JP2017040520A - 分析データ表示処理装置及び表示処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】分析者が着目している目的成分の濃度分布が直感的に把握し易い、カラーの質量分析イメージング画像を提供する。【解決手段】分析者により指定されたm/zにおける全測定点の信号強度値をデータ記憶部から読み出したあと（Ｓ４）、信号強度値と測定点数との関係を示すヒストグラムを作成し（Ｓ５）、ヒストグラム上で各区分に含まれる測定点数が略同一になるように該ヒストグラム全体を、設定された色数で分割して同数の区分を求める。そして、予め設定された色を各区分に割り当て、信号強度値範囲と色との関係を決定する（Ｓ６）。その関係に基づき、各測定点に対応する画素の色を決め、カラー画像を構成し表示する（Ｓ７）。信号強度値全体のレンジが広い場合でも、測定点の数が多い信号強度値付近において小さな信号強度値の相違を色の相違で的確に表現した画像を描出することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、試料上の２次元領域内の多数の測定点についてそれぞれ所定の分析を行ってデータを取得することが可能な分析装置により得られたデータに基づいて、上記２次元領域の全体又はその一部の領域における信号強度値や定量値等の分布を示す画像を作成して表示する分析データ表示処理装置及び、該表示処理装置をコンピュータ上で実現するための表示処理プログラムに関する。本発明において処理対象であるデータを取得する分析装置としては、例えば、イメージング質量分析装置、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）、フーリエ変換赤外分光光度測定（ＦＴＩＲ）イメージング装置、ラマン分光イメージング装置、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）、走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＳＥＭ／ＥＤＳ）、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）、Ｘ線光電子分光装置（ＸＰＳ）などが挙げられる。

質量分析イメージングは、生体組織切片などの試料の表面の２次元領域内における複数の測定点（微小領域）に対しそれぞれ質量分析を行うことにより、その２次元領域における特定の質量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への応用が進められている。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（非特許文献１など参照）。また、通常、試料上の任意の２次元領域について光学的な顕微観察を行い、その顕微観察画像に基づいて測定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、顕微質量分析装置や質量顕微鏡などと呼ばれることもあるが、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。

図９は、イメージング質量分析装置により得られるデータと該データに基づく質量分析イメージング画像表示処理の概略説明図である。イメージング質量分析装置では、生体組織切片などの試料１００上の２次元的な測定対象領域１０１内に設定された多数の測定点（微小領域）１０２それぞれにおいて、所定の質量電荷比m/z範囲に亘る質量電荷比と信号強度値（イオン強度値）との関係を示すマススペクトルデータが取得される。本明細書では、測定対象領域１０１内の全ての測定点から得られたマススペクトルデータの集合を質量分析イメージングデータという。

こうして収集された質量分析イメージングデータに基づいて、特定の質量を有する成分の２次元分布を観測したい場合には、分析者は、該成分由来のイオンの質量電荷比（図９の例ではm/z＝Ｍ₁）における質量分析イメージング画像を表示するよう操作部から指示する。すると、この指示を受けたイメージング質量分析装置では、各測定点１０２において得られたマススペクトルデータからm/z＝Ｍ₁における信号強度値が抽出され、その信号強度値をカラースケールやグレイスケールに従って複数の色や灰色の濃淡で表した画素が各測定点１０２のｘ軸、ｙ軸の二軸方向の位置に対応付けて配置されることで、所望の２次元分布画像つまり質量分析イメージング画像が作成され表示される（図９では図面の都合上、グレイスケールで示しているが、実際には殆どの場合、カラースケールが利用されている）。分析者は表示部の画面上に表示された質量分析イメージング画像を確認し、別の質量電荷比に対応した質量分析イメージング画像を見たければ、質量電荷比の指定をやり直して再度質量分析イメージング画像の表示を指示すればよい。
質量分析イメージングデータに基づく上述したような画像表示処理は、無料で配布されている「BioMap」（非特許文献２参照）等の既存の画像処理ソフトウエアを用いて行うことができる。

質量分析イメージング画像をカラー画像として表示する際には、一般に、測定対象領域内の全ての測定点における最大の信号強度値を１００％、最小の信号強度値（又は強度値ゼロ）を０％とした強度値のリニアスケール上に全ての測定点の信号強度値を位置付け、その信号強度値と該リニアスケールに対応したカラースケール上の色とを紐付けすることによって測定点毎に表示上の色を決定するようにしている。カラースケールは可視光の波長スペクトルに準じたものが使用されることが多いが、カラーの階調数つまり色の数自体は適宜に選択できるようになっていることがよくある。

しかしながら、上記のような従来の画像表示処理方法では次のような問題がある。
即ち、生体組織切片における代謝物の分布を調べるような場合、測定視野内つまり測定対象領域内に信号強度が極端に異なる測定点が存在することがよくある。そうした場合、カラースケール全体に対応付けられる信号強度値の範囲は非常に広くなる。一方で、分析者が着目している信号強度値の範囲は比較的狭く、その狭い信号強度値範囲内で異なる信号強度を示す測定点の分布を調べたいような場合がある。この場合、上述したようにカラースケール全体に対応付けられる信号強度値の範囲が広いと、着目している狭い信号強度値範囲に対応する色が同一色又は複数色であっても色相がかなり類似した色になってしまい、その信号強度値範囲内で信号強度値が相違する測定点の分布を目視上で識別することは困難である。

「iMScope TRIO イメージング質量顕微鏡」、［online］、株式会社島津製作所、［平成２７年７月２４日検索］、インターネット＜URL: http://www.an.shimadzu.co.jp/bio/imscope/index.htm＞ 「msimaging Biomap」、［online］、MALDI MS Imaging 、［平成２７年７月２４日検索］、インターネット＜URL: http://www.maldi-msi.org/index.php?option=com_content&view=article&id=14&Itemid=32＞

また、上記問題はイメージング質量分析装置のみならず、試料上の多数の測定点においてそれぞれ分析を実行してデータを収集するような他の分析装置でも同様である。そうした分析装置として例えば、試料上の多数の測定点においてフーリエ変換赤外分光光度測定法による赤外吸収スペクトルをそれぞれ取得するＦＴＩＲイメージング装置、試料上の多数の測定点においてラマン分光法によるラマン散乱スペクトルをそれぞれ取得するラマン分光イメージング装置、試料上の多数の測定点において電子線励起に対して試料から出る特性Ｘ線のエネルギーと強度との関係を示すスペクトルをそれぞれ取得する電子線マイクロアナライザや走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分析装置、試料上の多数の測定点において探針と試料との距離を変えながら探針に作用する力を測定し、探針と試料間との間の距離と探針に掛かる力との関係を示すスペクトル（フォースカーブ）のような試料表面からの高さと物性情報との関係を示すスペクトルを取得したり、試料のバイアス電圧を変えて探針に流れる電流を測定し、電流−電圧特性（Ｉ−Ｖカーブ）を取得したりする走査型プローブ顕微鏡、などを挙げることができる。

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、イメージング質量分析装置やそのほかの上述したような分析装置によって得られたデータに基づいて、信号強度値やそれから求めた定量値などの２次元的な分布を示すカラー画像を作成して表示する際に、分析者が着目している又は着目すべき信号強度値等の精細な分布の識別性を向上させることができる分析データ表示処理装置及び表示処理プログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明に係る第１の態様の分析データ表示処理装置は、試料上に設定された所定の測定対象領域内の複数の測定点に対しそれぞれ所定の分析を実行することで収集された、所定の分析パラメータと信号強度値又は該信号強度値から算出される計算値との関係を示すスペクトルデータが前記測定点の空間位置情報に関連付けられてなるデータに基づいて、前記測定対象領域に対応したカラー画像を作成して表示部の画面上に表示する分析データ表示処理装置において、
a)前記分析パラメータの特定値における各測定点の信号強度値又は該信号強度値から算出される計算値を取得するデータ取得部と、
b)該データ取得部により取得されたデータに基づいて、信号強度値又は計算値の範囲毎にカラー表示に使用する色を決める際に、同一色に割り当てられる測定点の数が色毎に略同一になるように信号強度値又は計算値の範囲の分割を決定し、その分割された各信号強度値又は計算値の範囲毎に色を割り当てる適応的色割り当て部と、
c)前記適応的色割り当て部によって決められた信号強度値又は計算値の範囲と色との対応関係に基づいて、各測定点の信号強度値又は計算値から該測定点に対応する画素の表示色を決め、該２次元カラー画像を構成するカラー画像構成部と、
を備えることを特徴としている。

上記課題を解決するために成された本発明に係る第１の態様の分析データ表示処理プログラムは、上記本発明に係る第１の態様の分析データ表示処理装置をコンピュータにより具現化するためのコンピュータプログラムであり、試料上に設定された所定の測定対象領域内の複数の測定点に対しそれぞれ所定の分析を実行することで収集された、所定の分析パラメータと信号強度値との関係を示すスペクトルデータが前記測定点の空間位置情報に関連付けられてなるデータに基づいて、前記測定対象領域に対応したカラー画像を作成して表示部の画面上に表示するためにコンピュータを動作させる分析データ表示処理プログラムであって、
a)収集されたデータの中から、前記分析パラメータの特定値における各測定点の信号強度値又は該信号強度値から算出される計算値を抽出するデータ抽出機能部と、
b)前記データ抽出機能部により抽出されたデータに基づいて、信号強度値又は計算値の範囲毎にカラー表示に使用する色を決める際に、同一色に割り当てられる測定点の数が色毎に略同一になるように信号強度値又は計算値の範囲の分割を決定し、その分割された各信号強度値又は計算値の範囲毎に色を割り当てる適応的色割り当て機能部と、
c)前記適応的色割り当て機能部によって決められた信号強度値又は計算値の範囲と色との対応関係に基づいて、各測定点の信号強度値又は計算値から該測定点に対応する画素の表示色を決め、該２次元カラー画像を構成するカラー画像構成機能部と、
してコンピュータを動作させることを特徴としている。

また上記課題を解決するために成された本発明に係る第２の態様の分析データ表示処理装置は、試料上に設定された所定の測定対象領域内の複数の測定点に対しそれぞれ所定の分析を実行することで収集された、所定の分析パラメータと信号強度値又は該信号強度値から算出される計算値との関係を示すスペクトルデータが前記測定点の空間位置情報に関連付けられてなるデータに基づいて、前記測定対象領域に対応したカラー画像を作成して表示部の画面上に表示する分析データ表示処理装置において、
a)前記分析パラメータの特定値における各測定点の信号強度値又は該信号強度値から算出される計算値を取得するデータ取得部と、
b)信号強度値又は計算値の範囲毎にカラー表示に使用する色を決める際に、信号強度値又は計算値の変化とカラー表示の階調との関係が非線形である所定の関数に基づいて、同一色に割り当てられる信号強度値又は計算値の範囲の分割を決定し、その分割された各信号強度値又は計算値の範囲毎に色を割り当てる色割り当て部と、
c)前記色割り当て部によって決められた信号強度値又は計算値の範囲と色との対応関係に基づいて、前記データ取得部により取得された各測定点の信号強度値又は計算値から該測定点に対応する画素の表示色を決め、該２次元カラー画像を構成するカラー画像構成部と、
を備えることを特徴としている。

上記課題を解決するために成された本発明に係る第２の態様の分析データ表示処理プログラムは、上記本発明に係る第２の態様の分析データ表示処理装置をコンピュータにより具現化するためのコンピュータプログラムであり、試料上に設定された所定の測定対象領域内の複数の測定点に対しそれぞれ所定の分析を実行することで収集された、所定の分析パラメータと信号強度値との関係を示すスペクトルデータが前記測定点の空間位置情報に関連付けられてなるデータに基づいて、前記測定対象領域に対応したカラー画像を作成して表示部の画面上に表示するためにコンピュータを動作させる分析データ表示処理プログラムであって、
a)収集されたデータの中から、前記分析パラメータの特定値における各測定点の信号強度値又は該信号強度値から算出される計算値を抽出するデータ抽出機能部と、
b)信号強度値又は計算値の範囲毎にカラー表示に使用する色を決める際に、信号強度値又は計算値の変化とカラー表示の階調との関係が非線形である所定の関数に基づいて、同一色に割り当てられる信号強度値又は計算値の範囲の分割を決定し、その分割された各信号強度値又は計算値の範囲毎に色を割り当てる色割り当て機能部と、
c)前記色割り当て機能部によって決められた信号強度値又は計算値の範囲と色との対応関係に基づいて、前記データ抽出機能部により抽出された各測定点の信号強度値又は計算値から該測定点に対応する画素の表示色を決め、該２次元カラー画像を構成するカラー画像構成機能部と、
してコンピュータを動作させることを特徴としている。

本発明に係る第１及び第２の態様の分析データ表示処理装置並びに本発明に係る第１及び第２の態様の分析データ表示処理プログラムは、例えば、イメージング質量分析装置、飛行時間型二次イオン質量分析装置、フーリエ変換赤外分光光度測定イメージング装置、ラマン分光イメージング装置、電子線マイクロアナライザ、走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分析装置、走査型プローブ顕微鏡、Ｘ線光電子分光装置などの分析装置により得られたデータを処理して２次元カラー画像として表示するものである。

分析装置がイメージング質量分析装置や飛行時間型二次イオン質量分析装置である場合、上記「所定の分析パラメータ」とは質量電荷比であり、スペクトルデータは質量電荷比と例えばイオン強度値との関係を示すマススペクトルデータである。ただし、飛行時間型質量分析装置ではまず飛行時間とイオン強度値との関係を示す飛行時間スペクトルが作成され、該飛行時間スペクトル上の各イオンの飛行時間が質量電荷比に換算されることでマススペクトルが作成される。したがって、「マススペクトルデータ」は、質量電荷比に換算する前の飛行時間で表された「飛行時間スペクトルデータ」でも構わない。また、イオン強度値に代えてイオン強度値から算出された定量値などの計算値を用いても構わない。

また、分析装置がフーリエ変換赤外分光光度測定イメージング装置やラマン分光イメージング装置である場合、上記「所定の分析パラメータ」とは光の波数、波長の逆数などであり、スペクトルデータは赤外吸収スペクトルデータや赤外反射スペクトルデータ、又はラマン散乱スペクトルデータである。また、分析装置が電子線マイクロアナライザ、走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分析装置である場合には、上記「所定の分析パラメータ」とはＸ線の波長又はエネルギーであり、スペクトルデータは特性Ｘ線スペクトルデータである。また、分析装置が走査型プローブ顕微鏡である場合には、上記「所定の分析パラメータ」とは、探針の試料表面からの高さ又は試料に印加されたバイアス電圧であり、スペクトルデータは試料表面−探針間の距離と探針に加わる力との関係を示すフォースカーブ、又は前述したバイアス電圧と探針に流れる電流との関係を示す電流−電圧曲線である。また、分析装置がＸ線光電子分光装置である場合には、上記「所定の分析パラメータ」とは、Ｘ線の波長又はエネルギーであり、スペクトルデータはＸ線光電子分光スペクトルデータである。

本発明の第１の態様の分析データ表示処理装置において、適応的色割り当て部は例えば、データ取得部により得られたデータに基づき、測定対象領域内の全ての測定点又は該測定対象領域内の一部領域に含まれる全ての測定点における信号強度値又は計算値を適宜の幅の階級に振り分け、階級毎に測定点の数を計数して信号強度値又は計算値と測定点数との関係を示すヒストグラムを作成する。そして、それぞれの区分に含まれる測定点の数が略同一になるように、ヒストグラムの横軸つまり階級をカラー表示の階調数つまりは使用する色の数と同数に分割する。そして、その分割によって得られた各区分つまりは各信号強度値又は計算値の範囲毎に異なる色を割り当てることで、信号強度値又は計算値と色とを紐付ける情報を作成する。

ヒストグラム上で縦棒が長い階級は測定点が多いから、長い縦棒が多く存在する部分では一つの区分に対応する信号強度値又は計算値の範囲は狭くなる。逆に、短い縦棒しか存在しない部分では一つの区分に対応する信号強度値又は計算値の範囲は広くなる。即ち、ヒストグラム上での測定点数の分布に応じて、分割によって生成される各区分の信号強度値又は計算値の範囲は適応的に変化する。

カラー画像構成部は上述のようにして決められた信号強度値又は計算値の範囲と色との対応関係に基づいて、各測定点の信号強度値又は計算値から該測定点に対応する画素の表示色をそれぞれ決定し、２次元カラー画像を構成して表示部の画面上に表示する。もちろん、指定されたプリンタ等の印刷部からカラー画像を紙出力しても構わない。各色の測定点数はほぼ揃っているから、２次元カラー画像上での各色の占める面積はほぼ等しくなる。こうして表示されたり印刷されたりしたカラー表示による分布画像では、信号強度値や定量値などの計算値が近い測定点が多数存在する場合でも、その信号強度値や計算値の相違が色で識別可能となる。

一方、本発明の第２の態様の分析データ表示処理装置では、第１の態様のように色が割り当てられる区分は適応的に決められるのではなく、信号強度値又は計算値の変化とカラー表示の階調との関係を示す関数に従って決められるが、その関数は非線形関数、例えば対数的、指数的、２次以上の多次的などの関数である。例えば対数的関数が利用される場合、信号強度値や計算値が小さいときには一つの階調つまりは一つの色に割り当てられる信号強度値や計算値の範囲は狭く、信号強度値や計算値が大きくなるほど一つの色に割り当てられる信号強度値や計算値の範囲が広くなる。したがって、信号強度値や計算値が小さいような測定点の数が多い場合には、上記第１の態様による分析データ表示処理装置と実質的に同様に、そうした数が多い測定点における信号強度値や計算値の相違が色で識別容易になる。

また、非線形関数として指数的関数が利用される場合には逆に、信号強度値や計算値が小さいときには一つの階調つまりは一つの色に割り当てられる信号強度値や計算値の範囲は広く、信号強度値や計算値が大きくなるほど一つの色に割り当てられる信号強度値や計算値の範囲が狭くなる。したがって、信号強度値や計算値が大きい測定点の数が多い場合に、上記第１の態様による分析データ表示処理装置と実質的に同様に、そうした数が多い測定点における信号強度値や計算値の相違が色で識別容易になる。

本発明に係る第１及び第２の態様による分析データ表示処理装置及び分析データ表示処理プログラムのいずれにおいても、カラー表示のための各種パラメータ、例えば階調数（使用する色の数）、色の並び（順序）などを分析者が指定したり選択したりできるようにしておくとよく、分析データ表示処理装置はそのためのカラー表示情報指定部を備えるようにするとよい。これによって、表示されるカラー画像上で着目している分布が不鮮明である或いは正確性を欠くと思われる場合には、分析者は階調数を増加させたり或いは色の順序を変更したりして、着目している分布の識別性を高めるようにすることができる。

なお、本発明に係る第１の態様による分析データ表示処理装置及び分析データ表示処理プログラムでは、上述したようにヒストグラム上での測定点数の分布に応じて各区分の信号強度値又は計算値の範囲が適応的に決められるため、２次元カラー画像とともにヒストグラムも併せて表示するとよい。それらは同一画面上に表示してもよいし、タブ切替え等によって容易に切り替え可能であるように表示してもよい。また、そうしたヒストグラムを表示する際には、そのヒストグラム上で色の順序の入れ替えなどを指示できるようにしておくと便利である。

この構成によれば、分析者は信号強度値又は計算値の範囲と色の順序との関係を一目で把握することができる。それによって、信号強度値又は計算値が近い測定点がどのような色で示されているかを認識し、色が近い場合に識別性が高い色に簡単に変更することができる。

また本発明に係る第１及び第２の態様による分析データ表示処理装置及び分析データ表示処理プログラムでは、適応的色割り当て部や色割り当て部において各色が割り当てられる信号強度値や計算値の範囲が決まったあとに、分析者がその範囲を変更できるようにしておくとよい。本発明に係る第１の態様による分析データ表示処理装置及び分析データ表示処理プログラムにおいて上記ヒストグラムを２次元カラー画像とともに表示する場合には、そのヒストグラム上で各色に対応付けられた区分の境界を移動させることで、各色が割り当てられる信号強度値や計算値の範囲を変更できるようにしておくと便利である。

この構成によれば、自動的に決められた、各色が割り当てられる信号強度値や計算値の範囲が適切でない場合に、分析者自身がその範囲の境界を微調整することで、２次元カラー画像上で着目している部分の分布が例えば光学顕微観察画像上の特定の部位の形状に合うようにすることができる。それによって、例えば目的成分の分布をより的確に把握することができる画像を得ることができる。

また、測定対象領域やその中の一部領域に含まれる全測定点について有意な色を割り当てるのではなく、例えば信号強度値や計算値が所定の下限値よりも小さい測定点や逆に信号強度値や計算値が所定の上限値よりも大きい測定点については有意な色を割り当てないようにしてもよい。即ち、色を割り当てる信号強度値又は計算値の範囲を制限し（上限値又は下限値の一方又は両方を設定し）、その制限された範囲のみについて上述した適応的色割り当て部や色割り当て部による処理を行うようにすればよい。なお、そうして除外された信号強度値又は計算値の範囲に該当する測定点に対応する画素は白色又は黒色の表示色で表示すればよい。

この構成によれば、例えば目的成分が存在しない筈の測定点に信号強度の小さいノイズが現れていてそれが画像全体の識別性を低下させているような場合に、そうした信号強度の小さい測定点に対し有意な色を割り当てないようにすることで、目的成分の分布の識別性を向上させることができる。また、極端に信号強度が大きなノイズが一部の測定点に現れているような場合でも、そうした過大な信号強度を示す測定点に対し有意な色を割り当てないようにすることで、目的成分の分布の識別性を向上させることができる。

本発明に係る第１及び第２の態様による分析データ表示処理装置及び分析データ表示処理プログラムによれば、カラー画像化しようとしているデータの信号強度値又は該信号強度値に基づく計算値のレンジが全体的に広く、分析者が着目している又は着目すべき信号強度値や計算値は比較的狭い範囲に集中しているような場合でも、その分析者が着目している又は着目すべき信号強度値や計算値のレベル付近で信号強度値や計算値の小さな相違を色の相違で明瞭に示すカラー画像を表示することができる。それによって、信号強度値や計算値の相違が小さな測定点による複数の分布を容易に識別することができ、例えば目的成分の分布を正確に把握することができるようになる。

本発明の一実施例であるイメージング質量分析装置の要部の構成図。 本実施例のイメージング質量分析装置における質量分析イメージング画像表示処理のフローチャート。 本実施例のイメージング質量分析装置における質量分析イメージング画像表示処理の説明図。 本実施例のイメージング質量分析装置における質量分析イメージング画像表示処理手法を適用した信号強度値のヒストグラムの実例を示す図。 本実施例のイメージング質量分析装置における質量分析イメージング画像表示処理手法と従来の質量分析イメージング画像表示処理方法とにより作成及び表示される質量分析イメージング画像の実例を示す図。 本実施例のイメージング質量分析装置における質量分析イメージング画像表示処理手法と従来の質量分析イメージング画像表示処理方法とにより作成及び表示される質量分析イメージング画像の実例を示す図。 本実施例のイメージング質量分析装置における質量分析イメージング画像の表示例を示す模式図。 本実施例のイメージング質量分析装置において選択可能である、別の質量分析イメージング画像表示処理の説明図。 イメージング質量分析によって得られるデータとそれに基づく質量分析イメージング画像作成及び表示処理の概略説明図。

以下、本発明に係る分析データ表示処理装置及び表示処理プログラムの一例として、イメージング質量分析によって得られる質量分析イメージングデータをカラー画像化する場合を例示して説明する。
図１は本実施例のイメージング質量分析装置の要部の構成図、図２は本実施例のイメージング質量分析装置における質量分析イメージング画像表示処理のフローチャート、図３は本実施例のイメージング質量分析装置における質量分析イメージング画像表示処理の説明図である。

図１に示すように、本実施例のイメージング質量分析装置は、イメージング質量分析部１と、該イメージング質量分析部１で得られたデータに対し後述するような画像表示処理を実行するデータ処理部２と、イメージング質量分析部１で取得されたマススペクトルデータ等を保存するスペクトルデータ記憶部３と、分析者が操作する操作部４と、分析結果等を表示する表示部５と、を備える。なお、通常、イメージング質量分析装置には、試料１００上の光学顕微観察画像を得るための顕微観察部が設けられているが、図１ではその記載を省略している。

イメージング質量分析部１は、図示しないものの、大気圧ＭＡＬＤＩイオン源、イオントラップ、及び飛行時間型質量分離器を含む質量分析部と、を備える。このイメージング質量分析部１では、図９により既に説明したように、分析者により指定された試料１００上の測定対象領域１０１内の多数の測定点１０２に対してそれぞれ質量分析を実施し、測定点毎に所定の質量電荷比範囲に亘るマススペクトルデータを取得する。このマススペクトルデータは、イオンの解離を伴わない質量分析によって得られたデータでもよいが、マススペクトル上に現れる任意のピークに対応するイオンをイオントラップにおいて解離させ、それにより生成されたイオンを質量分析することで得られたＭＳ／ＭＳスペクトル（さらにはｎが３以上のＭＳⁿスペクトル）データでもよい。

データ処理部２は、本発明において特徴的な処理を行う機能ブロックとして、マススペクトルデータ収集部２１及びイメージング画像表示処理部２２を含み、さらにイメージング画像表示処理部２２は、データ読み出し部２３、画像表示設定処理部２４、色割り当て部２５、カラー画像構成部２６、強度値−階調対応情報記憶部２７などの機能ブロックを含む。
データ処理部２の実体はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むパーソナルコンピュータ（又はより高性能なワークステーション）であり、このコンピュータに予めインストールされた専用のデータ処理用ソフトウエアを実行することで、上記各ブロックの機能が実現される。

いま、イメージング質量分析部１における分析動作によって、測定対象領域１０１内の各測定点１０２におけるマススペクトルデータが取得され、該データがマススペクトルデータ収集部２１を介してスペクトルデータ記憶部３に格納されているものとする。その状態において、質量分析イメージング画像表示処理を行う際の動作を説明する。なお、スペクトルデータ記憶部３に格納されるデータは、飛行時間を質量電荷比に換算する前の飛行時間スペクトルデータであっても構わない。その場合には、後述するようにスペクトルデータ記憶部３からデータが読み出されたあと所定の校正情報に基づいて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データとすればよい。

目的成分の２次元分布を観測可能な質量分析イメージング画像を表示したい場合、分析者は、その目的成分に対応する又は対応すると推測される質量電荷比を操作部４から指定する（ステップＳ１）。

次いで分析者は、操作部４で表示方式を選択する（ステップＳ２）。即ち、画像表示設定処理部２４は表示方式を選択するための設定画面を表示部５に表示し、分析者は該設定画面上で所望の表示方式を選択する。表示方式とは、質量分析イメージング画像をカラー表示する際に色と信号強度値との対応付けを示す方式であり、この対応付けが相違する複数の表示方式が選択可能となっている。詳しくはあとで述べるが、いま、ここでは、信号強度値適応型の表示方式が選択されたものとする。

続いて分析者は、上記ステップＳ２で選択した表示方式に対応して設定すべき（又は設定可能な）カラー画像表示パラメータを指定する（ステップＳ３）。カラー画像表示パラメータとは、カラー表示の階調数（使用する色の数）、色の種類、色の並び（順序）などである。指定されたパラメータは画像表示設定処理部２４に保存される。なお、そうした指定を分析者が行わない場合には、デフォルトのパラメータが使用されるようにするとよい。

イメージング画像表示処理部２２においてデータ読み出し部２３は、ステップＳ１で指定された質量電荷比における各測定点の信号強度値をスペクトルデータ記憶部３から読み出して一時的に記憶する（ステップＳ４）。例えば、図９により説明したように、質量電荷比m/z＝Ｍ₁が指定されると、各測定点のマススペクトルデータの中でm/z＝Ｍ₁における信号強度値がスペクトルデータ記憶部３から読み出され一時的に記憶される。なお、ここでは、各測定点における信号強度値に基づいて質量分析イメージング画像を作成するが、例えば予め求めておいた校正情報などに基づいて信号強度値を定量値や濃度値などに換算した上で、その定量値や濃度値に基づいて質量分析イメージング画像を作成してもよい。

次に、色割り当て部２５は、データ読み出し部２３に記憶されている全ての測定点における信号強度値を所定の幅を有する複数の階級に区分して階級毎に測定点の数を計数し、その階級を信号強度順に横に並べて階級毎の測定点数を縦軸にとった信号強度値のヒストグラムを作成する（ステップＳ５）。測定対象領域に含まれる全ての測定点の信号強度値がこのヒストグラム上に反映される。

例えば、小さな信号強度値を示す測定点の数が多く、信号強度値が大きくなるほど測定点が少なくなる傾向である場合には、上記ヒストグラムは概ね図３（ａ）に示すような形状となる。一方、相対的に小さな信号強度値を示す測定点と相対的に大きな強度値を示す測定点とが共に多く、その中間の信号強度値を示す測定点が少ない傾向である場合には、上記ヒストグラムは概ね図３（ｂ）に示すような形状となる。また、全ての測定点における信号強度値の最大値と最小値との差が小さければ、上記ヒストグラムの横幅は全体的に小さくなるし、全ての測定点における信号強度値の最大値と最小値との差が大きければ、上記ヒストグラムの横幅は全体的に広がる。このように、ヒストグラムにおける測定点数の分布は様々である。

色割り当て部２５は続いて、カラー画像表示パラメータとして設定されている階調数つまり色の数と同じ分割数で上記ヒストグラムを強度軸方向に分割するが、その際に、分割によってできる各区分（信号強度値範囲）に含まれる測定点の数ができるだけ同じになるように分割線を引く位置（信号強度値）を決定する。これは、ヒストグラム上で分割されたそれぞれの区分の領域の面積が略同一になるように分割線を引く位置を決めることと同義である。

図３（ａ）、（ｂ）は階調数を１０としてヒストグラムを分割した例である。この図３に示すように、ヒストグラム上で測定点数が多い部分では一つの区分の幅は狭くなり、測定点数が少ない部分では一つの区分の幅は広くなる。即ち、各区分の幅は通常一定でない。もちろん、全信号強度範囲に亘り測定点数が一定であれば各区分の幅も一定になるが、実際にはこれは極めて希なケースである。こうして最小の信号強度値を下限、最大の信号強度値を上限とする全信号強度範囲を階調数と同じ分割数で分割し、それによって得られた各区分に、カラー画像表示パラメータに従った色をそれぞれ割り当てる（ステップＳ６）。

こうして信号強度値の範囲と色との対応関係が決まるから、カラー画像構成部２６は、この関係に基づき、全ての測定点についてその信号強度値に応じた表示上の色を決定する。そして、各測定点に対応する画素をその決定された色で示した２次元画像を作成し、これを表示部５の画面上に表示する。これが指定された質量電荷比における質量分析イメージング画像である（ステップＳ７）。この画像上では、各色で示される領域が占める面積（測定点又は画素の個数）は全てほぼ同じになり、特定の色の領域の面積が大きい又は小さいということはない。

図４は上述した質量分析イメージング画像表示処理手法を適用した信号強度値のヒストグラムの実例を示す図である。
１０個に分割された各区分に属する測定点数が同じになるように分割線の位置を決めることで、図４の上部にａ〜ｊの符号で示した１０個の区分が得られる。各区分の幅はそれぞれ異なることが分かる。この例は図３（ａ）に近いヒストグラム形状である。信号強度値３００〜４００付近で測定点数は最大であるので区分の幅は狭く、これよりも信号強度値が大きいほど測定点数は少なくなっていき、一つの区分の幅は広くなっている。

図５及び図６は、上述した質量分析イメージング画像表示処理手法と従来の質量分析イメージング画像表示処理方法とにより作成及び表示される質量分析イメージング画像の実例を示す図であり、図５はメディアンフィルタを用いたノイズ除去処理を行わない場合、図６はメディアンフィルタを用いたノイズ除去処理を行った場合である。図５、図６において（ａ）は上記実施例の表示処理手法による結果、（ｂ）は従来の表示処理手法による結果である。ここで、サンプルはマウス脳梗塞モデルの切片を用いており、ＡＴＰの測定結果を１２色で表示している。なお、メディアンフィルタは、よく知られているように、着目している或る画素を中心とした周囲の九個の画素の強度値を大きさ順に並べ替え、中央値を採用することでノイズを除去するフィルタである。したがって、本実施例の表示処理手法でメディアンフィルタを適用する場合には、メディアンフィルタを用いて各測定点における信号強度値を変換したあとに、上述したヒストグラムを作成し区分や各区分に対応する色を決定する。

図５及び図６において白矢印で示している箇所は虚血部であり、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、従来の表示処理手法では、この虚血部において信号強度の差異が十分に表現できていない。これに対し図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、上記実施例の表示処理手法によれば、虚血部の中でも信号強度値の相違する領域があることが明確に把握できる。なお、図５及び図６ではカラー画像をグレイスケールで示している図面の都合上、虚血部と虚血部以外との境界が不明確になっているが、実際のカラー画像ではこの境界は色の境界として明確に観察可能である。

以上のように、本発明に係る分析データ表示処理装置を用いた本実施例のイメージング質量分析装置では、測定対象領域内の各測定点の信号強度の値の分布に応じて色を割り当てる信号強度値範囲が適応的に変化するので、信号強度値軸上で測定点が密集する部分では信号強度の値の差異は小さくても異なる色が割り当てられることになる。したがって、そうした測定点を含む２次元的な分布の相違を質量分析イメージング画像上で認識することが容易になる。

図５（ａ）、図６（ａ）の右側に示されているように、表示部５の画面上には質量分析イメージング画像と併せてカラースケールも表示されるため、信号強度値の大小と色との対応関係は把握し易い。しかしながら、いずれの信号強度値範囲の測定点が多いのかを一目で把握することは難しい。そこで、図７に示すように、質量分析イメージング画像５１を表示する際に、同一画面５０上に、又はタブ切替えなどで簡単に切り替え可能な別の画面上に、信号強度範囲と色との関係を示すヒストグラム５２を併せて表示するようにしてもよい。これにより、分析者は信号強度値の分布を一目で把握することができ、質量分析イメージング画像５１上でどの色で示されている測定点が信号強度値軸上で最も密集しているのかも一目で把握できるようになる。

また、上述したように質量分析イメージング画像５１とともにヒストグラム５２を画面上に表示したとき、そのヒストグラム５２上でマウス等のポインティングデバイスを用いたグラフィカルな指示によって、設定されているカラー画像表示パラメータや自動的に決定された信号強度値の範囲などを分析者が手動で調整できると便利である。そこで、画像表示設定処理部２４は例えば操作部４による操作を受けて次のような処理を行うようにすることができる。

即ち、図７に示すように画面上に描出されたヒストグラム５２上で色が付された二つの領域（ただし図７では図面の都合上、グレイスケールの濃淡で示している）がポインティングデバイスでクリック操作されることで指定され、色の入れ替えが指示されると、画像表示設定処理部２４は指定された二つの領域に割り当てられている色を入れ替える。また、カラーパレットなど利用して別の色が指定されたとき、すでに割り当てられている色を変更するようにしてもよい。

また、ヒストグラム５２上で区分の境界である分割線がポインティングデバイスでクリック操作されることで指定され、削除の指示がなされると、画像表示設定処理部２４はヒストグラム５２上で指定された分割線を挟んだ二つの領域を一体化し、それらに同じ色を割り当てるように階調数を変更する。さらにまた、ヒストグラム５２上で分割線がクリック操作により指定され、左右方向にドラッグアンドドロップ操作がなされると、その操作に応じて分割線の位置つまりは信号強度値の範囲を変更するようにしてもよい。こうした操作により、分析者が質量分析イメージング画像やヒストグラムを目視で確認しながら、自動的に決定された信号強度値の範囲も変更することができる。

また上記説明では、測定対象領域内の全ての測定点の信号強度値をヒストグラムに反映させ、そのヒストグラム全体を複数の区分に分割していたが、そのヒストグラムの一部を除外して、色を割り当てる区分を決定するようにしてもよい。具体的には、例えばヒストグラムにおいて、信号強度値の下限又は上限の一方又は両方を設定し、その信号強度値の下限と上限とで決まる範囲内のみを、設定された階調数で分割することで区分を決定してもよい。これによって、例えば、何らかの要因によるノイズであると推測される信号強度値が極端に大きい測定点が少数存在している場合や、バックグラウンドノイズであると推測される信号強度値が小さい測定点が多数存在している場合に、そうした測定点を除外して、残りの有意であると推測される測定点についてのみ所定の複数の色を割り当てた質量分析イメージング画像を構成・表示することができる。

さて、図２、図３により説明したのは信号強度値適応型の表示方式が選択された場合の処理動作であるが、本実施例のイメージング質量分析装置では、ステップＳ２において他の表示形式を選択することもできる。
上記信号強度値適応型表示方式では、色の数や色の並びが設定されても、信号強度値の範囲が一義的に定まってはおらず、実測で得られた測定点毎の信号強度値に応じて色が割り当てられる信号強度値の範囲が変化する。これに対し、他の表示方式では、信号強度値と色の階調との関係を予め定めておき、それに基づいて各測定点に対応する画素の表示色を決めるようにする。

図８は信号強度値と階調との関係の幾つかの例を示す図である。横軸は、全ての測定点の中での最大の信号強度値を１としたときの相対的強度値、縦軸は階調である。使用する色の数が例えば１０である場合には、縦軸は１０等分されてその一つ一つに異なる色つまり階調が割り当てられる。図８中の線Ａ、Ｂ、Ｃはいずれも、相対的強度値と階調との関係が非線形である場合であり、一方、線Ｄは相対的強度値と階調との関係が線形である場合である。こうした相対的強度値と階調との関係を示す関数は例えば計算式やテーブル形式で強度値-階調対応情報記憶部２７に格納されており、信号強度値適応型表示方式以外の表示方式が選択されたときには、さらにどのような関数に従った色割り当てを行うのかを分析者は選択する。

図８中の線Ａは対数的な非線形関数である。この関数の使用が選択されて色割り当て部２４による色の割り当てが行われると、信号強度値が小さいときには一つの色が割り当てられる区分の幅が狭く、信号強度値が大きくなるほど一つの色が割り当れられる区分の幅が広くなる。一方、図８中の線Ｂは指数的な非線形関数である。この関数の使用が選択されて色割り当て部２４による色の割り当てが行われると、信号強度値が大きいときには一つの色が割り当てられる区分の幅が狭く、信号強度値が小さくなるほど一つの色が割り当れられる区分の幅が広くなる。さらに、図８中の線Ｃは３次関数的な非線形関数である。この関数の使用が選択されて色割り当て部２４による色の割り当てが行われると、信号強度値が小さいとき及び大きいときには一つの色が割り当れられる区分の幅は狭く、信号強度値が中間の或る範囲であるときには一つの色が割り当れられる区分の幅は広くなる。

したがって、全測定点の信号強度値の分布に応じて分析者が適宜の関係を指定することで、測定対象領域の中で分析者が着目している領域付近の目的成分の濃度分布を分かり易く示す質量分析イメージング画像を表示させるようにすることができる。

なお、上記信号強度値適応型表示方式以外の表示方式では、色を割り当てる区分の決定に信号強度値と測定点数の関係を示すヒストグラムは利用されないが、信号強度値の範囲と表示色との関係を分かり易く示すために同様のヒストグラムを作成し、これを質量分析イメージング画像とともに表示するようにしてもよい。また、この場合にも、上述したような様々なグラフィカルな操作によって、色自体やその順序、色の数など、さらには区分の幅の変更などを簡単に行えるようにしておくと便利である。

また、上記実施例は本発明をイメージング質量分析装置で得られたデータに基づく表示処理に適用した例であるが、本発明はイメージング質量分析装置だけでなく、試料上の測定対象領域内に設定された多数の測定点それぞれに対し何らかのスペクトル情報を取得する様々な分析装置で得られたデータに基づく表示処理に適用することができる。

例えば、ＦＴＩＲイメージング装置では、試料上の測定対象領域内の多数の測定点に対しフーリエ変換赤外分光光度測定を実施し、赤外吸収スペクトルをそれぞれ取得する。また、ラマン分光イメージング装置では、試料上の測定対象領域内の多数の測定点に対しラマン分光測定を実施し、ラマン散乱スペクトルをそれぞれ取得する。また、電子線マイクロアナライザや走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分析装置では、試料上の測定対象領域内の多数の測定点にそれぞれ励起線として電子線を照射し、それによって試料から放出される特性Ｘ線のエネルギーと強度との関係を示すスペクトルをそれぞれ取得する。走査型プローブ顕微鏡では、試料上の多数の測定点において、探針と試料との距離を変えながら探針に作用する力を測定し、探針と試料との間の距離と探針にかかる力との関係を示すスペクトル（フォースカーブ）のような試料表面からの高さと物性情報との関係を示すスペクトルを取得する。したがって、これら分析装置により得られたデータに基づいて、特定の分析パラメータにおける信号強度値の２次元分布画像を作成し表示する際に、本発明は有用である。

さらにまた、上記実施例や上述した各種の変形例はいずれも本発明の一例にすぎず、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。

１…イメージング質量分析部
２…データ処理部
２１…マススペクトルデータ収集部
２２…イメージング画像表示処理部
２３…データ読み出し部
２４…画像表示設定処理部
２５…色割り当て部
２６…カラー画像構成部
２７…強度値−階調対応情報記憶部
３…スペクトルデータ記憶部
４…操作部
５…表示部

Claims (5)

1. 試料上に設定された所定の測定対象領域内の複数の測定点に対しそれぞれ所定の分析を実行することで収集された、所定の分析パラメータと信号強度値又は該信号強度値から算出される計算値との関係を示すスペクトルデータが前記測定点の空間位置情報に関連付けられてなるデータに基づいて、前記測定対象領域に対応したカラー画像を作成して表示部の画面上に表示する分析データ表示処理装置において、
   a)前記分析パラメータの特定値における各測定点の信号強度値又は該信号強度値から算出される計算値を取得するデータ取得部と、
   b)前記データ取得部により取得されたデータに基づいて、信号強度値又は計算値の範囲毎にカラー表示に使用する色を決める際に、同一色に割り当てられる測定点の数が色毎に略同一になるように信号強度値又は計算値の範囲の分割を決定し、その分割された各信号強度値又は計算値の範囲毎に色を割り当てる適応的色割り当て部と、
   c)前記適応的割り当て部によって決められた信号強度値又は計算値の範囲と色との対応関係に基づいて、各測定点の信号強度値又は計算値から該測定点に対応する画素の表示色を決め、該２次元カラー画像を構成するカラー画像構成部と、
   を備えることを特徴とする分析データ表示処理装置。
2. 試料上に設定された所定の測定対象領域内の複数の測定点に対しそれぞれ所定の分析を実行することで収集された、所定の分析パラメータと信号強度値との関係を示すスペクトルデータが前記測定点の空間位置情報に関連付けられてなるデータに基づいて、前記測定対象領域に対応したカラー画像を作成して表示部の画面上に表示するためにコンピュータを動作させる分析データ表示処理プログラムであって、
   a)収集されたデータの中から、前記分析パラメータの特定値における各測定点の信号強度値又は該信号強度値から算出される計算値を抽出するデータ抽出機能部と、
   b)前記データ抽出機能部により抽出されたデータに基づいて、信号強度値又は計算値の範囲毎にカラー表示に使用する色を決める際に、同一色に割り当てられる測定点の数が色毎に略同一になるように信号強度値又は計算値の範囲の分割を決定し、その分割された各信号強度値又は計算値の範囲毎に色を割り当てる適応的割り当て機能部と、
   c)前記適応的割り当て機能部によって決められた信号強度値又は計算値の範囲と色との対応関係に基づいて、各測定点の信号強度値又は計算値から該測定点に対応する画素の表示色を決め、該２次元カラー画像を構成するカラー画像構成機能部と、
   してコンピュータを動作させることを特徴とする分析データ表示処理プログラム。
3. 試料上に設定された所定の測定対象領域内の複数の測定点に対しそれぞれ所定の分析を実行することで収集された、所定の分析パラメータと信号強度値又は該信号強度値から算出される計算値との関係を示すスペクトルデータが前記測定点の空間位置情報に関連付けられてなるデータに基づいて、前記測定対象領域に対応したカラー画像を作成して表示部の画面上に表示する分析データ表示処理装置において、
   a)前記分析パラメータの特定値における各測定点の信号強度値又は該信号強度値から算出される計算値を取得するデータ取得部と、
   b)信号強度値又は計算値の範囲毎にカラー表示に使用する色を決める際に、信号強度値又は計算値の変化とカラー表示の階調との関係が非線形である所定の関数に基づいて、同一色に割り当てられる信号強度値又は計算値の範囲の分割を決定し、その分割された各信号強度値又は計算値の範囲毎に色を割り当てる色割り当て部と、
   c)前記色割り当て部によって決められた信号強度値又は計算値の範囲と色との対応関係に基づいて、前記データ取得部により取得された各測定点の信号強度値又は計算値から該測定点に対応する画素の表示色を決め、該２次元カラー画像を構成するカラー画像構成部と、
   を備えることを特徴とする分析データ表示処理装置。
4. 試料上に設定された所定の測定対象領域内の複数の測定点に対しそれぞれ所定の分析を実行することで収集された、所定の分析パラメータと信号強度値との関係を示すスペクトルデータが前記測定点の空間位置情報に関連付けられてなるデータに基づいて、前記測定対象領域に対応したカラー画像を作成して表示部の画面上に表示するためにコンピュータを動作させる分析データ表示処理プログラムであって、
   a)収集されたデータの中から、前記分析パラメータの特定値における各測定点の信号強度値又は該信号強度値から算出される計算値を抽出するデータ抽出機能部と、
   b)信号強度値又は計算値の範囲毎にカラー表示に使用する色を決める際に、信号強度値又は計算値の変化とカラー表示の階調との関係が非線形である所定の関数に基づいて、同一色に割り当てられる信号強度値又は計算値の範囲の分割を決定し、その分割された各信号強度値又は計算値の範囲毎に色を割り当てる色割り当て機能部と、
   c)前記色割り当て機能部によって決められた信号強度値又は計算値の範囲と色との対応関係に基づいて、前記データ抽出機能部により抽出された各測定点の信号強度値又は計算値から該測定点に対応する画素の表示色を決め、該２次元カラー画像を構成するカラー画像構成機能部と、
   してコンピュータを動作させることを特徴とする分析データ表示処理プログラム。
5. 請求項１又は３に記載の分析データ表示処理装置であって、
   前記所定の分析は質量分析であり、前記カラー画像構成部は、特定の質量電荷比における信号強度値又は該信号強度値から算出される計算値の２次元分布画像である質量分析イメージング画像を構成することを特徴とする分析データ表示処理装置。