JP2018017743A - Data processing device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire an image that indicates an area in which a compound watched by an analyst most probably can exist.SOLUTION: When a target compound is designated from an input unit 3, a reference spectrum selection unit 222 reads mass spectrum data that corresponds to the target compound from a compound database 221. A statistical analysis processing unit 223 finds the correlation coefficient of signal strength for each of the mass spectrum data that corresponds to the target compound and the mass spectrum data obtained for each pixel by actual measurement that is stored in an MS imaging data storage unit 220. A correlation coefficient distribution image creation unit 224 converts the value of correlation coefficient per pixel into a color in accordance with a color scale and creates a two-dimensional distribution image and displays it on the screen of a display unit 4.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、試料や被検体に対し測定や観察を行うことで得られたデータを処理するデータ処理装置に関し、特に、同じ試料に対して異なる測定手法や観察手法で得られた複数の多次元(2次元、3次元など)分析データを処理することによって、該試料についての有意な情報を取得するのに好適なデータ処理装置に関する。   The present invention relates to a data processing apparatus that processes data obtained by measuring or observing a sample or a subject, and in particular, a plurality of multidimensional data obtained by different measurement techniques or observation techniques on the same sample. The present invention relates to a data processing apparatus suitable for obtaining significant information about the sample by processing analysis data (two-dimensional, three-dimensional, etc.).

試料や被検体に対して所定の測定や分析を行い、該試料について所定の物理量の2次元分布を示すデータを収集する様々な装置が知られている。
例えば非特許文献1等に記載のイメージング質量顕微鏡では、生体試料などの表面の形態を光学顕微鏡によって観察しながら、同じ試料表面における特定の質量電荷比を有するイオンの2次元的な強度分布を測定することが可能である。図5は、イメージング質量顕微鏡を用いて特定の質量電荷比における2次元的なイオン強度分布画像を取得する際の手順を説明する模式図である。
Various apparatuses are known that perform predetermined measurement or analysis on a sample or a subject and collect data indicating a two-dimensional distribution of a predetermined physical quantity for the sample.
For example, in the imaging mass microscope described in Non-Patent Document 1, etc., a two-dimensional intensity distribution of ions having a specific mass-to-charge ratio on the same sample surface is measured while observing the form of the surface of a biological sample or the like with an optical microscope. Is possible. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a procedure for acquiring a two-dimensional ion intensity distribution image at a specific mass-to-charge ratio using an imaging mass microscope.

イメージング質量顕微鏡では、試料100上の所定の2次元領域101内を細かく区切った各微小領域102においてそれぞれ、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とができる。そうして収集した、各微小領域102の2次元的な位置情報及び質量電荷比情報をパラメータとしたイオン強度を示す3次元データ(質量分析イメージングデータ)から任意の質量電荷比におけるイオン強度を抽出することで、その質量電荷比における2次元的なイオン強度分布を示すマッピング画像、つまりは質量分析イメージング画像を作成することができる。一般に、或る質量電荷比を有するイオンの強度分布は特定の物質の分布を示しているから、質量分析イメージング画像に基づいて例えば、特定の疾病に関連する物質(バイオマーカー)が生体組織内でどのように分布しているか、などといった有用な情報を得ることができる。   In the imaging mass microscope, mass spectrum data over a predetermined mass-to-charge ratio range can be acquired in each minute region 102 obtained by finely dividing the predetermined two-dimensional region 101 on the sample 100. The ion intensity at an arbitrary mass-to-charge ratio is extracted from the three-dimensional data (mass spectrometry imaging data) indicating the ion intensity using the two-dimensional position information and mass-to-charge ratio information of each micro area 102 as parameters. By doing so, a mapping image showing a two-dimensional ion intensity distribution in the mass-to-charge ratio, that is, a mass spectrometry imaging image can be created. In general, since the intensity distribution of ions having a certain mass-to-charge ratio indicates the distribution of a specific substance, for example, a substance (biomarker) related to a specific disease is detected in a living tissue based on a mass spectrometry imaging image. Useful information such as how it is distributed can be obtained.

ただし、イメージング質量顕微鏡において収集されるデータの量は膨大であるため、いずれの質量電荷比における質量分析イメージング画像が有意な情報であるのかを調べるにはたいへんな労力を要する。そこで、従来、主成分分析(PCA)やクラスター分析、独立成分分析といった多変量解析を利用して、特徴的な2次元分布を示す質量電荷比を抽出したり、或いは、類似した2次元分布を示す複数の質量電荷比を調べたりする、などの解析が行われている(特許文献1参照)。   However, since the amount of data collected in the imaging mass microscope is enormous, it takes a lot of labor to examine which mass-spectrometric imaging image is significant information at which mass-to-charge ratio. Therefore, conventionally, using multivariate analysis such as principal component analysis (PCA), cluster analysis, and independent component analysis, a mass-to-charge ratio indicating a characteristic two-dimensional distribution is extracted, or a similar two-dimensional distribution is obtained. Analysis such as examining a plurality of mass-to-charge ratios shown (see Patent Document 1).

多変量解析を用いたこうした解析手法は、イメージング質量顕微鏡のみならず、他の分析装置で得られたデータの解析にも広く利用されている。例えば非特許文献2、3には、顕微赤外イメージング法や顕微レーザーラマン分光イメージング法において得られた画像データに対して主成分分析を実施し、試料に含まれる物質を特定することが開示されている。   Such an analysis method using multivariate analysis is widely used not only for imaging mass microscopes but also for analysis of data obtained by other analyzers. For example, Non-Patent Documents 2 and 3 disclose that a principal component analysis is performed on image data obtained by a microinfrared imaging method or a microscopic laser Raman spectroscopic imaging method, and a substance contained in a sample is specified. ing.

しかしながら、上述したように多変量解析を用いたとしても、必ずしも分析者にとって有用な情報が得られるとは限らない。その理由の一つは、例えばイメージング質量顕微鏡で得られる質量分析イメージングデータ(多数のマススペクトルデータ)に対して多変量解析を実施することによって特異的な2次元分布を示す質量電荷比が見いだされたり、或いは、2次元分布が類似した質量電荷比が複数抽出されたりしたとしても、その2次元分布に対応する物質が必ずしも分析者が意図している特異的な物質であるとは限らないからである。また、上述した従来の解析手法では、光学顕微画像はあくまでも分析者がイメージング質量分析を実施したい試料上の領域を設定するための参照情報にすぎない。そのため、例えば光学顕微画像上で分析者が着目する形状や色を示す部位があったとしても、それに類似した2次元分布を示す質量電荷比を知るには分析者がいちいち表示上で画像を比較する作業を行わなければならず、作業が非常に面倒であった。   However, even if multivariate analysis is used as described above, useful information for the analyst is not always obtained. One of the reasons is that, for example, mass-to-charge ratios showing a specific two-dimensional distribution are found by performing multivariate analysis on mass spectrometry imaging data (multiple mass spectrum data) obtained with an imaging mass microscope. Even if a plurality of mass-to-charge ratios with similar two-dimensional distributions are extracted, the substance corresponding to the two-dimensional distribution is not necessarily a specific substance intended by the analyst. It is. Further, in the above-described conventional analysis method, the optical microscopic image is merely reference information for setting an area on the sample on which the analyst wants to perform imaging mass spectrometry. Therefore, for example, even if there is a part showing the shape or color that the analyst focuses on on the optical microscopic image, the analyst must compare the images on the display one by one in order to know the mass-to-charge ratio showing a similar two-dimensional distribution. The work to do was necessary, and the work was very troublesome.

特開2010−261882号公報JP 2010-261882 A 特開2009−25275号公報JP 2009-25275 A 特開2014−215043号公報JP 2014-215043 A

小河潔、「イメージング質量顕微鏡の開発」、株式会社島津製作所、[online]、[平成27年5月15日検索]、インターネット<URL :http://www.jst.go.jp/pdf/pc201305_shimadzu.pdf>Kiyoshi Ogawa, “Development of Imaging Mass Microscope”, Shimadzu Corporation [online], [Search May 15, 2015], Internet <URL: http://www.jst.go.jp/pdf/pc201305_shimadzu .pdf> 藤巻康人、ほか1名、「顕微赤外イメージング法における多変量解析手法の向上」、東京都産業技術研究センター研究報告、第4号、2009年、[online]、[平成27年5月15日検索]、インターネット<URL :http://www.iri-tokyo.jp/joho/kohoshi/houkoku/h21/documents/n0915.pdf>Yasuhito Fujimaki and one other, "Improvement of multivariate analysis methods in microinfrared imaging", Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Center Research Report, No. 4, 2009, [online], [May 15, 2015 Day search], Internet <URL: http: //www.iri-tokyo.jp/joho/kohoshi/houkoku/h21/documents/n0915.pdf> 「顕微レーザーラマンを用いた主成分分析によるケミカルイメージング」、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社、[online]、[平成27年5月15日検索]、インターネット<URL :http://www.thermosci.jp/ft-ir-raman/docs/M05005.pdf>“Chemical imaging by principal component analysis using microscopic laser Raman”, Thermo Fisher Scientific Co., Ltd., [online], [Search May 15, 2015], Internet <URL: http: //www.thermosci. jp / ft-ir-raman / docs / M05005.pdf>

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その主な目的は、異なる種類の測定や観察などによって得られた複数のデータを比較したり関連付けたりする解析処理を行うことで、従来の解析手法では得られない有用な情報を取得することができるデータ処理装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main purpose is to perform an analysis process for comparing and associating a plurality of data obtained by different types of measurements and observations. Another object of the present invention is to provide a data processing apparatus that can acquire useful information that cannot be obtained by a conventional analysis method.

上記課題を解決するために成された本発明は、試料上の2次元領域内の複数の微小領域毎に得られた試料スペクトルデータと、基準となる基準スペクトルデータとを処理し、前記試料に関する情報を求めるデータ処理装置であって、
a)前記微小領域毎に、その微小領域に対応する試料スペクトルデータと前記基準スペクトルデータとに対する統計的解析処理を行ってスペクトルの類似性又は相違性を示す指標値を算出する統計的解析処理部と、
b)前記統計的解析処理部により微小領域毎に得られた指標値に基づいて、試料上の前記2次元領域に対応する指標値の2次元分布を示す画像を作成する画像作成部と、
を備えることを特徴としている。
The present invention, which has been made to solve the above problems, relates to the sample by processing sample spectral data obtained for each of a plurality of minute regions in a two-dimensional region on the sample and reference spectral data serving as a reference. A data processing device for seeking information,
a) Statistical analysis processing unit that calculates, for each micro region, an index value indicating the similarity or difference of the spectrum by performing a statistical analysis process on the sample spectral data corresponding to the micro region and the reference spectral data When,
b) an image creating unit that creates an image showing a two-dimensional distribution of index values corresponding to the two-dimensional region on the sample based on the index value obtained for each micro region by the statistical analysis processing unit;
It is characterized by having.

ここでスペクトルとは例えば、質量分析装置で得られる質量電荷比を一方の軸とするマススペクトル、電磁波の放出強度の測定や吸収測定によって得られる波長若しくは波数又はエネルギを一方の軸とするスペクトル、などが代表的なものである。スペクトルとしてnが2以上のMSn測定によって得られたマススペクトルを用いることで、夾雑物の影響を避け、特定の化合物に由来する断片等のMSnスペクトルに基づく処理結果を得ることができる。 Here, the spectrum is, for example, a mass spectrum having a mass-to-charge ratio obtained by a mass spectrometer as one axis, a spectrum having one axis as a wavelength or wave number or energy obtained by measurement of emission intensity or absorption measurement of electromagnetic waves, Etc. are typical ones. By using a mass spectrum obtained by MS n measurement where n is 2 or more as a spectrum, it is possible to avoid the influence of impurities and obtain a processing result based on the MS n spectrum of a fragment or the like derived from a specific compound.

また、スペクトルはそうした測定によって直接取得されるものに限らない。例えば、本出願人が出願しているPCT/JP2014/082384号(国際公開第2016/092608号)の明細書に記載されているように、質量分析イメージングデータに対し主成分分析などの多変量解析を実行すると各主成分における因子負荷量を求めることができるが、因子負荷量は質量電荷比毎に求まるから、質量電荷比と因子負荷量との関係を示すマススペクトル様の因子負荷量スペクトルを作成することができる。そこで、基準スペクトルデータとしてこの因子負荷量スペクトルを用い、試料スペクトルデータとして測定によって得られたマススペクトルを用いてもよい。   Also, the spectrum is not limited to that obtained directly by such measurement. For example, as described in the specification of PCT / JP2014 / 082384 (International Publication No. 2016/092608) filed by the present applicant, multivariate analysis such as principal component analysis is performed on mass spectrometry imaging data. The factor loading for each principal component can be obtained by executing, but since the factor loading is obtained for each mass to charge ratio, a mass spectrum-like factor loading spectrum indicating the relationship between the mass to charge ratio and the factor loading is obtained. Can be created. Therefore, this factor loading spectrum may be used as the reference spectrum data, and a mass spectrum obtained by measurement may be used as the sample spectrum data.

本発明に係るデータ処理装置をイメージング質量顕微鏡に適用し、基準スペクトルデータとして既知の物質に対応するマススペクトルを用いた場合には、画像作成部により、その既知の物質が存在している可能性の高い領域を示す画像を作成することができる。また、本発明に係るデータ処理装置をイメージング質量顕微鏡に適用し、質量分析イメージングデータに対して主成分分析を行うことで得られた適宜の主成分における因子負荷量スペクトルを基準スペクトルデータとした場合には、画像作成部により、測定対象とされた試料上の2次元領域の全体的なマススペクトルを特徴付ける物質と画素毎に存在する物質との化学構造の類似性の程度の分布を示す画像を作成することができる。   When the data processing apparatus according to the present invention is applied to an imaging mass microscope and a mass spectrum corresponding to a known substance is used as reference spectrum data, the image creating unit may cause the known substance to exist. An image showing a high area can be created. In addition, when the data processing apparatus according to the present invention is applied to an imaging mass microscope and a factor loading spectrum in an appropriate principal component obtained by performing principal component analysis on mass spectrometry imaging data is used as reference spectral data Includes an image showing the distribution of the degree of similarity of the chemical structure between the substance characterizing the overall mass spectrum of the two-dimensional region on the sample to be measured and the substance existing for each pixel. Can be created.

本発明に係るデータ処理装置によれば、試料に含まれる物質を特定したり、物質の2次元分布を把握したり、さらには特定した物質を定量したりするうえでの、試料に関する有用な情報を収集することができる。それにより、分析者が着目している2次元分布を示す物質を容易に且つ正確に同定することができるようになる。   According to the data processing device of the present invention, useful information about a sample for specifying a substance contained in the sample, grasping a two-dimensional distribution of the substance, and further quantifying the specified substance. Can be collected. This makes it possible to easily and accurately identify a substance exhibiting a two-dimensional distribution focused on by the analyst.

本発明に関連したデータ処理装置を用いたイメージング質量顕微鏡システムの第1参考例の概略構成図。The schematic block diagram of the 1st reference example of the imaging mass microscope system using the data processing apparatus relevant to this invention. 第1参考例のイメージング質量顕微鏡システムにおけるデータ処理対象の画像の一例を示す図。The figure which shows an example of the image of the data processing object in the imaging mass microscope system of the 1st reference example. 第1参考例のイメージング質量顕微鏡システムにおけるデータ処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the data processing in the imaging mass microscope system of a 1st reference example. 図3に示したデータ処理を説明するための模式図。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the data processing shown in FIG. 3. イメージング質量顕微鏡を用いて特定の質量電荷比における2次元的なイオン強度分布画像を取得する際の手順を説明する模式図。The schematic diagram explaining the procedure at the time of acquiring the two-dimensional ion intensity distribution image in specific mass to charge ratio using an imaging mass microscope. 本発明に係るデータ処理装置を用いたイメージング質量顕微鏡システムの一実施例の概略構成図。The schematic block diagram of one Example of the imaging mass microscope system using the data processor which concerns on this invention. 本実施例のイメージング質量顕微鏡システムにおけるデータ処理を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the data processing in the imaging mass microscope system of a present Example. 本発明に関連したデータ処理装置を用いたイメージング質量顕微鏡システムの第3参考例の概略構成図。The schematic block diagram of the 3rd reference example of the imaging mass microscope system using the data processing apparatus relevant to this invention. 第3参考例のイメージング質量顕微鏡システムにおけるデータ処理を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the data processing in the imaging mass microscope system of the 3rd reference example. 本発明に関連したデータ処理装置を用いたイメージング質量顕微鏡システムの第4参考例の概略構成図。The schematic block diagram of the 4th reference example of the imaging mass microscope system using the data processing apparatus relevant to this invention. 第4参考例のイメージング質量顕微鏡システムにおけるデータ処理を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the data processing in the imaging mass microscope system of the 4th reference example. 生体から取り出した組織切片をHE染色して撮影した光学顕微画像の一例を示す図。The figure which shows an example of the optical microscopic image image | photographed by HE dye | staining the tissue section taken out from the biological body. 図12に示した画像を関心領域の色と非関心領域の色とに基づいてモノクロ画像に変換した画像。The image which converted the image shown in FIG. 12 into the monochrome image based on the color of a region of interest, and the color of a non-region of interest. 元の光学顕微画像(a)、該画像に対し主成分分析を実施して取得した主成分毎のスコア値の分布画像(c)〜(e)、及び、それら分布画像から求めた疑似カラー合成画像(b)。Original optical microscope image (a), distribution images (c) to (e) of score values for each principal component obtained by performing principal component analysis on the image, and pseudo color composition obtained from these distribution images Image (b). 元の光学顕微画像(a)、該画像に対し主成分分析を実施して取得した主成分毎のスコア値の分布画像(c)〜(e)、及び、それら分布画像から求めた疑似カラー合成画像(b)。Original optical microscope image (a), distribution images (c) to (e) of score values for each principal component obtained by performing principal component analysis on the image, and pseudo color composition obtained from these distribution images Image (b).

本発明に係るデータ処理装置の実施例を説明する前に、本発明には包含されないものの本発明に関連するデータ処理装置の参考例について、添付図面を参照して説明する。
[第1参考例]
図1は本発明に関連するデータ処理装置を含むイメージング質量顕微鏡システムの第1参考例の概略構成図である。
このシステムは、イメージング質量顕微鏡本体1及びデータ処理部2を含む。
Before describing an embodiment of a data processing apparatus according to the present invention, a reference example of a data processing apparatus that is not included in the present invention but is related to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[First Reference Example]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first reference example of an imaging mass microscope system including a data processing apparatus related to the present invention.
This system includes an imaging mass microscope main body 1 and a data processing unit 2.

イメージング質量顕微鏡本体1は、試料上の2次元領域についての光学的な顕微観察画像を取得する光学顕微観察部11と、同じ試料上の所定の2次元領域を細かく区分した微小領域毎にそれぞれ所定の質量電荷比範囲に亘る質量分析を実施し、それぞれマススペクトルデータを収集するイメージング質量分析部12と、を含む。   The imaging mass microscope main body 1 has an optical microscopic observation unit 11 that acquires an optical microscopic observation image of a two-dimensional region on the sample, and a predetermined microscopic region obtained by finely dividing a predetermined two-dimensional region on the same sample. And an imaging mass analyzer 12 that performs mass analysis over a mass-to-charge ratio range and collects mass spectrum data.

データ処理部2は、光学顕微画像データを格納する光学顕微画像データ記憶領域211、及び質量分析イメージングデータを格納するMSイメージングデータ記憶領域212を有するデータ格納部21と、光学顕微画像特徴抽出部22と、画像位置合わせ処理部23と、解像度調整部24と、統計的解析処理部25と、解析結果表示処理部26と、を機能ブロックとして備える。また、データ処理部2には、ユーザーがデータ処理のための各種パラメータを入力したり指示をしたりするための入力部3と、取得された各種画像や解析結果を表示するための表示部4とが接続されている。
なお、データ処理部2は、パーソナルコンピュータをハードウエア資源とし、そのパーソナルコンピュータに予めインストールされた専用の処理ソフトウエアを該コンピュータで実行することにより各部の機能が実現されるものとすることができる。
The data processing unit 2 includes an optical microscopic image data storage area 211 for storing optical microscopic image data, a data storage unit 21 having an MS imaging data storage area 212 for storing mass spectrometry imaging data, and an optical microscopic image feature extraction unit 22. And an image alignment processing unit 23, a resolution adjustment unit 24, a statistical analysis processing unit 25, and an analysis result display processing unit 26 as functional blocks. The data processing unit 2 includes an input unit 3 for a user to input various parameters for data processing and give instructions, and a display unit 4 for displaying various acquired images and analysis results. And are connected.
The data processing unit 2 can be realized by using a personal computer as hardware resources and executing the dedicated processing software installed in the personal computer in advance by the computer. .

イメージング質量顕微鏡本体1には、例えば生体から切り出された生体組織切片などの試料がセットされる。光学顕微鏡や撮像部を含む光学顕微観察部11ではその試料表面の光学顕微画像が撮影され、それによって得られた画像データがデータ処理部2に送られて、データ格納部21の光学顕微画像データ記憶領域211に保存される。一方、図示しないが、イメージング質量分析部12は、レーザ脱離イオン化法によるイオン源、飛行時間型質量分析計などを含み、すでに説明した図5に示したように、試料100上の所定の2次元領域101を細かく区切った微小領域(これが一つの画素となる)102毎にレーザ光を照射して該微小領域102に存在する成分をイオン化し、生成されたイオンを質量電荷比毎に分離して検出することによりマススペクトルデータを取得する。そして得られた多数の微小領域102におけるマススペクトルデータがデータ処理部2に送られ、データ格納部21のMSイメージングデータ記憶領域212に保存される。
なお、イメージング質量分析部12では必要に応じてnが2以上であるMSn測定が微小領域102毎に実施され、MSnスペクトルデータが収集される。したがって、MSイメージングデータ記憶領域212に保存されるマススペクトルデータはMSnスペクトルデータである場合もある。
For example, a sample such as a biological tissue slice cut out from a living body is set in the imaging mass microscope main body 1. An optical microscope observation unit 11 including an optical microscope and an imaging unit takes an optical microscope image of the sample surface, and the image data obtained thereby is sent to the data processing unit 2, and the optical microscope image data in the data storage unit 21. It is stored in the storage area 211. On the other hand, although not shown, the imaging mass spectrometer 12 includes an ion source based on laser desorption ionization, a time-of-flight mass spectrometer, and the like. As shown in FIG. A laser beam is irradiated to each minute region (this is one pixel) 102 obtained by finely dividing the dimensional region 101 to ionize components existing in the minute region 102, and the generated ions are separated for each mass-to-charge ratio. Mass spectrum data is acquired. The obtained mass spectrum data in a large number of micro regions 102 is sent to the data processing unit 2 and stored in the MS imaging data storage region 212 of the data storage unit 21.
Note that the imaging mass spectrometer 12 performs MS n measurement where n is 2 or more as necessary, and collects MS n spectrum data. Therefore, the mass spectrum data stored in the MS imaging data storage area 212 may be MS n spectrum data.

図2(a)は生体試料の光学顕微画像の一例、図2(b)は同じ生体試料についてイメージング質量分析を実行して得られるトータルイオン電流信号(TIC)による質量分析イメージング画像の一例である。この生体試料は脳梗塞モデルマウスの脳組織切片である。データ格納部21にこうした画像を構成するデータが格納されている状態で実施されるデータ処理部2による特徴的な処理動作を、図3及び図4を参照しつつ説明する。図3は本参考例のシステムにおけるデータ処理の流れを示すフローチャート、図4はそのデータ処理を説明するための模式図である。   2A is an example of an optical microscopic image of a biological sample, and FIG. 2B is an example of a mass spectrometry imaging image based on a total ion current signal (TIC) obtained by executing imaging mass analysis on the same biological sample. . This biological sample is a brain tissue section of a cerebral infarction model mouse. A characteristic processing operation performed by the data processing unit 2 performed in a state where such data constituting the image is stored in the data storage unit 21 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a flowchart showing the flow of data processing in the system of this reference example, and FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the data processing.

まず分析者が入力部3において所定の操作を行うと、光学顕微画像特徴抽出部22は指定された光学顕微画像に対応するデータを光学顕微画像データ記憶領域211から読み出し、光学顕微画像を再現して表示部4の画面上に表示する。分析者は表示された光学顕微画像を見て着目する領域や部位を定め、その着目する領域や部位を特徴付けるRGBカラーの原色(つまりはR、G又はBのいずれか)やそれ以外の特定の色を決定し入力部3から指示する(ステップS1)。図2(a)に示した例の場合、脳梗塞のために血流が止まっている部位(図2(a)では右側の白色に見える部分)や、逆に血流が未だ確保されている部位(図2(a)では左側の部分。この部分はカラー画像では赤色で示される。)が着目する部位である。   First, when an analyst performs a predetermined operation on the input unit 3, the optical microscopic image feature extraction unit 22 reads data corresponding to the designated optical microscopic image from the optical microscopic image data storage area 211, and reproduces the optical microscopic image. Are displayed on the screen of the display unit 4. The analyst determines the region or part of interest by looking at the displayed optical microscopic image, and the RGB color primary color (that is, any of R, G, or B) that characterizes the region or part of interest or other specific A color is determined and instructed from the input unit 3 (step S1). In the case of the example shown in FIG. 2A, the region where blood flow has stopped due to cerebral infarction (the portion that looks white on the right side in FIG. 2A), or conversely, blood flow is still secured. The part (the left part in FIG. 2A. This part is shown in red in the color image) is the part of interest.

次に光学顕微画像特徴抽出部22は、光学顕微画像に対し適宜の光学フィルタ処理を行うことで、着目する領域に特徴的である原色における輝度値の分布データを算出する(ステップS2)。例えば上述したように血流が未だ確保されている部位が着目する領域である場合には、赤色の部分のみを抽出する光学フィルタ処理を行い、各画素における赤の輝度値データを求める。このデータは、図4に示すように、着目部位に対応する特定の色の分布画像(以下「特定色輝度値分布画像」という)を作成可能なデータである。   Next, the optical microscopic image feature extraction unit 22 performs appropriate optical filter processing on the optical microscopic image, thereby calculating distribution data of luminance values in primary colors that are characteristic of the region of interest (step S2). For example, as described above, when a region where blood flow is still ensured is a region of interest, optical filter processing for extracting only the red portion is performed to obtain red luminance value data for each pixel. As shown in FIG. 4, this data is data capable of creating a specific color distribution image (hereinafter referred to as “specific color luminance value distribution image”) corresponding to the region of interest.

ここで、ステップS1、S2の処理の別の実例を挙げる。図12は、生体から取り出した組織切片をヘマトキリシン・エオジン(HE)染色したうえで撮影した光学顕微画像である。この画像において分析者が、図中に(1)で示した部位を関心領域、(2)で示した領域を非関心領域として指示したものとする(図12では分かりにくいが、関心領域と非関心領域とは組織の色に差異がある)。光学顕微画像特徴抽出部22は、関心領域の色と非関心領域の色とに基づき、関心領域に近い色ほど白く、非関心領域に近い色ほど黒くなるようにモノクロ画像に変換する。それによって得られたのが図13に示す画像である。この画像では関心領域が明確に示されており、これを特定色輝度値分布画像として用いることができる。   Here, another example of the processing of steps S1 and S2 will be given. FIG. 12 is an optical microscopic image taken after staining a tissue section taken from a living body with hematoxylin / eosin (HE). In this image, it is assumed that the analyst indicates the region indicated by (1) in the figure as the region of interest and the region indicated by (2) as the non-interest region (it is difficult to understand in FIG. The color of the tissue is different from the region of interest). Based on the color of the region of interest and the color of the non-interest region, the optical microscopic image feature extraction unit 22 converts the color into a monochrome image so that the color closer to the region of interest is white and the color closer to the non-region of interest is black. The image shown in FIG. 13 was obtained as a result. In this image, the region of interest is clearly shown, and this can be used as the specific color luminance value distribution image.

また、着目する領域や部位に特徴的である色が不明である場合や光学顕微画像上で視覚的に色の相違が分かりにくいような場合には、主成分分析等の多変量解析を利用して、着目する領域や部位に特徴的である色を求めたり色の相違が明確なるように画像を変換したりしてもよい。
図14、図15はそうした処理の一例を示す例で、図14は図12に示したHE染色による光学顕微画像を処理した例、図15は図2に示した脳梗塞モデルマウスの脳組織切片の光学顕微画像を処理した例である。図14、図15において(a)は元の画像であり、この画像を構成する各画素のデータに対し主成分分析を実行し、第1乃至第3主成分(PC1〜PC3)におけるスコア値の分布を示したのが(c)〜(e)である。このPC1〜PC3におけるスコア値の分布画像にそれぞれR、G及びBのカラーを割り当て合成した結果が(b)である。元の画像では色が似通っている部位がこの疑似カラー合成画像では明瞭に異なる色で示されていることが分かる。光学顕微画像特徴抽出部22がこうした疑似カラー画像を作成しそれを表示部4に表示することによって、分析者は着目する領域や部位を容易に探し出すことができるようになる。
In addition, when the color that is characteristic of the region or region of interest is unknown or when it is difficult to visually identify the color difference on the optical microscopic image, multivariate analysis such as principal component analysis is used. Thus, a color that is characteristic of the region or region of interest may be obtained, or the image may be converted so that the color difference is clear.
FIGS. 14 and 15 show examples of such processing, FIG. 14 shows an example of processing an optical microscopic image by HE staining shown in FIG. 12, and FIG. 15 shows a brain tissue section of the cerebral infarction model mouse shown in FIG. This is an example of processing an optical microscopic image. 14 and 15, (a) is an original image. A principal component analysis is performed on the data of each pixel constituting this image, and score values of the first to third principal components (PC1 to PC3) are calculated. Distributions are shown in (c) to (e). The result of assigning R, G, and B colors to the distribution images of score values in PC1 to PC3 and combining them is (b). It can be seen that the parts that are similar in color in the original image are clearly shown in different colors in the pseudo color composite image. The optical microscopic image feature extraction unit 22 creates such a pseudo color image and displays it on the display unit 4 so that the analyst can easily find a region or part of interest.

続いて画像位置合わせ処理部23は、光学顕微画像上と質量分析イメージング画像上とにおける同じ対象物の像の大きさ、向き、歪みなどを修正する位置合わせ処理を行う(ステップS3)。具体的には、例えば指定された光学顕微画像を基準とし、質量分析イメージング画像について拡大・縮小、回転、さらには、所定のアルゴリズムに従った変形を行うことで両画像における試料上での位置関係をおおむね一致させる。この際に用いる質量分析イメージング画像としては図2(b)に示したようなTICによる質量分析イメージング画像を用いることが好ましいが、適宜の質量電荷比における質量分析イメージング画像でもよい。また、光学顕微画像を基準とするのではなく質量分析イメージング画像のほうを基準としてもよいが、その場合には、光学顕微画像を用いて位置合わせのための調整量を算出し、その調整量に従って特定色輝度値分布画像について拡大・縮小、回転、変形を行えばよい。なお、このような画像位置合わせ処理を実行するために、例えば特許文献1に記載の手法を利用することができる。   Subsequently, the image alignment processing unit 23 performs alignment processing for correcting the image size, orientation, distortion, and the like of the same object on the optical microscopic image and the mass spectrometry imaging image (step S3). Specifically, for example, by using a specified optical microscope image as a reference, the mass spectrometry imaging image is enlarged / reduced, rotated, and further deformed according to a predetermined algorithm so that the positional relationship on the sample in both images Generally match. As the mass spectrometry imaging image used at this time, it is preferable to use a mass spectrometry imaging image by TIC as shown in FIG. 2B, but a mass spectrometry imaging image at an appropriate mass-to-charge ratio may be used. In addition, instead of using an optical microscopic image as a reference, a mass spectrometry imaging image may be used as a reference. In this case, an adjustment amount for alignment is calculated using the optical microscopic image, and the adjustment amount is calculated. Accordingly, the specific color luminance value distribution image may be enlarged / reduced, rotated, or deformed. In order to execute such image alignment processing, for example, a technique described in Patent Document 1 can be used.

また、光学顕微画像の解像度(位置分解能)は通常、撮像用カメラの解像度で決まるのに対し、質量分析イメージング画像の解像度はイオン化のために試料に照射されるレーザ光のスポット径によって決まる。そのため、質量分析イメージング画像の解像度は光学顕微画像の解像度に比べて低いことが多い。後述の演算処理を行うには両画像の位置分解能が揃っていることが好ましいから、解像度調整部24は両画像の解像度を揃える解像度調整処理を実施する(ステップS4)。   Further, the resolution (positional resolution) of the optical microscopic image is usually determined by the resolution of the imaging camera, whereas the resolution of the mass spectrometry imaging image is determined by the spot diameter of the laser light irradiated on the sample for ionization. Therefore, the resolution of mass spectrometry imaging images is often lower than the resolution of optical microscopic images. Since it is preferable that the positional resolutions of both images are aligned in order to perform the arithmetic processing described later, the resolution adjusting unit 24 performs a resolution adjusting process for aligning the resolutions of both images (step S4).

解像度を揃える簡単な方法は、解像度が高いほうの画像の解像度を落として低解像である画像に合わせる方法である。こうした方法としては例えばビニング処理が有用である。また、解像度が低いほうの画像の解像度を上げることで高解像である画像に合わせるようにしてもよい。そのためには、低解像の画像に対しアップサンプリング処理を行って画素数をみかけ上合わせたあとに、或る画素に隣接する又は近接する複数の画素値を利用した補間処理によって、アップサンプリングによって新たに挿入された画素の画素値を算出して埋めればよい。こうした補間処理による解像度調整処理としては例えば特許文献2、3に記載の手法を利用することができる。   A simple method for aligning the resolution is to reduce the resolution of the image with the higher resolution to match the image with a low resolution. For example, a binning process is useful as such a method. In addition, the resolution of the lower resolution image may be increased to match the high resolution image. For this purpose, upsampling processing is performed on a low-resolution image and the number of pixels is apparently added, and then interpolation processing using a plurality of pixel values adjacent to or close to a certain pixel is performed by upsampling. What is necessary is just to calculate and fill the pixel value of the newly inserted pixel. For example, the techniques described in Patent Literatures 2 and 3 can be used as the resolution adjustment processing by such interpolation processing.

上述した画像位置合わせ処理及び解像度調整処理によって、光学顕微画像から求めた特定色輝度値分布画像と質量分析イメージング画像との間で、2次元的に同じ位置にある画素同士を対応付けることができるようになる。そこで統計的解析処理部25は、特定色輝度値分布画像と類似した2次元分布を示す質量電荷比を探索するために、画像位置合わせ処理及び解像度調整処理が施された特定色輝度値分布画像を構成する輝度値データと質量分析イメージングデータとに適宜の統計的解析手法を適用する(ステップS5)。ここで利用できる最も単純な統計的解析手法は相関係数を利用した相関分析法である。   By the above-described image alignment processing and resolution adjustment processing, it is possible to associate pixels at the same two-dimensional position between the specific color luminance value distribution image obtained from the optical microscopic image and the mass spectrometry imaging image. become. Therefore, the statistical analysis processing unit 25 searches for the mass-to-charge ratio showing a two-dimensional distribution similar to the specific color luminance value distribution image, and the specific color luminance value distribution image subjected to the image alignment process and the resolution adjustment process. An appropriate statistical analysis method is applied to the luminance value data and the mass spectrometry imaging data that constitute (Step S5). The simplest statistical analysis method available here is a correlation analysis method using a correlation coefficient.

即ち、或る一つの質量電荷比の質量分析イメージング画像におけるイオン強度分布は、総画素数を次元とする多次元空間における1本のベクトルmで表すことができる。また、特定色輝度値分布画像における輝度値の分布も同様に、総画素数を次元とする多次元空間における1本のベクトルrで表すことができる。したがって、多次元空間におけるそれら2本のベクトルm、rに基づいて画像同士の相関係数を計算することができる。図4に示すように、質量電荷比が相違する質量分析イメージング画像毎にそれぞれ相関係数を計算する。相関係数が正値で1に近いほど、その質量電荷比におけるイオン強度分布は輝度値の分布に近いことを意味し、相関係数が負値で−1に近いほど、その質量電荷比におけるイオン強度分布は輝度値分布を反転したものに近いことを意味する。   That is, the ion intensity distribution in a mass spectrometry imaging image having a certain mass-to-charge ratio can be represented by one vector m in a multidimensional space with the total number of pixels as a dimension. Similarly, the luminance value distribution in the specific color luminance value distribution image can be represented by a single vector r in a multidimensional space having the total number of pixels as a dimension. Therefore, the correlation coefficient between images can be calculated based on these two vectors m and r in the multidimensional space. As shown in FIG. 4, a correlation coefficient is calculated for each mass spectrometry imaging image having a different mass-to-charge ratio. The closer the positive correlation coefficient is to 1, the closer the ionic strength distribution at that mass-to-charge ratio is to the luminance value distribution; the closer the negative correlation coefficient is to -1, the closer to -1 The ion intensity distribution means that the luminance value distribution is close to the inverted one.

統計的解析処理部25は、上述のように質量電荷比毎に算出された相関係数を予め決められた閾値と比較し、輝度値の分布に近いイオン強度分布を示す質量電荷比を抽出する(ステップS6)。解析結果表示処理部26は、ステップS6で抽出された1又は複数の質量電荷比を解析結果として表示部4の画面上に表示する(ステップS7)。また、抽出された質量電荷比における質量分析イメージング画像を作成し、その画像を表示部4の画面上に表示してもよい。   The statistical analysis processing unit 25 compares the correlation coefficient calculated for each mass-to-charge ratio as described above with a predetermined threshold, and extracts a mass-to-charge ratio indicating an ion intensity distribution close to the luminance value distribution. (Step S6). The analysis result display processing unit 26 displays one or more mass-to-charge ratios extracted in step S6 on the screen of the display unit 4 as an analysis result (step S7). Alternatively, a mass spectrometry imaging image at the extracted mass-to-charge ratio may be created and displayed on the screen of the display unit 4.

このようにしてこの第1参考例のイメージング質量顕微鏡システムでは、光学顕微画像において分析者が着目する部位や領域の形状に類似したイオン強度分布を示す質量電荷比を抽出し、その質量電荷比や該質量電荷比における質量分析イメージング画像を分析者に提示することができる。また、その質量電荷比に対応する化合物を例えばデータベース検索などにより特定し、その化合物名称などを表示するようにしてもよい。
なお、これとは逆に、光学顕微画像において分析者が着目する部位の形状に類似しない質量電荷比を抽出し、該質量電荷比に対応する化合物を特定して表示することもできる。
In this way, in the imaging mass microscope system of the first reference example, a mass-to-charge ratio showing an ion intensity distribution similar to the shape of the region or region of interest of the analyst is extracted from the optical microscopic image, Mass spectrometry imaging images at the mass to charge ratio can be presented to the analyst. In addition, a compound corresponding to the mass-to-charge ratio may be specified by searching a database, for example, and the compound name may be displayed.
On the other hand, it is also possible to extract a mass-to-charge ratio that is not similar to the shape of the site of interest of the analyst in the optical microscopic image, and specify and display a compound corresponding to the mass-to-charge ratio.

また上記説明では、ステップS5における統計的解析手法として単純な相関係数を利用した手法を用いたが、例えば部分最小二乗法(PLS)等の多変量解析を用いてもよい。例えばPLSを利用する場合には、光学顕微画像に基づく1枚の画像を構成する輝度値データと多数枚の画像を構成する質量分析イメージングデータそれぞれを行列の形式で表し、既知のPLSの手法でスコアを計算する。PLSスコアは一方の画像データを教師データとした両データの相関を示しているから、高いスコアを与えるデータに基づいて適切な質量電荷比を選択することができる。また、相関性を示す指標値を算出する多変量解析であれば、PLS以外の多変量解析を用いることもできる。   In the above description, a method using a simple correlation coefficient is used as the statistical analysis method in step S5. However, for example, multivariate analysis such as partial least squares (PLS) may be used. For example, in the case of using PLS, luminance value data constituting one image based on an optical microscopic image and mass spectrometry imaging data constituting a plurality of images are represented in a matrix format, and a known PLS method is used. Calculate the score. Since the PLS score shows the correlation between the two data using one image data as the teacher data, an appropriate mass-to-charge ratio can be selected based on the data giving a high score. In addition, multivariate analysis other than PLS can be used as long as it is a multivariate analysis that calculates an index value indicating correlation.

上記第1参考例では、光学顕微画像から求めた特定の色の輝度分布画像という2次元データと質量電荷比毎のイオン強度分布画像という3次元データとを比較し、2次元データにおける分布に類似した質量電荷比を抽出するようにしていたが、同じ試料の同じ領域に対して取得したデータであれば2次元データとして上記以外の様々なデータについて同様の処理を行うことができる。   In the first reference example, two-dimensional data called a luminance distribution image of a specific color obtained from an optical microscopic image is compared with three-dimensional data called an ion intensity distribution image for each mass-to-charge ratio, and similar to the distribution in the two-dimensional data. The mass-to-charge ratio is extracted, but if it is data acquired for the same region of the same sample, the same processing can be performed for various data other than the above as two-dimensional data.

例えば、特定の波長を有する光やX線などの電磁波の吸収の度合いや放射強度の分布を示すデータ、ラマン散乱光や蛍光などの強度分布を示すデータや染色画像データ、PET(陽電子放出断層撮影)、CT(コンピュータ断層撮影)、MRI(核磁気共鳴画像)、ESR(電子スピン共鳴)などにより撮影された画像データ、放射線同位体標識を利用した画像データ、EPMAやSPM(Scanning Probe Microscope)などで取得された表面凹凸画像データなどを2次元データとして用いることができる。また、3次元データとして質量分析イメージングデータに代えて、例えば様々な波長における光の吸収の度合いを示すデータなどを用いることができる。   For example, data indicating the degree of absorption of electromagnetic waves such as light having a specific wavelength and X-rays and distribution of radiation intensity, data indicating intensity distribution such as Raman scattered light and fluorescence, stained image data, PET (positron emission tomography) ), CT (Computerized Tomography), MRI (Nuclear Magnetic Resonance Image), ESR (Electron Spin Resonance), image data using radioisotope labeling, EPMA, SPM (Scanning Probe Microscope), etc. The surface unevenness image data obtained in step 1 can be used as two-dimensional data. Further, for example, data indicating the degree of light absorption at various wavelengths can be used as the three-dimensional data instead of the mass spectrometry imaging data.

特に上述したように生体組織切片などを対象とした場合、試料の光学顕微画像として試料を蛍光標識することで得られた画像を用い、3次元データとして試料に対するnが2以上のMSn測定により得られた質量分析イメージングデータを用いると有利である。3次元データとして単なるMS1測定による質量分析イメージングデータでなくnが2以上のMSn測定による質量分析イメージングデータを用いると、夾雑物が存在していてもその影響を排除して、目的とする化合物に由来する断片(部分構造)の2次元分布を反映した画像データを得ることができる。また、特定のタンパク質と結合する蛍光色素等を用いて試料を蛍光標識した蛍光顕微画像を用いれば、上記ステップS2の処理によって、その特定のタンパク質の分布についての正確性の高い画像が得られる。それによって、その特定のタンパク質の分布について光学顕微画像と質量分析イメージング画像との比較の信頼性や正確性が向上する。 In particular, when a biological tissue section or the like is used as described above, an image obtained by fluorescently labeling a sample as an optical microscopic image of the sample is used, and three-dimensional data is obtained by MS n measurement where n is 2 or more. It is advantageous to use the mass spectrometry imaging data obtained. Using mass spectrometry imaging data by MS n measurement where n is 2 or more as a three-dimensional data instead of mere MS 1 measurement mass analysis data eliminates the influence of the presence of contaminants. Image data reflecting a two-dimensional distribution of fragments (partial structures) derived from a compound can be obtained. In addition, if a fluorescence microscopic image obtained by fluorescently labeling a sample with a fluorescent dye or the like that binds to a specific protein is used, a highly accurate image regarding the distribution of the specific protein can be obtained by the processing in step S2. Thereby, the reliability and accuracy of comparison between the optical microscopic image and the mass spectrometry imaging image with respect to the distribution of the specific protein are improved.

[第2参考例]
上述したとおり、第1参考例では、カラー画像である光学顕微画像から特定の色の輝度分布画像を抽出しており、この輝度分布画像を構成するデータは2次元データであるが、元の光学顕微画像はRGBの色(つまりは波長)毎に輝度の分布を有しているから、これは色又は波長を一つのパラメータとする3次元データである。そこで、光学顕微画像を構成するデータ、つまりはRGBという異なる色毎の輝度分布データと質量電荷比毎の質量分析イメージングデータとからそれぞれ求めた行列に対しPLSなどの多変量解析による統計的解析処理を行うことにより、類似した分布を示す色又は波長と質量電荷比との組み合わせを抽出する構成とすることができる。
この構成においても、上記第1参考例と同様に、生体組織切片などを対象とした場合には、試料の光学顕微画像として試料を蛍光標識することで得られた画像を用い、3次元データとして試料に対するnが2以上のMSn測定により得られた質量分析イメージングデータを用いると有利である。
[Second Reference Example]
As described above, in the first reference example, a luminance distribution image of a specific color is extracted from an optical microscopic image that is a color image, and the data constituting the luminance distribution image is two-dimensional data. Since the microscopic image has a luminance distribution for each RGB color (that is, wavelength), this is three-dimensional data having the color or wavelength as one parameter. Therefore, statistical analysis processing by multivariate analysis such as PLS is performed on the matrix that is obtained from the data constituting the optical microscopic image, that is, the luminance distribution data for different colors such as RGB and the mass spectrometry imaging data for each mass to charge ratio. By performing the above, it is possible to obtain a configuration in which a combination of a color or wavelength and a mass-to-charge ratio showing a similar distribution is extracted.
Even in this configuration, as in the first reference example, when a biological tissue section or the like is targeted, an image obtained by fluorescently labeling the sample as an optical microscopic image of the sample is used as three-dimensional data. It is advantageous to use mass spectrometric imaging data obtained by MS n measurement where n is 2 or more for the sample.

[本発明の実施例]
次に、本発明に係るデータ処理装置の一実施例である装置について説明する。
図6は本実施例のイメージング質量顕微鏡システムの概略構成図、図7は本実施例のイメージング質量顕微鏡システムにおけるデータ処理を説明するための模式図である。図6において第1参考例を説明した図1と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
[Embodiments of the present invention]
Next, an apparatus which is an embodiment of a data processing apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the imaging mass microscope system of the present embodiment, and FIG. 7 is a schematic diagram for explaining data processing in the imaging mass microscope system of the present embodiment. In FIG. 6, the same components as those in FIG.

このシステムにおけるデータ処理部2は、質量分析イメージングデータを格納するMSイメージングデータ記憶部220と、既知の様々な化合物についてマススペクトル(MSnスペクトルを含む)が登録されている化合物データベース221と、基準スペクトル選択部222と、統計的解析処理部223と、相関係数分布画像作成部224と、を機能ブロックとして備える。
イメージング質量顕微鏡本体1においてイメージング質量分析部12で所定の試料に対する質量分析イメージング測定が行われることにより、MSイメージングデータ記憶部220には、第1参考例のシステムにおいてMSイメージングデータ記憶領域212に格納されるのと同様の質量分析イメージングデータが格納される。
The data processing unit 2 in this system includes an MS imaging data storage unit 220 for storing mass spectrometry imaging data, a compound database 221 in which mass spectra (including MS n spectra) are registered for various known compounds, and a reference A spectrum selection unit 222, a statistical analysis processing unit 223, and a correlation coefficient distribution image creation unit 224 are provided as functional blocks.
In the imaging mass microscope main body 1, the mass spectrometry imaging measurement is performed on a predetermined sample by the imaging mass analyzer 12, so that the MS imaging data storage unit 220 stores the MS imaging data storage area 212 in the system of the first reference example. Mass spectrometry imaging data similar to that stored is stored.

分析者は入力部3から、例えば試料に含まれると推測される観測対象の目的の化合物を指定する。すると、基準スペクトル選択部222は化合物データベース221にアクセスし、指定された化合物に対応するマススペクトルを読み出し、これを基準スペクトルとして統計的解析処理部223に設定する。統計的解析処理部223は、基準スペクトルとして設定された一つのマススペクトルデータと、MSイメージングデータ記憶部220に格納されている画素毎に得られたマススペクトルデータとについてそれぞれ信号強度の相関係数を求める(図7参照)。即ち、画素毎にマススペクトルの相関性を示す指標値として相関係数が求まる。相関係数分布画像作成部224は、画素毎の相関係数の値を例えばカラースケール又はグレイスケールに従って表示色又は濃淡に変換し、その2次元分布を示す画像を作成する。そして、その画像を表示部4の画面上に表示する。   The analyst designates the target compound to be observed, which is assumed to be included in the sample, for example, from the input unit 3. Then, the reference spectrum selection unit 222 accesses the compound database 221, reads a mass spectrum corresponding to the designated compound, and sets this as a reference spectrum in the statistical analysis processing unit 223. The statistical analysis processing unit 223 correlates the signal intensity with respect to one mass spectrum data set as a reference spectrum and the mass spectrum data obtained for each pixel stored in the MS imaging data storage unit 220. Is obtained (see FIG. 7). That is, the correlation coefficient is obtained as an index value indicating the correlation of the mass spectrum for each pixel. The correlation coefficient distribution image creation unit 224 converts the correlation coefficient value for each pixel into a display color or shading according to, for example, a color scale or a gray scale, and creates an image showing the two-dimensional distribution. Then, the image is displayed on the screen of the display unit 4.

なお、画素毎にマススペクトル同士の相関係数を算出して相関係数の分布を示す画像を作成する代わりに、PLSなどの多変量解析による統計的解析処理を行うことにより、粗スペクトル同士の相関性を2次元的に示す画像を作成するようにしてもよい。   Instead of calculating the correlation coefficient between the mass spectra for each pixel and creating an image showing the distribution of the correlation coefficient, by performing statistical analysis processing by multivariate analysis such as PLS, An image showing the correlation two-dimensionally may be created.

マススペクトルの類似性が高ければ同じ化合物である可能性が高いから、上述のようにして表示される相関係数分布画像は、分析者が指定した目的化合物が存在している可能性が高い領域を示す2次元分布画像となる。   If the similarity of mass spectra is high, the possibility of the same compound is high. Therefore, the correlation coefficient distribution image displayed as described above is a region where the target compound specified by the analyst is highly likely to exist. Is a two-dimensional distribution image.

また基準スペクトルとして、マススペクトルのように測定によって得られるものではなく、何らかのデータ処理によって得られるスペクトルを用いてもよい。具体的には、前述したように、質量分析イメージングデータに対し主成分分析を行うことで、各主成分において、質量電荷比と因子負荷量との関係を示す因子負荷量スペクトルを作成することができる。この因子負荷量スペクトルは全体としてより多く存在する類似した部分的な化学構造を示している。そこで、基準となる試料に対する測定で得られた質量分析イメージングデータに基づいて算出した主成分毎の因子負荷量スペクトルを基準スペクトルとし、上述したように相関係数分布画像を作成すると、部分的な化学構造が類似した化合物が多く存在する領域を見つけることができる。   Further, as a reference spectrum, a spectrum obtained by some data processing may be used instead of being obtained by measurement like a mass spectrum. Specifically, as described above, by performing principal component analysis on mass spectrometry imaging data, it is possible to create a factor loading spectrum indicating the relationship between the mass-to-charge ratio and the factor loading at each principal component. it can. This factor loading spectrum shows a similar partial chemical structure that is more present overall. Therefore, if the factor loading spectrum for each principal component calculated based on the mass spectrometry imaging data obtained by the measurement on the reference sample is used as a reference spectrum, and a correlation coefficient distribution image is created as described above, a partial distribution image is obtained. A region where many compounds having similar chemical structures exist can be found.

また本実施例においても、上記第1参考例と同様に、nが2以上のMSn測定により得られたMSnスペクトルデータを処理の対象とするとよい。例えば、特定のタンパク質の分布を調べたいものの該タンパク質とほぼ同じ質量電荷比を有する夾雑物が多く、MSnスペクトルを利用したとしても十分に夾雑物の影響を除去できないような場合に、画素毎に得られたMSnスペクトルデータを質量分析イメージングデータとし、基準となるMSnスペクトルとの相関係数を画素毎に算出したり、PLSなどの多変量解析による統計的解析処理を行ったりして相関性を示す画像を作成すると、夾雑物の影響の少ない信頼性の高い画像が得られる。 Also in the present embodiment, similarly to the first reference example, it is preferable that the MS n spectrum data obtained by the MS n measurement in which n is 2 or more be processed. For example, if you want to examine the distribution of a specific protein, but there are many contaminants that have almost the same mass-to-charge ratio as the protein, and even if the MS n spectrum is used, the influence of the contaminants cannot be removed sufficiently, The MS n spectrum data obtained in the above is used as mass spectrometry imaging data, and the correlation coefficient with the reference MS n spectrum is calculated for each pixel, or statistical analysis processing is performed by multivariate analysis such as PLS. When an image showing the correlation is created, a highly reliable image with little influence of impurities can be obtained.

[第3参考例]
さらに、本発明には包含されないものの本発明に関連するデータ処理装置の第3、第4参考例について説明する。
図8は第3参考例のイメージング質量顕微鏡システムの概略構成図、図9は第3参考例のイメージング質量顕微鏡システムにおけるデータ処理を説明するための模式図である。図8において第1参考例を説明した図1と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
[Third reference example]
Further, although not included in the present invention, third and fourth reference examples of the data processing apparatus related to the present invention will be described.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the imaging mass microscope system of the third reference example, and FIG. 9 is a schematic diagram for explaining data processing in the imaging mass microscope system of the third reference example. In FIG. 8, the same constituent elements as those in FIG. 1 for explaining the first reference example are denoted by the same reference numerals.

このシステムでは、測定部としてイメージング質量顕微鏡本体1とは別に、試料上の2次元領域における赤外光の吸収率の分布を測定する2次元赤外吸収測定部5を備える。この2次元赤外吸収測定部5は、赤外顕微鏡の光学系、リニアアレイ型検出器、及び、試料を該検出器のアレイの延伸方向と直交する方向に移動させる試料移動機構を組み合わせたものであり、試料上の所定の2次元領域を細かく区切った微小領域毎に赤外吸収スペクトルを取得可能である。   In this system, a two-dimensional infrared absorption measurement unit 5 that measures the distribution of the absorption rate of infrared light in a two-dimensional region on the sample is provided as a measurement unit separately from the imaging mass microscope main body 1. This two-dimensional infrared absorption measurement unit 5 is a combination of an infrared microscope optical system, a linear array type detector, and a sample moving mechanism for moving the sample in a direction perpendicular to the extending direction of the array of the detector. It is possible to acquire an infrared absorption spectrum for each minute region obtained by finely dividing a predetermined two-dimensional region on the sample.

データ処理部2は、質量分析イメージングデータを格納するMSイメージングデータ記憶部230と、微小領域毎の赤外吸収スペクトルデータを集めた赤外吸収イメージングデータを格納する赤外吸収イメージングデータ記憶部231と、画像位置合わせ処理部232、解像度調整部233と、主成分分析処理部234と、PCAスコア分布データ記憶部235と、統計的解析処理部236と、相関結果表示処理部237と、を機能ブロックとして備える。   The data processing unit 2 includes an MS imaging data storage unit 230 that stores mass spectrometry imaging data, an infrared absorption imaging data storage unit 231 that stores infrared absorption imaging data obtained by collecting infrared absorption spectrum data for each minute region, and , An image alignment processing unit 232, a resolution adjustment unit 233, a principal component analysis processing unit 234, a PCA score distribution data storage unit 235, a statistical analysis processing unit 236, and a correlation result display processing unit 237. Prepare as.

イメージング質量顕微鏡本体1においてイメージング質量分析部12で所定の試料に対する質量分析イメージング測定が行われることにより、MSイメージングデータ記憶部230には、第1参考例のシステムにおいてMSイメージングデータ記憶領域212に格納されるのと同様の質量分析イメージングデータが格納される。また、同じ試料の同じ領域に対し2次元赤外吸収測定部5で赤外吸収イメージング測定が行われることにより、赤外吸収イメージングデータ記憶部231に、微小領域毎の所定波長範囲に亘る赤外吸収スペクトルデータが格納される。   By performing mass spectrometry imaging measurement on a predetermined sample in the imaging mass microscope body 1 in the imaging mass microscope main body 1, the MS imaging data storage unit 230 stores the MS imaging data storage unit 212 in the MS imaging data storage region 212 in the system of the first reference example. Mass spectrometry imaging data similar to that stored is stored. Further, the infrared absorption imaging measurement is performed on the same region of the same sample by the two-dimensional infrared absorption measurement unit 5, whereby the infrared absorption imaging data storage unit 231 has an infrared over a predetermined wavelength range for each minute region. Absorption spectrum data is stored.

分析者が入力部3から処理の開始を指示すると、画像位置合わせ処理部232及び解像度調整部233は第1参考例における画像位置合わせ処理部23及び解像度調整部24と同様に、MSイメージングデータと赤外吸収イメージングデータとの画像位置合わせ処理及び解像度調整処理を実施する。これらいずれかの又は両方の処理は必要がなければ省くことができる。主成分分析処理部234は、画像位置合わせ処理及び解像度調整処理済みのMSイメージングデータ及び赤外吸収イメージングデータに対しそれぞれ主成分分析を実行する。主成分分析を行うと、それぞれ主成分毎に各画素のスコア値が算出されるから、これをPCAスコア分布データ記憶部235に格納する。   When the analyst instructs the start of processing from the input unit 3, the image alignment processing unit 232 and the resolution adjustment unit 233 are similar to the MS imaging data and the image adjustment processing unit 23 and the resolution adjustment unit 24 in the first reference example. Perform image alignment processing and resolution adjustment processing with infrared absorption imaging data. Either or both of these processes can be omitted if not necessary. The principal component analysis processing unit 234 performs principal component analysis on the MS imaging data and the infrared absorption imaging data that have been subjected to image alignment processing and resolution adjustment processing, respectively. When the principal component analysis is performed, the score value of each pixel is calculated for each principal component, and is stored in the PCA score distribution data storage unit 235.

統計的解析処理部236は、MSイメージングデータに基づく一つの主成分におけるスコア値の分布データと赤外吸収イメージングデータに基づく一つの主成分におけるスコア値の分布データとを記憶部235から読み出し、対応する画素毎のスコア値の相関をとって相関係数を算出する。例えばMSイメージングデータに基づく第1主成分におけるスコア値の分布データと赤外吸収イメージングデータに基づく第1主成分におけるスコア値の分布データとの空間的な相関をとって相関係数を求める。そして、全ての主成分の組み合わせについて同様に相関係数を算出する。相関結果表示処理部237は例えば図9中に示すように、赤外吸収イメージングデータに基づく主成分(IR PC)を横軸、MSイメージングデータに基づく主成分(MS PC)を縦軸とした枠において、相関係数の極性を色で、相関係数の絶対値の大きさを円のサイズで表現したグラフを作成し、これを表示部4の画面に表示する。   The statistical analysis processing unit 236 reads the score value distribution data in one principal component based on the MS imaging data and the score value distribution data in one principal component based on the infrared absorption imaging data from the storage unit 235, and The correlation coefficient is calculated by correlating the score value for each pixel to be processed. For example, a correlation coefficient is obtained by taking a spatial correlation between distribution data of score values in the first principal component based on MS imaging data and distribution data of score values in the first principal component based on infrared absorption imaging data. Then, correlation coefficients are calculated in the same manner for all combinations of principal components. For example, as shown in FIG. 9, the correlation result display processing unit 237 has a frame in which the main component (IR PC) based on infrared absorption imaging data is on the horizontal axis and the main component (MS PC) based on MS imaging data is on the vertical axis. 2, a graph is generated in which the polarity of the correlation coefficient is expressed in color and the absolute value of the correlation coefficient is expressed in circle size, and this is displayed on the screen of the display unit 4.

上記のような表示により、分析者は質量分析イメージング測定と赤外吸収イメージング測定とでスコア値の分布が類似した主成分を視覚的に把握することができる。それによって、例えば相関の高い主成分に対応したそれぞれの因子負荷量スペクトルを比較し、高い因子負荷量を示す質量電荷比と赤外吸収波長との組み合わせを知ることができ、質量電荷比と吸収波長との両方から目的化合物を同定することができる。   With the display as described above, the analyst can visually grasp the principal components having similar score value distributions in the mass spectrometry imaging measurement and the infrared absorption imaging measurement. For example, each factor loading spectrum corresponding to the principal component having a high correlation can be compared, and the combination of the mass-to-charge ratio and the infrared absorption wavelength showing a high factor loading can be known. The target compound can be identified from both the wavelength and the wavelength.

もちろん、同様の解析は質量分析イメージング測定と赤外吸収イメージング測定との間のみならず、試料上の同じ2次元領域内の微小領域毎に所定のパラメータに応じたデータを取得可能な測定に適用することができる。   Of course, the same analysis can be applied not only between mass spectrometric imaging measurement and infrared absorption imaging measurement, but also for measurement that can acquire data according to a predetermined parameter for each minute region in the same two-dimensional region on the sample. can do.

[第4参考例]
図10は第4参考例のイメージング質量顕微鏡システムの概略構成図、図11は第4参考例のイメージング質量顕微鏡システムにおけるデータ処理を説明するための模式図である。図10において第1参考例を説明した図1と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
[Fourth Reference Example]
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the imaging mass microscope system of the fourth reference example, and FIG. 11 is a schematic diagram for explaining data processing in the imaging mass microscope system of the fourth reference example. In FIG. 10, the same components as those in FIG. 1 for explaining the first reference example are denoted by the same reference numerals.

データ処理部2は、質量分析イメージングデータを格納するMSイメージングデータ記憶部240と、主成分分析処理部243と、因子負荷量スペクトル記憶部244と、統計的解析処理部245と、相関結果表示処理部246と、を機能ブロックとして備える。MSイメージングデータ記憶部240は、それぞれ独立にMSイメージングデータを格納する第1データ記憶領域241、第2データ記憶領域242を含む。   The data processing unit 2 includes an MS imaging data storage unit 240 that stores mass spectrometry imaging data, a principal component analysis processing unit 243, a factor loading spectrum storage unit 244, a statistical analysis processing unit 245, and a correlation result display process. Unit 246 as a functional block. The MS imaging data storage unit 240 includes a first data storage area 241 and a second data storage area 242 that store MS imaging data independently of each other.

このシステムでは、イメージング質量顕微鏡本体1により異なる二つの試料(試料A、B)に対する質量分析イメージング測定がそれぞれ行われることで、MSイメージングデータ記憶部240の第1、第2データ記憶領域241、242にそれぞれ質量分析イメージングデータが格納される。この試料A、Bは同じ試料上の異なる領域であってもよい。ここでは、試料A、Bに対する測定の際に画素数は揃っているものとする。   In this system, the mass spectrometry imaging measurement is performed on two different samples (samples A and B) by the imaging mass microscope main body 1, whereby the first and second data storage areas 241 and 242 of the MS imaging data storage unit 240 are performed. Each stores mass spectrometry imaging data. The samples A and B may be different areas on the same sample. Here, it is assumed that the number of pixels is the same when measuring samples A and B.

分析者が入力部3から処理の開始を指示すると、主成分分析処理部234は、試料A、Bそれぞれに対するMSイメージングデータを記憶部240から読み出し、それぞれに対し主成分分析を実行する。そして主成分分析を行うことで、それぞれ主成分毎に上述した因子負荷量スペクトルを求め因子負荷量スペクトル記憶部244に格納する。   When the analyst instructs the start of processing from the input unit 3, the principal component analysis processing unit 234 reads MS imaging data for each of the samples A and B from the storage unit 240 and performs principal component analysis on each of them. Then, by performing principal component analysis, the factor loading spectrum described above is obtained for each principal component and stored in the factor loading spectrum storage unit 244.

統計的解析処理部245は、試料AのMSイメージングデータに基づく一つの主成分における因子負荷量スペクトルと試料BのMSイメージングデータに基づく一つの主成分における因子負荷量スペクトルとを記憶部244から読み出し、対応する質量電荷比の因子負荷量の相関をとって相関係数を算出する。例えば試料AのMSイメージングデータに基づく第1主成分における因子負荷量スペクトルと試料BのMSイメージングデータに基づく第1主成分における因子負荷量スペクトルとの質量電荷比における相関をとって相関係数を求める。そして、全ての主成分の組み合わせについて同様に相関係数を算出する。相関結果表示処理部246は例えば図11中に示すように、試料BのMSイメージングデータに基づく主成分(MS2 PC)を横軸、試料AのMSイメージングデータに基づく主成分(MS1 PC)を縦軸とした枠において、相関係数の極性を色で、相関係数の絶対値の大きさを円のサイズで表現したグラフを作成し、これを表示部4の画面に表示する。   The statistical analysis processing unit 245 reads the factor loading spectrum in one principal component based on the MS imaging data of the sample A and the factor loading spectrum in one principal component based on the MS imaging data of the sample B from the storage unit 244. The correlation coefficient is calculated by correlating the factor loading of the corresponding mass to charge ratio. For example, the correlation coefficient is obtained by taking a correlation in the mass-to-charge ratio between the factor loading spectrum of the first principal component based on the MS imaging data of the sample A and the factor loading spectrum of the first principal component based on the MS imaging data of the sample B. Ask. Then, correlation coefficients are calculated in the same manner for all combinations of principal components. For example, as shown in FIG. 11, the correlation result display processing unit 246 vertically displays the principal component (MS2 PC) based on the MS imaging data of the sample B and the principal component (MS1 PC) based on the MS imaging data of the sample A. In the frame with the axis, a graph is created in which the polarity of the correlation coefficient is expressed in color and the absolute value of the correlation coefficient is expressed in the size of a circle, and this is displayed on the screen of the display unit 4.

上記のような表示により、分析者は異なる試料に対する質量分析イメージング測定において因子負荷量スペクトルが類似した主成分を視覚的に把握することができる。それによって、例えば相関の高い主成分に対応したそれぞれのスコア値の空間分布を比較し、異なる試料において同じ化合物又は化学構造が類似している化合物の分布状況を把握することができる。   The display as described above allows the analyst to visually grasp the principal components having similar factor loading spectra in the mass spectrometry imaging measurement for different samples. Thereby, for example, the spatial distribution of the respective score values corresponding to the principal components having high correlation can be compared, and the distribution state of the compounds having the same compounds or similar chemical structures in different samples can be grasped.

もちろん、同様の解析は質量分析イメージング測定のみならず、試料上の同じ2次元領域内の微小領域毎に所定のパラメータに応じたデータを取得可能な測定に適用することができる。   Of course, the same analysis can be applied not only to mass spectrometry imaging measurement but also to measurement capable of acquiring data corresponding to a predetermined parameter for each minute region in the same two-dimensional region on the sample.

なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、上記記載した以外の点において、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加などを行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。   It should be noted that the above embodiment is merely an example of the present invention, and modifications, corrections, additions, etc. as appropriate within the scope of the present invention other than those described above are included in the scope of the claims of the present application. Is clear.

1…イメージング質量顕微鏡本体
11…光学顕微観察部
12…イメージング質量分析部
2…データ処理部
21…データ格納部
211…光学顕微画像データ記憶領域
212…MSイメージングデータ記憶領域
22…光学顕微画像特徴抽出部
23、232…画像位置合わせ処理部
24、233…解像度調整部
25、223、236、245…統計的解析処理部
26…解析結果表示処理部
220、230、240…MSイメージングデータ記憶部
231…赤外吸収イメージングデータ記憶部
221…化合物データベース
222…基準スペクトル選択部
224…相関係数分布画像作成部
234、243…主成分分析処理部
235…PCAスコア分布データ記憶部
237、246…相関結果表示処理部
241…第2データ記憶領域
242…第2データ記憶領域
244…因子負荷量スペクトル記憶部
3…入力部
4…表示部
5…2次元赤外吸収測定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Imaging mass microscope main body 11 ... Optical microscope observation part 12 ... Imaging mass analysis part 2 ... Data processing part 21 ... Data storage part 211 ... Optical microscope image data storage area 212 ... MS imaging data storage area 22 ... Optical microscope image feature extraction Units 23, 232 ... Image alignment processing units 24, 233 ... Resolution adjustment units 25, 223, 236, 245 ... Statistical analysis processing unit 26 ... Analysis result display processing units 220, 230, 240 ... MS imaging data storage unit 231 ... Infrared absorption imaging data storage unit 221 ... Compound database 222 ... Reference spectrum selection unit 224 ... Correlation coefficient distribution image creation unit 234, 243 ... Principal component analysis processing unit 235 ... PCA score distribution data storage unit 237, 246 ... Correlation result display Processing unit 241, second data storage area 242, second data storage Area 244 ... factor loadings spectrum storage section 3 ... input unit 4 ... display unit 5 ... two-dimensional infrared absorption measurement section

Claims (2)

試料上の2次元領域内の複数の微小領域毎に得られた試料スペクトルデータと、基準となる基準スペクトルデータとを処理し、前記試料に関する情報を求めるデータ処理装置であって、
a)前記微小領域毎に、該微小領域に対応する試料スペクトルデータと前記基準スペクトルデータとに対する統計的解析処理を行ってスペクトルの類似性又は相違性を示す指標値を算出する統計的解析処理部と、
b)前記統計的解析処理部により微小領域毎に得られた指標値に基づいて、試料上の前記2次元領域に対応する指標値の2次元分布を示す画像を作成する画像作成部と、
を備えることを特徴とするデータ処理装置。
A data processing device for processing sample spectrum data obtained for each of a plurality of minute regions in a two-dimensional region on a sample and reference spectrum data serving as a reference to obtain information on the sample,
a) Statistical analysis processing unit for calculating an index value indicating the similarity or difference of spectra by performing statistical analysis processing on the sample spectrum data corresponding to the minute region and the reference spectrum data for each minute region When,
b) an image creating unit that creates an image showing a two-dimensional distribution of index values corresponding to the two-dimensional region on the sample based on the index value obtained for each micro region by the statistical analysis processing unit;
A data processing apparatus comprising:
請求項1に記載のデータ処理装置であって、
前記試料スペクトルデータ及び基準スペクトルデータはnが2以上のMSn測定によって得られたマススペクトルデータであることを特徴とするデータ処理装置。
The data processing apparatus according to claim 1,
The sample spectrum data and the reference spectrum data are mass spectrum data obtained by MS n measurement where n is 2 or more.
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