JP2012242337A - 質量分析システム及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量分析システムに、(1) 予め与えられた測定可能時間に応じ、MS分析及びMSn分析(ただしn≧2)の組み合わせにより与えられる測定スケジュールを決定する動作計画部と、(2) 測定スケジュールを構成する各測定動作の実行により得られる各質量スペクトルを出力するタンデム型質量分析機能を有する質量分析部を搭載する。
【選択図】図2
Description
(1)測定可能な時間が短く制限されている場合に、その時間内に測定を完了すること、有無の判定を完了すること、種類の同定を完了すること、又は物質の種類毎の定量を完了すること
(2)長時間の測定が可能な場合に、その時間の長さに応じ、物質の有無の判定精度を高めること、種類の同定精度を高めること、又は物質の種類毎の定量精度を高めること
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
[システム構成1]
図1に、形態例に係る質量分析システムのハードウェア構成を示す。質量分析システムは、質量分析部100、中央演算装置104、ユーザインタフェース部105、記憶媒体109、揮発性メモリ110で構成される。なお、質量分析部100は、試料導入部101、イオン化部102、高周波電源103、検出器106、イオン輸送部107、イオントラップ108、ポンプ111から構成される。
この他、形態例に係るシステムは、図14に示すように、ネットワーク1403を通じて外部接続された中央演算装置1401及び記憶媒体1402を加えた構成であっても良い。この場合、記憶媒体1402には、過去に得られている質量スペクトルs’のデータ、それらデータに基づいて予め算出された判定ルールR(c, j)のデータ、測定別事前優先度データベース213(図2)のデータ及び測定別所要時間データベース214(図2)のデータを格納しておけば良い。これにより、記憶媒体109の容量を小さく抑えることができる。また、判定ルールR(c, j)の算出や、後述する測定別事前優先度P(c, j)の算出には、中央演算装置1401を用いれば良い。これにより、中央演算装置104の処理性能を小さく抑えることができる。
図2に、中央演算装置104上で実行されるコンピュータプログラムを通じて実現される機能ブロック構成を示す。
閾値濃度入力部207を通じ、有無判定の閾値とする濃度(閾値濃度)A1が入力される。閾値濃度入力部207は、ユーザインタフェース部105に対応する。閾値濃度入力部207が存在しないシステム構成の場合、予め設定した適当なデフォルト値が、閾値濃度A1として入力される。
判定ルール学習部206は、閾値濃度A1と、予め得られている質量スペクトルデータベース212の質量スペクトルs’とに基づいて、判定ルールの学習を行う。
処理S305において、測定動作の番号jが0に初期化される。以降、各測定動作Mjに対して、学習処理が実行される。
測定別事前優先度算出部208は、判定ルール学習部206から出力された判定ルールR(c, j)と、質量スペクトルデータベース212の質量スペクトルs’とを用い、測定別事前優先度P(c, j)を算出する。測定動作Mjに対する測定別事前優先度P(c, j)は、例えば測定動作Mjで得られる質量スペクトルs’に基づく判定が正解する確率であっても良い。
測定可能時間入力部202を通じ、測定可能時間T_Cが入力される。測定可能時間入力部202は、ユーザインタフェース部105に対応する。
動作計画部201は、測定可能時間T_Cに測定動作が完了するように、MS分析及びMSn分析(ただしn≧2)を組み合わせた測定スケジュールを決定する機能を適用する。この際、動作計画部201は、処理動作中も、測定スケジュールを構成する測定動作の組み合わせを測定の進行状況に応じて逐次更新する機能を提供する。その際、動作計画部201は、測定可能時間T_Cを越えない範囲で、測定スケジュールを構成するMSn分析の比率を最大化する。
処理S701において、動作計画部201は、測定別所要時間データベース214から各測定動作Mjの所要時間T(j)を読み出す。図8に、測定別所要時間データベース214のデータ構造例を示す。MSn分析における解離方法には、衝突誘起解離、電子捕獲解離その他の解離方法が存在する。これら異なる解離方法によっても測定別所要時間T(j)は異なる。また、イオンの蓄積工程、排出工程、単離工程、解離工程のそれぞれの時間の設定値によっても、測定別所要時間T(j)は異なる。測定別所要時間データベース214には、これら分析方法の設定と、各工程の時間設定に依存して、予め測定別所要時間T(j)が自動的に登録されている。
なお、予測値z(c)の算出は、必ずしも式5によらなくても良く、式6等であっても良い。
図9及び図10に、以上の処理動作の実行により決定される測定動作系列と従来手法で決定される測定動作系列の違いを示す。
処理S715において、動作計画部201は、式9に基づいて、予測精度xを計算する。
予測精度提示部211は、動作計画部201から出力された予測精度xをユーザに提示するユーザインタフェース部105である。例えば表示装置である。
測定動作提示部216は、動作計画部201から出力された測定動作Mjの履歴をユーザに提示するユーザインタフェースである。例えば表示装置である。履歴には、実行されたMSn分析とそのプリカーサイオンが含まれる。
質量分析部100は、動作計画部201から出力された測定スケジュール(測定動作系列Mj(t+1)〜Mj(t+TCOM)(TCOMは1以上の定数))に従って、経過時刻t以降に予定されている測定動作Mjを実行する。勿論、測定開始時点の経過時刻tはゼロである。
質量スペクトル提示部203は、質量分析部100から出力された質量スペクトルsを逐次提示するユーザインタフェース部105に対応する。
有無判定部204は、質量分析部100から出力された質量スペクトルsと、判定ルール学習部206が出力した判定ルールR(c, j)に基づいて物質の有無判定を実行する。前述の通り、判定ルールR(c, j)は、線形識別関数であって良く、区分線形識別関数であっても良く、非線形識別関数であっても良く、決定木であっても良く、多層パーセプトロンのようなニューラルネットワークであっても良い。有無判定部204は、判定結果A2(値“+1”又は“-1”)を判定結果提示部205に出力する。
判定結果提示部205は、判定結果A2を入力し、物質の有無を提示するユーザインタフェース部105に対応する。
現時刻精度算出部209は、質量スペクトルsと判定ルールR(c, j)に基づいて、物質cと測定動作Mj毎の現時刻精度r(c,j)を算出する。ここで、現時刻精度r(c,j)は、経過時刻(すなわち現在時刻)tまでに測定されたデータの精度の指標を表す。現時刻精度r(c,j)は、例えば測定動作jで得られているスペクトルに基づいて物質cを判定する場合における正解率の推定値であっても良い。
処理S1301において、現時刻精度算出部209は、jを初期化する。
処理S1305において、現時刻精度算出部209は、要素w_kが特徴ベクトル群Wの要素数より小さいか否か判定する。現時刻精度算出部209は、肯定結果が得られた場合、処理S1306に進み、否定結果が得られた場合、処理S1313に進む。
処理S1311において、現時刻精度算出部209は、式11に基づいて、b_k(c)を算出する。
これら処理S1305〜S1312までのループ処理が特徴ベクトル群Wの全ての要素w_kに対して繰り返し実行される。
現時刻精度提示部210は、ユーザインタフェース部105に対応する。
要求精度入力部217は、ユーザインタフェース部105に対応する。
推奨測定時間算出部215は、ユーザが要求精度入力部217を通じて要求精度yを入力した場合に実行され、要求精度yを満たすために必要な推奨測定時間T_Hを算出する。
処理S1601において、推奨測定時間算出部215は、入力された要求精度yの値を、不図示の記憶領域に格納する。
図15に、ユーザインタフェース部105の提示画面例を示す。ユーザインタフェース部105の提示画面には、前述したように、測定可能時間入力部202、判定結果提示部205、閾値濃度入力部207、現時刻精度提示部210、予測精度提示部211、測定動作提示部216、要求精度入力部217に対応する領域が配置される。
同定部218は、質量分析部100から出力された質量スペクトルsと、質量スペクトルデータベースに格納された質量スペクトルs’に基づいて物質を同定する。同定部218は、それぞれの質量スペクトルsとs’を、判定ルール学習部206の処理S302と同様、特徴ベクトルφとφ’に変換し、その特徴ベクトル間のコサイン類似度が最大となるφ’に対応した最大濃度の含有物質の名称を同定結果A4として出力する。
同定結果提示部219は、同定結果A4を、ユーザインタフェース部105を通じてユーザに提示する。
定量部220は、質量分析部100から出力された質量スペクトルsと、質量スペクトルデータベースに格納された質量スペクトルs’とに基づいて物質を定量する。定量部220は、それぞれの質量スペクトルsとs’を、判定ルール学習部206の処理S302と同様、特徴ベクトルφとφ’に変換し、その特徴ベクトル間のコサイン類似度が最大となるφ’を求める。次に、定量部220は、φ’に対応した最大濃度の含有物質の濃度d’を用い、推定濃度d(= d’×|φ|/|φ’|)を計算する。定量部220は、最大濃度の含有物質の名称と推定濃度dを定量結果A5として定量結果提示部221に出力する。
定量結果提示部220は、定量結果A5を、ユーザインタフェース部105を通じてユーザに提示する。
[システム構成]
前述した図2に示す構成は、質量分析システムを構成する質量分析部100、中央演算装置104、及び揮発性メモリ110に対する電源の供給に時間上の制限が無い場合に好適である。ただし、質量分析部100等に対する電源供給時間が制限されている場合、質量分析システムによる測定可能時間T_Cの最大値は、電源供給時間に制限される。
前述したように、形態例に係る質量分析システムは、測定可能時間T_Cに応じて、MS分析及びMSn分析(ただしn≧2)の組み合わせにより与えられる測定動作系列(測定スケジュール)を決定又は逐次更新する機能を動作計画部201に実装する。
なお、本発明は上述した形態例に限定されるものでなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した形態例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある形態例の一部を他の形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある形態例の構成に他の形態例の構成を加えることも可能である。また、各形態例の構成の一部について、他の構成を追加、削除又は置換することも可能である。
101…試料導入部
102…イオン化部
103…高周波電源
104…中央演算装置
105…ユーザインタフェース部
106…検出器
107…イオン輸送部
108…イオントラップ
109…記憶媒体
110…揮発性メモリ
111…ポンプ
201…動作計画部
202…測定可能時間入力部
203…質量スペクトル提示部
204…有無判定部
205…判定結果提示部
206…判定ルール学習部
207…閾値濃度入力部
208…測定別事前優先度算出部
209…現時刻精度算出部
210…現時刻精度提示部
211…予測精度提示部
212…質量スペクトルデータベース
213…測定別事前優先度データベース
214…測定別所要時間データベース
215…推奨測定時間算出部
216…測定動作提示部
218…同定部
219…同定結果提示部
220…定量部
221…定量結果提示部
1401…中央演算装置
1402…記憶媒体
1403…ネットワーク
1701…電源管理部
Mj…測定動作
P(c, j)…測定別事前優先度
R(c, j)…判定ルール
r(c, j)…現時刻精度
s…質量スペクトル
s’…質量スペクトル
T(i)…測定別所要時間
x…予測精度
y…要求精度
A1…閾値濃度
A2…判定結果
A3…測定可能時間候補
A4…同定結果
A5…定量結果
Claims (19)
- 質量分析システムであって、
予め与えられた測定可能時間に応じ、MS分析及びMSn分析(ただしn≧2)の組み合わせにより与えられる測定スケジュールを決定する動作計画部と、
前記測定スケジュールを構成する各測定動作の実行により得られる質量スペクトルを出力するタンデム型質量分析機能を有する質量分析部と
を有する質量分析システム。 - 請求項1に記載の質量分析システムにおいて、
前記動作計画部は、測定開始後も、前記測定スケジュールを構成する測定動作の組み合わせを逐次更新する
ことを特徴とする質量分析システム。 - 請求項2に記載の質量分析システムにおいて、
前記測定スケジュールには、MSn分析によるプリカーサイオンの質量対電荷比を測定する測定動作が含まれる
ことを特徴とする質量分析システム。 - 請求項1に記載の質量分析システムにおいて、
前記測定可能時間が短い場合、前記動作計画部は、前記測定スケジュールに出現するMSn分析の頻度を相対的に下げる一方、MS分析の頻度を相対的に上げるように、前記測定スケジュールを決定又は更新する
ことを特徴とする質量分析システム。 - 請求項2に記載の質量分析システムにおいて、
前記動作計画部は、更新後の測定スケジュールによる測定が、測定開始から前記測定可能時間内に完了するように、前記測定スケジュールを更新する
ことを特徴とする質量分析システム。 - 請求項1に記載の質量分析システムにおいて、
前記動作計画部は、測定動作別の所要時間及び測定動作別の事前優先度に基づいて、前記測定スケジュールを決定又は更新する
ことを特徴とする質量分析システム。 - 請求項6に記載の質量分析システムにおいて、
前記動作計画部は、
前記質量分析部におけるイオンの解離方法の設定値、又は、蓄積工程、排出工程、単離工程及び解離工程に対応する各所要時間の設定値に基づいて、前記測定動作の所要時間を変更し、
更に、前記測定動作別の所要時間に基づいて前記測定スケジュールを構成する測定動作を決定又は更新する
ことを特徴とする質量分析システム。 - 請求項6に記載の質量分析システムにおいて、
前記測定動作別の所要時間を格納する所要時間データベースと、
前記測定動作別の事前優先度を格納する事前優先度データベース
を有することを特徴とする質量分析システム。 - 請求項6に記載の質量分析システムにおいて、
測定動作、物質別の含有量、質量スペクトルの組を格納する質量スペクトルデータベースと、
前記質量スペクトルデータベースに基づいて、測定動作別の前記事前優先度を算出する事前優先度算出部と
を有することを特徴とする質量分析システム。 - 請求項9に記載の質量分析システムにおいて、
前記質量スペクトルデータベースは、前記質量スペクトルに基づいて変換された特徴ベクトルのデータを含む
ことを特徴とする質量分析システム。 - 請求項1に記載の質量分析システムにおいて、
前記質量分析部が出力する前記質量スペクトルに基づいて、現時刻精度を算出する現時刻精度算出部を有し、
前記動作計画部は、前記現時刻精度に応じ、前記測定スケジュールを決定又は逐次更新する
ことを特徴とする質量分析システム。 - 請求項9に記載の質量分析システムにおいて、
前記物質別の含有量の閾値を入力するための含有量閾値入力部と、
前記質量スペクトルデータベースのデータ及び前記含有量の閾値に基づいて、判定ルールを学習する判定ルール学習部と、
前記質量分析部が出力する前記質量スペクトル及び前記判定ルールに基づいて物質の有無を判定し、その判定結果を出力する有無判定部と、
前記判定結果をユーザに提示する判定結果提示部と
を有する質量分析システム。 - 請求項1に記載の質量分析システムにおいて、
前記測定可能時間をユーザが入力するための測定可能時間入力部と、
前記動作計画部が算出する予測精度に応じ、推奨測定時間を算出する推奨測定時間算出部とを有し、
前記測定可能時間入力部は、前期推奨測定時間に応じ、前記測定可能時間入力部に入力される値の範囲を制限する
ことを特徴とする質量分析システム。 - 請求項1に記載の質量分析システムにおいて、
前記動作計画部は予測精度を算出し、
推奨測定時間算出部は、前記予測精度に応じ、推奨測定時間を算出する
ことを特徴とする質量分析システム。 - 請求項1に記載の質量分析システムにおいて、
電源供給の残時間を逐次モニタリングする電源管理部を有し、
前記動作計画部は、前記残時間に応じて前記測定可能時間を変更することにより、前記測定スケジュールを決定又は逐次更新する
ことを特徴とする質量分析システム。 - 請求項1に記載の質量分析システムにおいて、
前記質量分析部が出力する前記質量スペクトルに応じて物質の種類を同定し、その結果を出力する同定部と、
同定結果をユーザに提示する同定結果提示部と
を有することを特徴とする質量分析システム。 - 請求項1に記載の質量分析システムにおいて、
前記質量分析部が出力する前記質量スペクトルに応じて物質の含有量を推定し、その結果を出力する定量部と、
定量結果をユーザに提示する定量結果提示部と
を有することを特徴とする質量分析システム。 - 請求項1に記載の質量分析システムにおいて、
前記測定スケジュールのうち既に実行が完了した測定動作の系列又は実行が予定されている測定動作の系列を提示する測定動作提示部
を有することを特徴とする質量分析システム。 - 質量分析システムを構成するコンピュータに、
予め与えられた測定可能時間に応じ、MS分析及びMSn分析(ただしn≧2)の組み合わせにより与えられる測定スケジュールを決定する処理と、
前記測定スケジュールを構成する各測定動作の実行により得られる質量スペクトルを出力する処理と
を実行させるコンピュータプログラム。
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