割数が適切でないと、あまり類似していない色を持つ生体組織が同一グループに入る可能性があるからである。そこで、好ましくは、クラスター分析の過程で最適な分割数を自動的に決定することが可能なアルゴリズムを採用するとよい。
Data compression is performed on the data stored in the mass spectrometry imaging data temporary storage unit 24 as described above in the following procedure.
When the compression processing is instructed, the region division determination processing unit 23 reads the optical microscopic image to be processed from the optical image storage unit 22, and divides the range on the image for each living tissue (step S5). Specifically, the region division determination processing unit 23 performs a well-known cluster analysis on the color information of each pixel (or a group of pixels in which a certain number of adjacent pixels are grouped) in the optical microscopic image, and obtains similar colors. Grouping (clustering) is performed so that pixels or pixel groups having the same value belong to the same group. Various algorithms are known for cluster analysis, and any algorithm can be used as long as clustering using color information as a parameter can be performed. However, a method of determining the number of groups to be divided in advance and performing grouping so as to be the number is not appropriate here. This is because in such a method, if the specified number of divisions is not appropriate, living tissues having colors that are not very similar may enter the same group. Therefore, it is preferable to employ an algorithm that can automatically determine the optimal number of divisions in the process of cluster analysis.

クラスター分析において最適な分割数を決める指標として、例えば、擬似F統計量(Pseudo F statistic)やビールのF値(Beale's F statistic)などの統計量がある。これら統計量は、単純化すると、クラスター内における平均値のクラスター間でのばらつきと、クラスター内における各要素のばらつきとの比と考えればよく、最適な分割数ではこうした統計量は極大値を示す。したがって、クラスター分析でクラスタリングを行いながら、即ち、各画素を色が類似した複数のグループに分け、さらにグループ同士での色の類似性を比較して類似しているもの同士を新たなグループとして扱うという処理を繰り返しながら、グループ数を順次減らす。その過程でグループの数が変わる毎に上記のような統計量を求め、その統計量が極大値を示すような分割数を見つけ、その分割数に対応した結果を求める。これにより、人間の主観や判断に依らず、また分析者が何らかの操作や作業を行うことなく、試料に対する光学顕微画像を的確に各生体組織に対応した小領域に分けることができる。   As an index for determining the optimum number of divisions in the cluster analysis, for example, there are statistics such as pseudo F statistic (Pseudo F statistic) and beer F value (Beale's F statistic). To simplify these statistics, we can think of them as the ratio of the variation of the average value in the cluster between the clusters to the variation of each element in the cluster, and these statistics show maximum values at the optimal number of divisions. . Therefore, while performing clustering by cluster analysis, that is, each pixel is divided into a plurality of groups having similar colors, and the similarities of the groups are compared and treated as new groups. The number of groups is sequentially reduced while repeating the above process. Each time the number of groups changes in the process, the above statistic is obtained, a division number whose statistic shows a maximum value is found, and a result corresponding to the division number is obtained. This makes it possible to accurately divide the optical microscopic image of the sample into small regions corresponding to each living tissue without depending on human subjectivity or judgment, and without any operation or work by the analyst.

簡単な例を図4に示す。図4(a)に示した光学顕微画像に対して領域判別処理を実行することにより、図4(b)に示すように領域A、B、Cの3つの領域に分割される。各領域は図4(b)中で斜線で示す範囲であり、この範囲に含まれる画素(又は測定点)が同一グループに属する。この場合には分割数は3である。   A simple example is shown in FIG. By performing area discrimination processing on the optical microscopic image shown in FIG. 4A, the area is divided into three areas A, B, and C as shown in FIG. 4B. Each region is a range indicated by oblique lines in FIG. 4B, and pixels (or measurement points) included in this range belong to the same group. In this case, the number of divisions is three.

領域分割判別処理部23は光学顕微画像に対するクラスタリングが終了したならば、その結果、つまり分割位置情報(例えば画像の基準位置をゼロ座標とした分割位置を示す座標情報など)を画像圧縮/伸張部25へと送る(ステップS6)。画像圧縮/伸張部25は質量分析イメージングデータ一時格納部24から光学顕微画像に対応した質量分析イメージングデータを読み出し、該データに基づいて質量電荷比毎のイオン強度の2次元分布の画像(質量分析イメージング画像)を作成する。このとき、予め指定された特定の質量電荷比における質量分析イメージング画像のみを作成してもよいし、自動的にマススペクトルに対しピークピッキングを実行し、ピークが検出された質量電荷比に対応する質量分析イメージング画像を作成するようにしてもよい。   When the clustering for the optical microscopic image is completed, the area division determination processing unit 23 obtains the result, that is, the division position information (for example, coordinate information indicating the division position with the reference position of the image as zero coordinates) as an image compression / expansion unit 25 (step S6). The image compression / decompression unit 25 reads mass analysis imaging data corresponding to the optical microscope image from the mass analysis imaging data temporary storage unit 24, and based on the data, an image of a two-dimensional distribution of ion intensity for each mass to charge ratio (mass analysis). Imaging image). At this time, only a mass spectrometry imaging image at a specific mass-to-charge ratio specified in advance may be created, or peak picking is automatically performed on the mass spectrum to correspond to the mass-to-charge ratio at which the peak is detected. A mass spectrometry imaging image may be created.

1乃至複数の質量分析イメージング画像が得られたならば、画像毎にデータ圧縮処理を実施する(ステップS7)。まず領域分割判別処理部23から受け取った分割位置情報に基づいて、DCTの対象のブロックを決める。ブロックは少なくとも1つの領域内で完結するようにし、1つの領域全体が1つのブロックであってもよいし、1つの領域に複数のブロックが存在していてもよい。一般的に処理の都合上、1つのブロックに含まれる画素数はできるだけ揃えることが望ましい。また、データ伸張時にはブロックの区切りが分かっている必要があり、そのためにブロックの区切りを示す情報を圧縮後の画像データに付加する必要があるため、ブロックの区切りを示す情報をできるだけ少なくすることが望ましい。   If one or more mass spectrometry imaging images are obtained, data compression processing is performed for each image (step S7). First, based on the division position information received from the area division discrimination processing unit 23, a DCT target block is determined. A block is completed within at least one area, and one whole area may be one block, or a plurality of blocks may exist in one area. In general, for the convenience of processing, it is desirable to align the number of pixels included in one block as much as possible. In addition, it is necessary to know the block delimiters when decompressing data, and therefore information indicating the block delimiters must be added to the compressed image data, so that the information indicating the block delimiters can be reduced as much as possible. desirable.

ブロック分けが決まったならば、ブロック単位で、当該ブロックに含まれる各測定点での対象の質量電荷比における信号強度データを集め、DCTによって空間的な強度分布をその強度の変化の周波数と該周波数成分の強さの情報とに変換する。そして、その変換後、各周波数成分の強さを比較し、相対的に強度の低い周波数成分は削除する。これによりデータ量が減る。ブロック単位で求めたデータ削除後の周波数成分の強度と周波数情報とをその質量分析イメージング画像に対する情報とする。こうした処理を全ての質量電荷比の質量分析イメージング画像について行い、データの総量を削減する。そうして削減されたデータを、圧縮/伸張のパラメータ、例えば上述のブロック分けを示す情報とともに、データ保存部26に保存する。   Once the block division is determined, signal intensity data on the target mass-to-charge ratio at each measurement point included in the block is collected in units of blocks, and the spatial intensity distribution is obtained by DCT to determine the frequency of the intensity change and the intensity change. Convert to frequency component strength information. Then, after the conversion, the strength of each frequency component is compared, and the frequency component having a relatively low strength is deleted. This reduces the amount of data. The intensity and frequency information of the frequency component after data deletion obtained in units of blocks are used as information for the mass spectrometry imaging image. Such processing is performed on the mass spectrometry imaging images of all mass to charge ratios to reduce the total amount of data. The data thus reduced is stored in the data storage unit 26 together with compression / decompression parameters, for example, information indicating the above-described block division.

以上のようにして、質量分析イメージングデータを、ほぼ同一の成分(分子)で構成される生体組織毎に圧縮することができる。異なる生体組織に跨ったDCTによる圧縮が行われることがないため、圧縮に伴う情報の欠落をできるだけ抑えつつ、高い圧縮率を実現することができる。それにより、同じ記憶容量の記憶装置により多くの枚数のイメージング画像を保存することができる。   As described above, mass spectrometry imaging data can be compressed for each living tissue composed of substantially the same components (molecules). Since compression by DCT across different living tissues is not performed, a high compression rate can be realized while suppressing missing of information accompanying compression as much as possible. Thereby, a large number of imaging images can be stored in a storage device having the same storage capacity.

データ保存部26に保存されている圧縮済みデータによる質量分析イメージング画像を見たい場合には、分析者が操作部30で所定の操作を行うと、画像圧縮/伸張部25は指定された試料や質量電荷比に対応したデータを読み出し、ブロック区切り情報を用いてブロック単位で圧縮時とは逆の伸張処理を実行し、各測定点における信号強度を求める。そうして伸張したデータを用いて指定された質量電荷比におけるイオン強度の2次元分布であるイメージング画像を再構成し、この画像を表示処理部を通して表示部31の画面上に表示する。上述したように圧縮時の情報欠損が少ないので、高精細のイメージング画像を描出することができる。   When a mass spectroscopic imaging image based on compressed data stored in the data storage unit 26 is to be viewed, when the analyst performs a predetermined operation on the operation unit 30, the image compression / decompression unit 25 reads the specified sample or Data corresponding to the mass-to-charge ratio is read out, and the decompression process opposite to that at the time of compression is executed for each block using the block delimiter information, and the signal intensity at each measurement point is obtained. The expanded image is used to reconstruct an imaging image that is a two-dimensional distribution of ion intensity at a specified mass-to-charge ratio, and this image is displayed on the screen of the display unit 31 through the display processing unit. As described above, since information loss during compression is small, a high-definition imaging image can be drawn.

上記実施例では、試料に対してイメージング質量分析を実行して各測定点で取得されたスペクトルデータを一旦全て質量分析イメージングデータ一時格納部24に格納し、その後に圧縮処理を実行していた。そのため、1つの試料に対して取得される全てのデータを格納可能な記憶メモリを用意する必要がある。これは、圧縮処理をいわばバッチ的に実行するためであり、測定の実行中に圧縮処理を順次実行可能であれば一時格納部24の記憶容量は少なくて済む。次の第2実施例はそうした処理を行うものである。   In the above embodiment, imaging mass spectrometry is performed on the sample, and all the spectral data acquired at each measurement point is temporarily stored in the mass spectrometry imaging data temporary storage unit 24, and then compression processing is performed. Therefore, it is necessary to prepare a storage memory that can store all data acquired for one sample. This is because the compression processing is executed in batches, and if the compression processing can be executed sequentially during the measurement, the storage capacity of the temporary storage unit 24 can be small. The following second embodiment performs such processing.

[第2実施例]
図5はこの第2実施例によるイメージング質量分析装置の要部の構成図、図6はこの第2実施例のイメージング質量分析装置における制御フローチャートである。図5に示すように、基本的な構成は第1実施例の装置と共通しているが、領域分割判別処理部23で得られる分割位置情報を受けて測定順序を決定する測定順序決定部29が分析制御部21に関連付けて設けられている。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a configuration diagram of a main part of the imaging mass spectrometer according to the second embodiment, and FIG. 6 is a control flowchart in the imaging mass spectrometer of the second embodiment. As shown in FIG. 5, the basic configuration is the same as that of the apparatus of the first embodiment, but a measurement order determining unit 29 that receives the division position information obtained by the region division determination processing unit 23 and determines the measurement order. Is provided in association with the analysis control unit 21.

図6に従って、この第2実施例の装置の典型的な動作を説明する。
分析者が操作部30で所定の操作を行うと、制御/処理部20の制御の下にCCDカメラ13は試料4上の所定範囲の光学顕微画像を撮影する(ステップS1)。この画像は表示処理部を通して表示部31の画面上に表示され、分析者はその画面上でイメージング質量分析を行いたい2次元領域を測定範囲として指定する(ステップS2)。これは第1実施例と同様である。この後、指定された測定範囲に対応する光学顕微画像は光学画像保存部22に格納され、領域分割判別処理部23が直ちにその光学顕微画像に対して上述したような生体組織毎に領域を分割する処理を実行する(ステップS5)。即ち、この第2実施例では、質量分析イメージングデータの収集に先立って、試料4上の測定範囲に対応した光学顕微画像に基づく領域分割が実行される。
A typical operation of the apparatus of the second embodiment will be described with reference to FIG.
When the analyst performs a predetermined operation with the operation unit 30, the CCD camera 13 takes an optical microscopic image of a predetermined range on the sample 4 under the control of the control / processing unit 20 (step S1). This image is displayed on the screen of the display unit 31 through the display processing unit, and the analyst designates a two-dimensional region on which to perform imaging mass spectrometry as a measurement range on the screen (step S2). This is the same as in the first embodiment. Thereafter, the optical microscopic image corresponding to the designated measurement range is stored in the optical image storage unit 22, and the region division determination processing unit 23 immediately divides the region for each biological tissue as described above with respect to the optical microscopic image. The process which performs is performed (step S5). That is, in the second embodiment, prior to the collection of the mass spectrometry imaging data, the region division based on the optical microscopic image corresponding to the measurement range on the sample 4 is executed.

領域分割判別処理部23で分割位置情報が得られると(ステップS6)、この分割位置情報が画像圧縮/伸張部25と共に測定順序決定部29に送られる。第1実施例のイメージング質量分析装置では、測定範囲に含まれる多数の測定点に対する測定順序はその試料面の模様や色分布などに依らず決められている。例えば、測定範囲の一方の端部からラスタースキャン状に順次各測定点に対する質量分析が実行される。これに対し、この第2実施例の装置では、測定順序決定部29が分割位置情報で与えられる複数の小領域毎に質量分析を実行するように、適応的に、つまりは分割の状態に応じて測定順序を決定する(ステップS10)。例えば図4(b)に示したように測定範囲がA、B、Cの3つの領域に分割されていた場合、まず領域Aに属する測定点のみに対して順番に質量分析を実行し、領域A内の全ての測定点に対する測定が終了したならば、次に領域Bに属する測定点のみに対して順番に質量分析を実行し、領域B内の全ての測定点に対する測定が終了したならば、最後に領域Cに属する測定点のみに対して順番に質量分析を実行するように、測定順序を決定する。そして、分析制御部21は測定順序決定部29で決定された順序に従って各測定点に対する質量分析を実行する(ステップS3)。   When the division position information is obtained by the area division determination processing unit 23 (step S6), the division position information is sent to the measurement order determination unit 29 together with the image compression / decompression unit 25. In the imaging mass spectrometer of the first embodiment, the measurement order for a large number of measurement points included in the measurement range is determined regardless of the pattern of the sample surface, the color distribution, and the like. For example, mass analysis is sequentially performed on each measurement point in a raster scan form from one end of the measurement range. On the other hand, in the apparatus of the second embodiment, the measurement order determining unit 29 adaptively, that is, according to the state of division, so as to execute mass spectrometry for each of a plurality of small regions given by the division position information. The measurement order is determined (step S10). For example, when the measurement range is divided into three regions A, B, and C as shown in FIG. 4B, first, mass spectrometry is performed on only the measurement points belonging to the region A in order. If the measurement for all measurement points in A is completed, then mass spectrometry is performed in order for only the measurement points belonging to region B, and the measurement for all measurement points in region B is completed. Finally, the measurement order is determined so that mass spectrometry is executed in order for only the measurement points belonging to the region C. And the analysis control part 21 performs mass spectrometry with respect to each measurement point according to the order determined by the measurement order determination part 29 (step S3).

そして、分割された領域に対する質量分析イメージングデータが得られたならば、ステップS11でYesと判断され、画像圧縮/伸張部25は上述したような圧縮処理を実行する(ステップS7)。即ち、例えば領域Aに属する測定点に対する質量分析イメージングデータが得られたならば、領域Bに属する測定点に対する質量分析イメージングデータの収集を行いつつ、領域Aに属する測定点に対する質量分析イメージングデータに対するデータ圧縮を実施する。上述したようにデータ圧縮の際に領域Aと領域Bとを跨るようなブロックは設定されないため、このようなデータ圧縮処理と質量分析イメージングデータの収集との並行処理が可能である。そうして、最終的に測定範囲内の全領域(図4の例の場合、領域A、B、C)の処理が終了した時点で(ステップS12でYes)処理を終了する。これにより、第1実施例と同様に、圧縮済みのデータが、圧縮/伸張のパラメータとともにデータ保存部26に保存される。   If mass spectrometry imaging data for the divided area is obtained, it is determined Yes in step S11, and the image compression / decompression unit 25 executes the compression process as described above (step S7). That is, for example, if mass spectrometry imaging data for a measurement point belonging to the region A is obtained, the mass spectrometry imaging data for the measurement point belonging to the region A is collected while collecting the mass spectrometry imaging data for the measurement point belonging to the region B. Perform data compression. As described above, a block that straddles the region A and the region B is not set at the time of data compression. Therefore, parallel processing of such data compression processing and collection of mass spectrometry imaging data is possible. Then, when the processing of all the regions within the measurement range (regions A, B, and C in the example of FIG. 4) is finally finished (Yes in step S12), the processing is finished. As a result, similarly to the first embodiment, the compressed data is stored in the data storage unit 26 together with the compression / decompression parameters.

なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜に変更、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。   The above-described embodiment is an example of the present invention, and it is a matter of course that changes, modifications, and additions within the scope of the present invention are included in the scope of the claims of the present application.

1…非真空チャンバ
2…試料ステージ
3…試料プレート
4…試料
5…照射用窓
6…観察用窓
7…真空チャンバ
8…イオン輸送光学系
9…質量分析器
10…イオン検出器
11…レーザ照射部
12…レーザ集光光学系
13…CCDカメラ
14…観察用光学系
15…ステージ駆動部
20…制御/処理部
21…分析制御部
22…光学画像保存部
23…領域分割判別処理部
24…質量分析イメージングデータ一時格納部
25…画像圧縮/伸張部
26…データ保存部
27…スペクトル処理部
28…表示処理部
29…測定順序決定部
30…操作部
31…表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Non-vacuum chamber 2 ... Sample stage 3 ... Sample plate 4 ... Sample 5 ... Irradiation window 6 ... Observation window 7 ... Vacuum chamber 8 ... Ion transport optical system 9 ... Mass analyzer 10 ... Ion detector 11 ... Laser irradiation Section 12 ... Laser focusing optical system 13 ... CCD camera 14 ... Observation optical system 15 ... Stage drive section 20 ... Control / processing section 21 ... Analysis control section 22 ... Optical image storage section 23 ... Area division discrimination processing section 24 ... Mass Analytical imaging data temporary storage unit 25 ... image compression / decompression unit 26 ... data storage unit 27 ... spectrum processing unit 28 ... display processing unit 29 ... measurement order determining unit 30 ... operation unit 31 ... display unit

Claims (5)

試料上の所定の2次元領域内に設定された複数の微小領域毎の質量分析を行い、その結果に基づいて質量分析イメージング画像を作成する質量分析装置において、
a)試料上の前記2次元領域の光学顕微画像を取得する撮像手段と、
b)前記撮像手段により得られた光学顕微画像に基づいて、前記2次元領域内の試料面を特徴的な構造に対応した複数の小領域に区分する領域分割手段と、
c)前記2次元領域内の微小領域毎に収集された特定の質量電荷比のイオン強度信号により構成される質量分析イメージング画像をデータ圧縮する手段であって、前記領域分割手段により分割された小領域で完結するブロック単位で圧縮処理を行う圧縮手段と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。
In a mass spectrometer that performs mass analysis for each of a plurality of minute regions set within a predetermined two-dimensional region on a sample and creates a mass spectrometry imaging image based on the result,
a) an imaging means for acquiring an optical microscopic image of the two-dimensional region on the sample;
b) area dividing means for dividing the sample surface in the two-dimensional area into a plurality of small areas corresponding to characteristic structures based on the optical microscopic image obtained by the imaging means;
c) Means for compressing data of a mass spectrometry imaging image composed of ion intensity signals of a specific mass-to-charge ratio collected for each minute area in the two-dimensional area, wherein the small image divided by the area dividing means Compression means for performing compression processing in units of blocks completed in the area;
A mass spectrometer comprising:
請求項1に記載の質量分析装置であって、
前記領域分割手段は、カラー光学顕微画像上の各画素の色を対象としたクラスター分析を実施し、前記2次元領域内の試料面を、類似した色を示す複数の小領域に区分することを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer according to claim 1,
The region dividing means performs cluster analysis on the color of each pixel on a color optical microscopic image, and divides the sample surface in the two-dimensional region into a plurality of small regions showing similar colors. Characteristic mass spectrometer.
請求項1又は2に記載の質量分析装置であって、
前記圧縮手段は、前記領域分割手段により分割された各小領域に含まれる複数の微小領域をそれぞれ1又は複数のブロックとし、ブロック単位でイオン強度の2次元分布に対して離散コサイン変換を適用した圧縮を行うことを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer according to claim 1 or 2,
The compressing means applies a discrete cosine transform to a two-dimensional distribution of ion intensity in units of blocks, each of which includes a plurality of minute areas included in each small area divided by the area dividing means. A mass spectrometer characterized by performing compression.
請求項3に記載の質量分析装置であって、
前記圧縮手段は、前記2次元領域内の微小領域毎に収集された質量電荷比のイオン強度信号を各マススペクトルの総イオンカウントで規格化した信号値を用いた質量分析イメージング画像をデータ圧縮することを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer according to claim 3,
The compression means compresses data of a mass spectrometry imaging image using a signal value obtained by normalizing an ion intensity signal of a mass-to-charge ratio collected for each minute region in the two-dimensional region with a total ion count of each mass spectrum. A mass spectrometer characterized by that.
請求項1〜4のいずれかに記載の質量分析装置であって、
前記領域分割手段による領域分割情報に基づいて、小領域毎に該小領域に含まれる微小領域に対する質量分析を実行するように、複数の微小領域における分析の順序を決定する測定順序決定手段をさらに備え、
該測定順序決定手段による順序決定後に、前記2次元領域に対する質量分析を実行して質量分析イメージング画像を構成するデータを収集することを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer according to any one of claims 1 to 4,
Measurement order determining means for determining the order of analysis in a plurality of micro regions so as to perform mass analysis on the micro regions included in the small regions for each small region based on the region division information by the region dividing unit. Prepared,
A mass spectrometer that collects data constituting a mass spectrometry imaging image by executing mass analysis on the two-dimensional region after the order is determined by the measurement order determination unit.
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