WO2014175211A1 - イメージング質量分析データ処理方法及びイメージング質量分析装置 - Google Patents

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WO2014175211A1
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mass
imaging
data
charge ratio
mass spectrum
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PCT/JP2014/061161
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将弘 池上
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株式会社島津製作所
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    • H01J49/161—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission using photoionisation, e.g. by laser
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    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/40—Time-of-flight spectrometers

Definitions

  • the present invention provides a data processing method suitable for an imaging mass spectrometer capable of acquiring an imaging image showing a signal intensity distribution of ions having a specific mass-to-charge ratio or a mass-to-charge ratio range on a sample, and uses the data processing method.
  • the present invention relates to an imaging mass spectrometer.
  • Mass spectrometry imaging is a technique for examining the distribution of substances having a specific mass by performing mass analysis on each of a plurality of measurement points (microregions) in a two-dimensional region of a sample such as a biological tissue section. Applications for searching for drugs and biomarkers and for investigating the causes of various diseases and diseases are being promoted.
  • a mass spectrometer for performing mass spectrometry imaging is generally called an imaging mass spectrometer.
  • an analysis target region is determined based on the microscopic observation image, and an imaging mass analysis of the region is executed. In this specification, it is referred to as an “imaging mass spectrometer”.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 disclose configurations and analysis examples of a general imaging mass spectrometer.
  • mass spectrum data in a predetermined mass-to-charge ratio range is acquired at each of a large number of measurement points in a two-dimensional region on the sample.
  • a time-of-flight mass analyzer TOFMS
  • the amount of data of mass spectrum data (or time-of-flight spectrum data) per measurement point is, for example, four. This is considerably larger than the amount of mass spectral data obtained by a quadrupole mass spectrometer or the like.
  • Patent Documents 1 to 3 disclose techniques for compressing and storing mass spectrum data obtained by an imaging mass spectrometer. By using such a data compression technique, it is possible to reduce the data size of the imaging mass spectrometry data to be processed and read it into the main memory. Further, in the method described in Patent Document 1, an index that associates the position on the array of the original mass spectrum data before compression with the position on the array of compressed data is created, and this is combined with the compressed data or the compressed data. Remember it separately. When it is necessary to read data (ion intensity value) corresponding to a certain mass-to-charge ratio, the compressed data corresponding to the target data is found and decoded by referring to the index information. In this way, it is possible to quickly acquire the target data while performing data compression.
  • the MALDI ion source normally used for the imaging mass spectrometer is an ionization method suitable for a biological sample
  • the variation in ion intensity for each measurement that is, for each laser beam irradiation
  • the ion intensity signals of multiple measurements performed on the same measurement point are integrated.
  • the influence of variations in ion intensity at each measurement point may not be sufficiently eliminated. Therefore, even if an imaging image is created as it is from the ion intensity value for a specific mass-to-charge ratio obtained for each measurement point, it does not necessarily reflect the substance distribution accurately. Therefore, it has been conventionally proposed to use an ion intensity value normalized according to a predetermined standard instead of using the ion intensity value at each measurement point as it is when creating an imaging image.
  • Non-Patent Document 1 shows that it is effective to create and display an imaging image and perform statistical analysis after performing TIC normalization and XIC normalization on imaging mass spectrometry data.
  • TIC is an abbreviation for “Total Ion Current” and is the sum of ion intensity values in the entire mass-to-charge ratio range in the mass spectrum acquired at each measurement point. If TIC normalization is performed, the intensity value at each mass-to-charge ratio is normalized so that the TIC at each measurement point is the same.
  • XIC is an abbreviation for “Extract Ion Current”, which is the sum of the specified mass-to-charge ratio ion intensity or the specified mass-to-charge ratio ion intensity in the mass spectrum acquired at each measurement point. If XIC normalization is performed, the intensity value at each mass-to-charge ratio is normalized so that the XIC at each measurement point is the same. Therefore, the peak height for a specific mass-to-charge ratio can be aligned at each measurement point. it can.
  • the average mass spectrum at all measurement points or measurement points within the region of interest that the operator is paying attention to is referred to.
  • it is effective to create an average mass spectrum based on ionic strength values that have been subjected to TIC normalization or XIC normalization.
  • a representative peak is obtained from the maximum intensity mass spectrum obtained by extracting the average mass spectrum and the maximum intensity value of each mass-to-charge ratio over all measurement points.
  • the mass-to-charge ratio (or mass-to-charge ratio range) is selected, the ion intensity value at the mass-to-charge ratio is obtained from the mass spectrum at each measurement point, and a peak matrix that is a set of the mass-to-charge ratio value and the ion intensity value is created. .
  • various statistical analyzes are performed on the peak matrix.
  • the mass-to-charge ratio value of the peak matrix may be changed and the statistical analysis may be repeated many times.
  • the calculation of the peak matrix takes time, and the work efficiency is poor. Further, if it is attempted to execute statistical analysis processing based on imaging mass spectrometry data standardized under various conditions, the processing becomes even more complicated and takes time.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and a first object thereof is to reduce the influence of variations in ion intensity values at each measurement point based on data obtained by an imaging mass spectrometer.
  • Imaging mass spectrometry data processing method capable of performing high-speed processing by effectively using a main memory mounted on a computer when creating and displaying a standardized imaging image and mass spectrum
  • An object is to provide an imaging mass spectrometer.
  • a second object of the present invention is to perform high-speed processing by effectively utilizing a main memory installed in a computer when performing statistical analysis based on data obtained by an imaging mass spectrometer.
  • Another object of the present invention is to provide an imaging mass spectrometry data processing method and imaging mass spectrometry apparatus.
  • a first aspect of the present invention provides a mass which is a one-dimensional array of ion intensity values collected by performing mass analysis on each of a plurality of measurement points on a sample.
  • An imaging mass spectrometry data processing method for processing imaging mass spectrometry data in which spectral data is associated with spatial position information of the measurement points, a) a compression step of performing compression processing on the mass spectrum data at each measurement point according to a predetermined algorithm, and storing the obtained compressed data in the first storage area of the storage unit; b) Normalization by which a normalization coefficient for normalizing the intensity value in the mass spectrum data at each measurement point according to a predetermined standard is calculated for each measurement point, and the result is stored in the second storage area of the storage unit A coefficient creation step; c) Compressed data of intensity values for each measurement point stored in the first storage area of the storage unit, normalization coefficients for each measurement point stored in the second storage area of the storage unit, and measurement thereof Maximum intensity mass spectrum obtained by extracting the maximum intensity value for each
  • the imaging mass spectrometry data processing method when imaging mass spectrometry data collected by an imaging mass spectrometer is given as an analysis target, first, in the compression step, 1 of mass spectrum data at each measurement point is obtained. Compression processing is performed on the dimension array, and the compressed data is stored in a storage unit such as a main memory of a computer.
  • the one-dimensional array of mass spectrum data includes, in addition to a data string in which intensity values for each mass-to-charge ratio are arranged in order of mass-to-charge ratio, for example, intensity values for each time of flight obtained by a time-of-flight mass spectrometer. A data string arranged in the order of the flight time is also included.
  • the encoding method for lossless compression is not particularly limited. For example, run-length encoding, entropy encoding, or encoding combining them can be used.
  • the normalization coefficient creation step a coefficient for normalizing the intensity value in the mass spectrum data at each measurement point according to a predetermined standard is calculated for each minute measurement area, and the result is stored in the second storage area of the storage unit.
  • the standardization method can be at least the TIC standardization or the XIC standardization described above.
  • a mass-to-charge ratio or a mass-to-charge ratio range for XIC standardization is specified, a normalization coefficient corresponding to the mass-to-charge ratio or the mass-to-charge ratio range is obtained in the normalization coefficient creation step each time, and the storage unit The second storage area may be stored.
  • compressed data corresponding to measurement points included in the region of interest is read from the first storage region of the storage unit in the normalized spectrum creation step. Then, it is decompressed and a mass spectrum is calculated for each.
  • the TIC normalization coefficient or the XIC normalization coefficient corresponding to the designated mass-to-charge ratio is read from the second storage area of the storage unit, and this coefficient is obtained for each intensity value of the mass spectrum obtained as described above.
  • a normalized average mass spectrum is calculated based on the multiplied and thus normalized mass spectrum.
  • the minimum required compressed data corresponding to the designated mass-to-charge ratio is obtained in the normalized image creation step
  • the image is read out from the first storage area of the storage unit and decompressed to create an imaging image.
  • an XIC normalization coefficient corresponding to a TIC normalization coefficient or a designated mass-to-charge ratio is read from the second storage area of the storage unit, and this coefficient is measured at each measurement point of the imaging image obtained as described above.
  • a normalized imaging image is calculated by multiplying by the intensity value.
  • a storage unit such as a main memory of a computer holds the compressed data of the imaging mass spectrometry data as it is, and a normalization coefficient for normalization is separately stored in the storage unit.
  • the intensity value obtained by decompressing the compressed data is multiplied by the normalization coefficient and the result is output, thereby producing the original imaging mass spectrometry.
  • the same mass spectrum and imaging image as standardized data can be obtained.
  • the normalized mass spectrum created by the normalized spectrum creating step is displayed on the screen of the display unit and based on the display.
  • an operator recognizes a mass-to-charge ratio and a mass-to-charge ratio range appropriate for grasping a two-dimensional distribution of a target substance by looking at a standardized mass spectrum, and A corresponding imaging image can be displayed.
  • the imaging mass spectrometry data processing method further includes: Normalization in a specified or specific plurality of minute measurement areas using compressed data of intensity values for each measurement point stored in the first storage area of the storage unit and spatial position information of the measurement points
  • a spectrum generating step for calculating at least one of an integrated mass spectrum, an average mass spectrum, or a maximum intensity mass spectrum of a mass spectrum that has not been performed; Specified or specific mass-to-charge ratio or mass-to-charge ratio range using compressed data of intensity values for each measurement point stored in the first storage area of the storage unit and spatial position information of these measurement points
  • An image creating step for creating an imaging image showing a two-dimensional distribution of non-standardized intensity values for You may make it have.
  • the spectrum creation step may be part of the normalized spectrum creation step process, and the image creation step may be part of the normalized image step process. That is, in the process of creating a normalized mass spectrum or a normalized imaging image, a mass spectrum or an imaging image based on an intensity value before being multiplied by the normalization coefficient may be created. Alternatively, all normalization coefficients may be set to 1 in the normalization process. This makes it possible to create and display not only standardized mass spectra and standardized imaging images but also non-standardized average mass spectra and imaging images, and provide more information to the operator. Can do.
  • a peak detection is performed on the normalized mass spectrum created in the normalized spectrum creation step or the mass spectrum that is not normalized to create a list of peak mass-to-charge ratio values, and from the mass spectrum data of each measurement point
  • a peak matrix creating step for obtaining an intensity value corresponding to the mass to charge ratio in the list and creating a peak matrix in which the intensity values are arranged according to the mass to charge ratio value
  • a peak matrix normalizing step for normalizing the intensity value of the peak matrix created in the peak matrix creating step by the normalization coefficient created by the normalization coefficient creating means
  • a statistical analysis step for performing statistical analysis on the peak matrix normalized in the peak matrix normalization step or the peak matrix created in the peak matrix creation step; It is good to have.
  • the imaging image created in the normalized image creation step, the normalized mass spectrum created in the normalized spectrum creation step, and the statistical analysis result obtained in the statistical analysis step are simultaneously displayed on the display unit.
  • a display step for displaying on the screen may be included.
  • one or a plurality of standardized imaging images with different standardization conditions created by the standardized image creation step or the imaging images created in the image creation step and the standardized spectrum creation step 1 or a plurality of standardized mass spectra with different normalization conditions, or a mass spectrum created by the spectrum creation step, and one or more standardizations with different standardization conditions standardized in the peak matrix normalization step All or at least one of the statistical analysis results obtained by the statistical analysis step for performing statistical analysis on the generated peak matrix or the peak matrix created in the peak matrix creation step on the screen of the display unit simultaneously Display steps to be displayed on Or as having a al.
  • This not only displays the standardized average mass spectrum and imaging images, but also uses the compressed data stored in the main memory and the standardization coefficient to perform statistical analysis under any standardized condition. And the result can be confirmed together with the average mass spectrum and the imaging image.
  • the average mass spectrum, imaging image, and statistical analysis result can be displayed simultaneously with the result of normalization and the result of non-normalization, or multiple normalizations can be performed under different normalization conditions. You can also display the results at the same time.
  • the imaging mass spectrometry data processing method according to the second aspect of the present invention which has been made to solve the above-mentioned problems, is obtained by performing mass spectrometry on a plurality of measurement points on a sample, respectively,
  • the data stored in the main memory can be used almost in common to execute the creation / display of the imaging image and the statistical analysis processing. It is easy to integrate software. As a result, creation / display of imaging images and the like and statistical analysis processing can be performed in cooperation, and it is not necessary to start and stop separate software one by one, so that work efficiency can be improved.
  • the compressed data can be expanded only by the data, but depending on the data compression method, an intensity value corresponding to a specific mass-to-charge ratio may be obtained. It may take time to ask. Therefore, preferably, in addition to the compressed data, index information that associates the compressed data with the position information of the intensity value in the array of the original data is stored in the third area of the storage unit, and the index information is referred to It is preferable to obtain an intensity value corresponding to a specific mass-to-charge ratio. This enables high-speed expansion processing to obtain an intensity value for an arbitrary mass-to-charge ratio from compressed data, so that both the display of imaging images and average mass spectra using compressed data, and statistical analysis processing are accelerated.
  • an imaging mass spectrometer according to the present invention made to solve the above problems includes an imaging mass spectrometer that collects mass spectrum data by performing mass analysis on each of a plurality of measurement points on a sample, and the above And a data processing unit for executing the imaging mass spectrometry data processing method according to the present invention.
  • the configuration of the imaging mass analyzer is not particularly limited.
  • the ion source is a MALDI ion source
  • the mass analyzer is a time of flight.
  • Type mass spectrometer may have an ion dissociation unit that dissociates ions in one stage or multiple stages by, for example, collision-induced dissociation, and may be configured to perform mass analysis on the product ions generated thereby.
  • the imaging mass spectrometry data processing method and the imaging mass spectrometer according to the present invention, different types of imaging images and average mass spectra are created and displayed under various standardized conditions. There is no need to create data files each storing normalized imaging mass spectrometry data, and to read and process such data files into the main memory each time a display instruction or the like is given.
  • the original imaging mass spectrometry data is in a compressed state but is still stored in the main memory, and the normalization coefficients under various conditions for normalizing the intensity values are also stored in the main memory. Since it is only necessary to store the result, it is possible to quickly display the results of the normalized imaging image, average mass spectrum, and the like by using such a normalization coefficient.
  • the main memory by temporarily storing multiple average spectra, imaging images, etc. under different standardization conditions obtained for the same imaging mass spectrometry data in the main memory, It is also possible to display a plurality of average spectra, imaging images, etc. at the same time so that the operator can easily compare them. Even when such a display is performed, the amount of data such as the average spectrum and imaging images is not so large, and the amount of data to be stored in the main memory depends on the compressed data of the imaging mass spectrometry data and various conditions. Since the amount is about the sum of the data of the normalization coefficient, the capacity of the main memory can be suppressed and the cost can be reduced.
  • the imaging mass spectrometry data processing method and the imaging mass spectrometer it is possible to link the creation / display of the imaging image and the statistical analysis, for example, the result of the statistical analysis is significant.
  • the processing for displaying the imaging image of the mass-to-charge ratio determined as can be performed quickly and smoothly.
  • the software for creating and displaying imaging images and mass spectra there is no need to start and stop separate software one by one. Efficiency can be improved.
  • the schematic block diagram of one Example of the imaging mass spectrometry system for enforcing the imaging mass spectrometry data processing method concerning this invention The flowchart of the process performed when the data file of analysis object is designated by the operator in the imaging mass spectrometry system of a present Example.
  • the conceptual diagram which shows the data compression example in the imaging mass spectrometry system of a present Example.
  • the conceptual diagram which shows the example of index information creation in the imaging mass spectrometry system of a present Example.
  • the flowchart of the XIC normalization coefficient calculation process in the imaging mass spectrometry system of a present Example The flowchart of the XIC normalization coefficient calculation process in the imaging mass spectrometry system of a present Example.
  • FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of data obtained by imaging mass spectrometry and a two-dimensional imaging image display based on the data.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of an imaging mass spectrometry system capable of implementing an imaging mass spectrometry data processing method according to an embodiment of the present invention.
  • the imaging mass spectrometry system includes an imaging mass analysis unit 1 that performs mass analysis on a plurality of two-dimensional measurement points on a sample and acquires mass spectrum data in a predetermined mass-to-charge ratio range for each measurement point.
  • a data processing unit 2 that executes various data processing as will be described later on the obtained data, and a raw mass spectrum data acquired by the imaging mass analysis unit 1, for example, a hard disk drive (HDD) or a solid state
  • a large-capacity external storage device 4 such as a drive (SSD), an operation unit 5 operated by an operator, and a display unit 6 for displaying analysis results and the like are provided.
  • the substance of the data processing unit 2 is a personal computer including a CPU, RAM, ROM, or a higher performance workstation.
  • the data processing unit 2 includes, as functional blocks, a data collection unit 20, a main memory 21, and a data compression processing unit. 22, data expansion processing unit 23, index creation processing unit 24, normalization coefficient calculation unit 25, peak matrix creation unit 26, imaging image creation processing unit 27, mass spectrum creation processing unit 28, normalization calculation processing unit 29, statistical analysis A calculation unit 30 and a display processing unit 31 are included.
  • the imaging mass spectrometer 1 As shown in FIG. 10, mass analysis is performed on each of a large number of measurement points (micro areas) 102 set in the measurement area 101 designated by the operator on the sample 100.
  • the configuration of the imaging mass spectrometer 1 is not particularly limited, but generally, a sample stage (not shown) including a mass analyzer combining a MALDI ion source and TOFMS and mounting the sample 100 is provided. By moving with high accuracy in the x-axis and y-axis directions, mass analysis can be performed at any position on the sample 100.
  • the imaging mass spectrometer 1 preferably includes an optical microscope and an imaging device using a CCD imaging device or a CMOS imaging device, and takes an image having a resolution sufficiently higher than the interval between measurement points for the sample 100, The image is shown to the operator via the data collection unit 20, the display processing unit 31, and the display unit 6. When the operator refers to this image and designates a region corresponding to the measurement region 101 by the operation unit 5, the data processing unit 2 calculates coordinate information of the designated region.
  • the imaging mass spectrometer 1 drives the sample stage to the position coordinates corresponding to the designated region, and acquires mass spectrum data by executing mass analysis at each measurement point.
  • the data collection unit 20 reads the mass spectrum data obtained by the imaging mass spectrometry unit 1 and the microscopic observation image data photographed by the imaging device of the imaging mass spectrometry unit 1, and stores the uncompressed imaging mass spectrometry data in the external storage device 4. They are stored in the area 40 and the microscopic image data storage area 41, respectively. Note that the data collected for one sample may be stored in one data file, for example. Processing operations in the data processing unit 2 when performing analysis processing using imaging mass spectrometry data stored in the external storage device 4 in this way will be described below.
  • FIG. 2 is a flowchart of processing initially executed in the data processing unit 2 when a data file to be analyzed is designated by the operator.
  • the data compression processing unit 22 reads each measurement point from the external storage device 4.
  • the mass spectrum data is sequentially read, and data compression is executed for each measurement point according to a data compression algorithm described later.
  • the index creation processing unit 24 creates an index as will be described later using the mass spectrum data (original mass spectrum data) and the compressed data for each measurement point.
  • the normalization coefficient calculation unit 25 calculates a TIC normalization coefficient for each measurement as described below.
  • the peak matrix creating unit 26 calculates a peak matrix for statistical analysis as described later (step S2).
  • the compressed data, the index, the TIC normalization coefficient, and the peak matrix for the mass spectrum data calculated in this way are the compressed data storage area 211, the index storage area 212, the normalization coefficient storage area 213, and the peak matrix storage area of the main memory 21. Each is stored in 214 (step S3).
  • the mass spectrum creation processing unit 28 obtains an average mass spectrum by integrating the mass spectrum data at all measurement points for each mass to charge ratio and dividing each integrated value by the total number of measurement points.
  • the average mass spectrum is stored in the spectrum storage area 216 of the main memory 21 and displayed on the screen of the display unit 6 through the display processing unit 31 (step S4). From the displayed average mass spectrum, the operator can roughly grasp which mass-to-charge ratio of the ionic strength is high as a whole (what kind of mass there are many substances).
  • the mass spectrum data compression process used in this embodiment will be described with reference to FIGS.
  • This data compression method is the method disclosed in Patent Document 1.
  • the imaging mass spectrometry data obtained for one sample is one-dimensional array data of one mass-to-charge ratio value common to all measurement points, and one-dimensional array of ion intensity values of mass spectra at each measurement point. Data.
  • the imaging mass spectrometer 1 is configured to use TOFMS, one-dimensional array data of time-of-flight values can be used instead of the one-dimensional array data of mass-to-charge ratio values.
  • one ionic strength value for a certain mass-to-charge ratio is 2-byte (16 bits) data (in this case, written in HEX display, and in this specification, HEX display is shown in parentheses "").
  • HEX display is shown in parentheses ""
  • Prior to data compression it is determined whether each intensity value is less than a predetermined noise level, and the intensity value less than the noise level is replaced with zero. When such pretreatment is performed, in many cases, the intensity value is continuously zero in a portion other than a significant peak.
  • the intensity values are checked in order from the data with the smallest mass-to-charge ratio (in the order of the downward arrows in FIG. 3 (b)).
  • the intensity zero value (“0000” in FIGS. 3 and 4) continues two or more, the continuous portion is replaced with the continuous number.
  • the maximum number of continuous data is 32767, and when zero-intensity data continues, the previous part is replaced with “7FFF”, and the continuous number of subsequent zero-intensity data is replaced with the next row of the compressed data array.
  • the continuous number is stored at the beginning of the continuous portion on the compressed data array, and thereafter the intensity values are sequentially stored as they are.
  • the continuous number is up to a maximum of 32767, and the continuous number is stored again from that position by the same algorithm.
  • the most significant bit (MSB) of the 2-byte data is set to “1”. That is, the numerical value indicating the continuous number is represented by 15 bits excluding the MSB in the 2-byte (16 bits) data.
  • the index shown in FIG. 4 (b) indicates the correspondence between the position on the original mass spectrum data array and the position on the compressed data array. Specifically, the index corresponds to the start position (for example, the sixth position of the original mass spectrum data array shown in FIG. 4 (a)) and its continuous part on the original mass spectrum data array where zero or more intensities continue.
  • a position on the compressed data array for example, the seventh position of the compressed data array shown in FIG. 4C) as one set, and the start position of the arrangement of data having significant intensity on the original mass spectrum data array (For example, the 10th position of the original mass spectrum data array shown in FIG. 4A) and the corresponding position on the compressed data array (for example, the 8th position of the compressed data array shown in FIG. 4C).
  • the position correspondence information of each group is listed with one group as one line. Since this creation procedure is not the gist of the present invention, a description thereof will be omitted, but it can be easily created by the method described in Patent Document 1.
  • the index is not indispensable when restoring the original spectrum data based on the compressed data, but by using this index, the intensity value for an arbitrary mass-to-charge ratio can be calculated at high speed.
  • the time required for compressing one mass spectrum data is sufficiently shorter than the time required for performing mass analysis by moving the sample stage for each measurement point in the imaging mass analyzer 1.
  • the load on the CPU for processing performed by the data collection unit 20 during measurement is low. Therefore, during the measurement, the data compression processing unit 22 performs a compression process on the obtained mass spectrum data, and the compressed imaging mass analysis data is stored in a compressed imaging data storage area (not shown) of the external storage device 4. It is good to store in.
  • the index creation processing unit 24 may create an index during measurement and store the created index data in the external storage device 4. In other words, compression of imaging mass spectrometry data and creation of an index do not need to be performed in a batch process, and can be performed in real time during measurement.
  • the data processing unit 2 performs initial processing. The processing corresponding to FIG.
  • the index creation processing unit 24 Sequentially reads compressed mass spectrum data for each measurement point from the external storage device 4 and stores them in the compressed data storage area 211, creates an index using the compressed data, and stores it in the index storage area 212. Further, the normalization coefficient calculation unit 25 calculates a TIC normalization coefficient and an XIC normalization coefficient at each measurement point from the compressed data and the index data as described later. Further, the peak matrix creation unit 26 calculates a peak matrix for statistical analysis as described later (step S2). The index, the TIC normalization coefficient, and the peak matrix for the compressed mass spectrum data calculated in this way are stored in the index storage area 212, the normalization coefficient storage area 213, and the peak matrix storage area 214 of the main memory 21, respectively. (Step S3).
  • the data processing unit 2 is initially executed when a data file to be analyzed is designated by the operator after the measurement is completed.
  • the processing corresponding to 2 is as follows.
  • the data A data input / output control unit (not shown) included in the processing unit 2 sequentially reads compressed mass spectrum data and corresponding index data for each measurement point from the external storage device 4, and a compressed data storage area 211 and an index storage area 212.
  • the normalization coefficient calculation unit 25 calculates a TIC normalization coefficient and an XIC normalization coefficient at each measurement point from the compressed data and the index data as described later.
  • the peak matrix creation unit 26 calculates a peak matrix for statistical analysis as described later (step S2).
  • the index, the TIC normalization coefficient, and the peak matrix for the compressed mass spectrum data calculated in this way are stored in the index storage area 212, the normalization coefficient storage area 213, and the peak matrix storage area 214 of the main memory 21, respectively.
  • TIC normalization coefficient As described above, in the TIC normalization, the ion intensity value of each mass spectrum is normalized so that TIC, which is the sum of all ion intensity values appearing in one mass spectrum, is aligned at all measurement points.
  • the TIC normalization coefficient is a normalization coefficient calculated for each measurement point for normalization.
  • FIG. 5 is a detailed flowchart of the TIC normalization coefficient calculation process executed in step S2.
  • the TIC is calculated by adding all the ion intensity values appearing in the mass spectrum over a predetermined mass-to-charge ratio range for all measurement points.
  • TIC values at all measurement points (that is, Q1 to QN) are compared to obtain a TIC having the maximum value, which is set as Qmax (step S12).
  • qi Qmax / Qi is calculated for each measurement point, and this qi is set as the TIC normalization coefficient for each measurement point (step S13).
  • the TIC normalization coefficient thus obtained may be stored in the normalization coefficient storage area 213 of the main memory 21.
  • the value of TIC is the sum of all ion intensity values appearing in one mass spectrum, the value is uniquely determined unlike XIC. Therefore, it may be calculated in advance using the surplus capacity of the CPU being measured. In that case, every time the data collection unit 20 acquires mass spectrum data at each measurement point during measurement, the TIC is calculated by adding all the ion intensity values appearing in the mass spectrum over a predetermined mass-to-charge ratio range. The value is stored in the external storage device 4 together with the position information of the measurement point.
  • a TIC storage area (not shown) is created in the main memory 21 of the data processing unit 2 in FIG.
  • step S1 dedicated software for data processing is started on the computer, and when the operator designates a data file including compressed imaging mass spectrometry data, index data, and TIC to be processed by the operation unit 5 (step S1), external data
  • the compressed mass spectrum data, the corresponding index data, and the TIC for each measurement point are sequentially read from the storage device 4 and stored in the compressed data storage area 211, the index storage area 212, and the TIC storage area.
  • the normalization coefficient calculation unit 25 calculates a TIC normalization coefficient and an XIC normalization coefficient at each measurement point from the TIC value, the compressed data, and the index data stored in the main memory 21 as described later.
  • the peak matrix creation unit 26 calculates a peak matrix for statistical analysis as described later (step S2).
  • the index, the TIC normalization coefficient, the XIC normalization coefficient, and the peak matrix for the compressed mass spectrum data calculated in this way are the index storage area 212, the normalization coefficient storage area 213, and the peak matrix storage area of the main memory 21. Each is stored in 214 (step S3).
  • the peak matrix used for statistical analysis is composed of a one-dimensional array of one mass-to-charge ratio value common to all measurement points and a one-dimensional array of ion intensity values corresponding to each measurement point.
  • the one-dimensional array of mass-to-charge ratio values is reconstructed by extracting the average mass spectrum at all measurement points or the maximum intensity mass spectrum at all measurement points (the peak with the maximum intensity for each mass-to-charge ratio in the mass spectrum at all measurement points) The peak is selected from the mass spectrum) and the mass-to-charge ratio value of each peak is listed.
  • the ion intensity value corresponding to each mass-to-charge ratio value listed in the mass-to-charge ratio value array is obtained by calculating the mass at each measurement point. Obtain and list each spectrum. A peak matrix can be obtained by rewriting the list of ion intensity values obtained for each measurement point in the matrix format.
  • the mass-to-charge ratio value may slightly deviate even for spectral peaks for the same substance. Therefore, in order to create a peak matrix that takes into account such mass errors, a mass-to-charge ratio range that gives an appropriate margin to each mass-to-charge ratio value in the mass-to-charge ratio value array is set, and the mass at each measurement point is set.
  • the maximum ion intensity within the mass-to-charge ratio range in the spectrum may be extracted and listed as an ion intensity value relative to the central mass-to-charge ratio value.
  • the main memory 21 stores compressed data corresponding to mass spectrum data at each measurement point, an index associated with the compressed data, and measurement.
  • a point-by-point TIC normalization factor and a peak matrix for statistical analysis are automatically stored.
  • the data decompression processing unit 23 refers to the index corresponding to each measurement point stored in the index storage area 212 of the main memory 21 and stores it in the compressed data storage area 211 of the main memory 21.
  • the minimum necessary compressed data corresponding to the designated mass-to-charge ratio or mass-to-charge ratio range is read out from the compressed data at each measurement point.
  • the ion intensity value at each measurement point in the designated mass-to-charge ratio or mass-to-charge ratio range is restored.
  • the same intensity value as that of the original mass spectrum data is restored by decoding the compressed data.
  • the imaging image creation processing unit 27 determines a display color corresponding to the intensity value, and is designated by two-dimensionally arranging pixels each having a display color corresponding to the intensity value obtained for each measurement point. An imaging image for the mass-to-charge ratio is created. Then, the imaging image is drawn on the screen of the display unit 6 through the display processing unit 31. As a result, an imaging image showing a two-dimensional distribution of a substance having a designated mass-to-charge ratio as shown in the upper part of FIG. 10 (in this example, the mass-to-charge ratio is M 1 ) is created and displayed.
  • the imaging image creation processing unit 27 sets each of the plurality of mass-to-charge ratios included in the mass-to-charge ratio range.
  • An integrated intensity value is obtained by adding corresponding ion intensity values, a display color corresponding to the integrated intensity value is determined, and an imaging image is formed by two-dimensionally arranging pixels each having the display color. .
  • imaging image data that is a two-dimensional array of ion intensity values or integrated intensity values for each measurement point is stored in the imaging image storage area 215 of the main memory 21 in association with the mass-to-charge ratio or the mass-to-charge ratio range. Is done.
  • the average mass spectrum for all measurement points is automatically created and displayed on the display unit 6.
  • the operator is interested in the measurement range on the sample displayed as an imaging image.
  • ROI Region Of
  • the data expansion processing unit 23 refers to the index of each measurement point stored in the index storage area 212 of the main memory 21 and stores the compressed data in the main memory 21. Among the compressed data of each measurement point stored in the area 211, the compressed data of only the measurement points included in the region of interest is read. Then, by decompressing the compressed data, the mass spectrum data of each measurement point included in the designated region of interest is restored. Next, the mass spectrum creation processing unit 28 integrates the mass spectrum data of the given measurement points for each mass-to-charge ratio, and divides each integrated value by the number of measurement points, thereby obtaining an average mass spectrum in the region of interest. The average mass spectrum is stored in the spectrum storage area 216 of the main memory 21 in association with information for specifying the region of interest, and is displayed on the screen of the display unit 6 through the display processing unit 31.
  • the data decompression processing unit 23 stores each measurement point stored in the index storage area 212 of the main memory 21.
  • the minimum necessary compressed data in the designated mass-to-charge ratio or mass-to-charge ratio range is read out from the compressed data at each measurement point stored in the compressed data storage area 211 of the main memory 21. . Then, by decompressing the compressed data, the ion intensity value in the specific mass-to-charge ratio or the mass-to-charge ratio range at each measurement point is restored.
  • XIC at the designated mass-to-charge ratio with respect to the i-th measurement point (the definition of i is the same as above) is defined as Pi (step S22).
  • a mass-to-charge ratio range is specified instead of a specific mass-to-charge ratio, an integrated value of ion intensity with respect to the mass-to-charge ratio included in the range is calculated, and this integrated value may be set to Pi.
  • the XIC values of all measurement points are compared to obtain the XIC having the maximum value, which is set as Pmax (step S23).
  • pi Pmax / Pi is calculated for each measurement point, and this pi is set as an XIC normalization coefficient for the designated mass-to-charge ratio or mass-to-charge ratio range (step S24).
  • the XIC normalization coefficient for each measurement point thus obtained is stored in the normalization coefficient storage area 213 of the main memory 21 in association with the mass to charge ratio or the mass to charge ratio range.
  • the XIC normalization factor differs depending on the mass-to-charge ratio or the mass-to-charge ratio range.
  • a new XIC normalization coefficient is calculated and stored in the normalization coefficient storage area 213 of the main memory 21 in association with the mass to charge ratio or the mass to charge ratio range.
  • the normalization calculation processing unit 29 reads out the imaging image data (that is, the ion intensity value at each measurement point) from the imaging image storage area 215, and the XIC normalization coefficient corresponding to the designated mass-to-charge ratio or mass-to-charge ratio range Are read from the normalized coefficient storage area 213. Then, the intensity value is corrected by multiplying the ion intensity value by the XIC normalization coefficient of the corresponding measurement point.
  • the imaging image creation processing unit 27 creates an imaging image based on the intensity value corrected by the XIC normalization coefficient, and displays it on the screen of the display unit 6 through the display processing unit 31. In this case, since only the process of multiplying the intensity value at each measurement point by the normalization coefficient is performed, a standardized imaging image can be displayed at a very high speed.
  • the data expansion processing unit 23 selects one measurement point in the measurement area (step S32) and indexes the main memory 21. By referring to the index corresponding to the measurement point stored in the storage area 212, the mass-to-charge ratio designated in the compressed data of the measurement point stored in the compressed data storage area 211 of the main memory 21 or The minimum necessary compressed data corresponding to the mass to charge ratio range is read (step S33). Then, by performing a decoding process for decompressing the compressed data, the ion intensity value at the measurement point in the designated mass-to-charge ratio or mass-to-charge ratio range is restored (step S34).
  • the normalization calculation processing unit 29 reads the TIC normalization coefficient or the XIC normalization coefficient corresponding to the measurement point stored in the normalization coefficient storage area 213 of the main memory 21 (step S35), and in step S34 The intensity value is corrected by multiplying the restored intensity value by the read normalization coefficient.
  • the imaging image creation processing unit 27 assigns a display color to the corrected intensity value and determines the display color of the pixel corresponding to the measurement point (steps S36 and S37). If there is an unprocessed measurement point in the measurement region, the process returns from step S38 to S32, and the processes of steps S33 to S37 are executed for the unprocessed measurement point. By repeating this, when the display colors of the pixels corresponding to all the measurement points are determined, the normalized imaging image is displayed on the screen of the display unit 6 through the display processing unit 31 (step S39).
  • the two-dimensional arrangement of intensity values after performing the normalization process under a certain standardization condition is used.
  • the process of temporarily holding in the imaging image storage area 215 of the main memory 21 is repeated, and when imaging images corresponding to all the standardized conditions to be displayed are prepared, they are displayed on the screen of the display unit 6 at the same time. do it.
  • FIG. 8 shows a flowchart of processing for creating and displaying a standardized average mass spectrum (or maximum intensity mass spectrum) for measurement points included in the entire measurement region or the region of interest.
  • the data decompression processing unit 23 selects one measurement point in the region of interest (step S42) and stores it in the index storage region 212 of the main memory 21.
  • the compressed data of the measurement point stored in the compressed data storage area 211 of the main memory 21 is read with reference to the stored index corresponding to the measurement point (step S43). Then, a decoding process for decompressing the compressed data is performed to restore the ion intensity value at the measurement point (step S44).
  • the normalization calculation processing unit 29 reads the TIC normalization coefficient or XIC normalization coefficient corresponding to the measurement point stored in the normalization coefficient storage area 213 of the main memory 21 (step S45), and in step S44.
  • the intensity value is corrected by multiplying the restored normalization factor by the restored intensity value over the entire mass-to-charge ratio range.
  • the mass spectrum creation processing unit 28 integrates the corrected intensity values for each mass to charge ratio (step S46). If there is an unprocessed measurement point in the measurement region, the process returns from step S47 to S42, and the processes of steps S43 to S46 are executed for the unprocessed measurement point.
  • the mass spectrum creation processing unit 28 sets each integrated value in the region of interest.
  • the average value is calculated by dividing by the number of measurement points (step S48). Then, the average mass spectrum normalized through the display processing unit 31 is displayed on the screen of the display unit 6 (step S49).
  • the average mass spectrum obtained under a certain normalization condition is stored in the spectrum storage area 216 of the main memory 21. If the average mass spectrum corresponding to all the standardized conditions to be displayed has been prepared, the process of once holding may be repeated and displayed on the screen of the display unit 6 at the same time.
  • the maximum value of Ii ⁇ pi is searched at all measurement points. Now, assume that this value is maximum at the a-th measurement point. At this time, since rescaling may be performed so that Ia ⁇ pa becomes Max_long (or Max_short), the intensity value of each measurement point is multiplied by Max_long / (Ia ⁇ pa) or Max_short / (Ia ⁇ pa). Rescaling is sufficient. In addition to the above rescaling, the intensity value of each measurement point is normalized by multiplying by pi. Therefore, when rescaling and normalization are performed simultaneously, the intensity value of each measurement point is (Max_long XPa) / (Ia * Pi) or (Max_short * Pa) / (Ia * Pi) may be multiplied.
  • the statistical analysis calculation unit 30 performs peak processing.
  • a non-standardized peak matrix may be read from the matrix storage area 214 and a multivariate analysis such as a known principal component analysis, a network analysis, or the like may be executed.
  • the normalization calculation processing unit 29 reads out a non-standardized peak matrix from the peak matrix storage area 214 and also performs a normalization coefficient The TIC normalization coefficient or XIC normalization coefficient calculated in advance from the storage area 213 is read out. Then, a normalized peak matrix is obtained by multiplying the intensity value array of the peak matrix by a normalization coefficient, and this is used for statistical analysis.
  • the compressed data stored in the compressed data storage area 211 of the main memory 21 and the TIC normalization coefficient or the XIC normalization coefficient stored in the normalization coefficient storage area 213 by the process shown in FIG. are used to calculate a standardized average mass spectrum or maximum intensity mass spectrum in the entire measurement region or the designated region of interest (step S51).
  • the peak matrix creation unit 26 performs peak detection on the average mass spectrum or the maximum intensity mass spectrum, and creates a peak list in which the mass-to-charge ratio values of the detected peaks are extracted (step S52).
  • the normalization calculation processing unit 29 reads the TIC normalization coefficient or the XIC normalization coefficient corresponding to the measurement point stored in the normalization coefficient storage area 213 of the main memory 21 (step S54).
  • the data decompression processing unit 23 selects one peak in the peak list created in step S52 (step S55), and corresponds to the measurement point stored in the index storage area 212 of the main memory 21.
  • the minimum necessary compressed data corresponding to the mass-to-charge ratio or mass-to-charge ratio range of the selected peak among the compressed data of the measurement point stored in the compressed data storage area 211 of the main memory 21 with reference to the index Is read step S56.
  • the ion intensity value at the measurement point in the designated mass-to-charge ratio or mass-to-charge ratio range is restored (step S57).
  • the normalization calculation processing unit 29 corrects the intensity value by multiplying the intensity value restored in step S57 by the TIC normalization coefficient or the XIC normalization coefficient read out in step S54, and this is normalized. It is stored in the peak matrix storage area 214 of the main memory 21 as a peak matrix element. If the process of steps S55 to S58 is repeated for one measurement point and the process for all peaks is completed (Yes in step S59), the process returns from step S60 to S53, and this time another measurement point in the region of interest. Is selected, and the processing of steps S54 to S59 is repeated. As a result, a normalized peak matrix can be finally obtained, and this may be used for statistical analysis.
  • the statistical analysis results for the peak matrix that has undergone normalization under a certain standardization condition are the main results.
  • the process of temporarily storing the data in a storage area (not shown) on the memory 21 is repeated, and when statistical analysis results corresponding to all normalization conditions to be displayed are obtained, they are displayed on the screen of the display unit 6 at the same time. do it.
  • the compressed data is held in the main memory 21, so that the average mass spectrum, creation / display of an imaging image, statistical analysis, and the like can be performed with a single software.
  • the main memory 21 In order to execute such processing, in addition to data obtained by compressing mass spectrum data at all measurement points, normalization coefficients under various conditions, average mass spectrum in all measurement regions and regions of interest, one or more It is also necessary to store an imaging image, a peak matrix, and the like in the mass-to-charge ratio (or mass-to-charge ratio range) in the main memory 21.
  • the required data size is estimated.
  • the number of measurement points is 250 ⁇ 250 and the mass-to-charge ratio range is 600 to 2000
  • the number of data points in the mass-to-charge ratio direction of one mass spectrum is about 40,000.
  • the imaging mass spectrometry data after compression is about 600 MB.
  • the average mass spectrum (or maximum intensity mass spectrum) is, for example, about 8 MB when holding 100 images, 12 MB when holding 100 imaging images, and holding a peak matrix with 100 detection peaks. It will be about 12MB.
  • the normalization coefficient is held in the 8-byte “double” format, the data amount is about 0.5 MB per standardization condition.
  • the data amount of the mass spectrum, imaging image, peak matrix, normalization coefficient, etc. is sufficiently small compared to the imaging mass spectrometry data after compression. Therefore, when you want to display multiple images and average mass spectrum data that are standardized under different standardization conditions at the same time, rather than standardize and maintain multiple imaging mass spectrometry data itself (that is, data with different standardization conditions) It is more effective to save the size of the memory if the average mass spectrum, the imaging image, the peak matrix, the normalization coefficient, etc., which are standardized according to the standardization conditions, are held on a plurality of main memories. Also, the amount of calculation can be saved as well.
  • an index is created at the time of data compression so that necessary compressed data can be quickly searched using the index.
  • the use of an index is not an essential element in the present invention.
  • the data compression method is not limited to the method described above.
  • the statistical analysis method is not limited to the above example.
  • the standardization method of the ionic strength value is not limited to the above-described example.
  • the processing procedure has been described according to the flowchart. However, the procedure is not limited to the order of description, and it is obvious that some of the procedures can be interchanged appropriately.

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Abstract

　各測定点のマススペクトルを圧縮したデータ、及び、ＸＩＣ規格化等のための規格化係数をメモリ（２１）に格納しておく。特定のm/z値における規格化されたイメージング画像を表示する場合、データ伸張処理部（２３）は最低限必要な圧縮データをメモリ（２１）から読み出してm/z値に対する各測定点の強度値を復元するとともに、規格化演算処理部（２９）がm/z値に対応したＸＩＣ規格化係数をメモリ（２１）から読み出し、各測定点の強度値に乗じることで強度値を修正する。イメージング画像作成処理部（２７）は修正後の強度値に各々所定の表示色を与えてイメージング画像を作成し表示部（６）の画面上に表示する。これにより、規格化条件を変更して次々にイメージング画像を表示する場合でも、予め規格化計数を計算して記憶しておけば、画像を高速で表示することができる。

Description

イメージング質量分析データ処理方法及びイメージング質量分析装置
　本発明は、試料上の特定の質量電荷比又は質量電荷比範囲のイオンの信号強度分布を示すイメージング画像を取得可能であるイメージング質量分析装置に好適なデータ処理方法、及び該データ処理方法を用いたイメージング質量分析装置に関する。
　質量分析イメージングは、生体組織切片などの試料の２次元領域内の複数の測定点（微小領域）に対しそれぞれ質量分析を行うことにより、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。また、通常、試料上の任意の２次元領域について顕微観察を行い、その顕微観察画像に基づいて分析対象領域を定めて該領域のイメージング質量分析を実行することから顕微質量分析装置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。例えば非特許文献１、２には、一般的なイメージング質量分析装置の構成や分析例が開示されている。
　イメージング質量分析装置では、試料上の２次元領域内の多数の測定点においてそれぞれ所定の質量電荷比範囲のマススペクトルデータが取得される。高い質量分解能を実現するために、通常、質量分析器としては飛行時間型質量分析器（ＴＯＦＭＳ）が利用され、１測定点当たりのマススペクトルデータ（又は飛行時間スペクトルデータ）のデータ量は例えば四重極型質量分析装置などによるマススペクトルデータのデータ量に比べるとかなり多くなる。また、精緻なイメージング画像を得る（つまり空間分解能を上げる）ためには測定点の間隔を狭める必要があり、そうすると一つの試料に対する測定点の数が多くなる。そのため、高質量分解能、高空間分解能の質量分析イメージングを行おうとすると、試料当たりのデータの総量は膨大になる。
　一般的なパーソナルコンピュータを用いたデータ処理によってイメージング画像を作成・表示したり統計解析を行ったりするためには、該コンピュータのメインメモリ（一般的にはＲＡＭ）に処理対象の全データを読み込む必要がある。しかしながら、一般的なパーソナルコンピュータで実質的に使用できるメインメモリの記憶容量には限界があり、上述したような高精細のイメージング質量分析データを全て読み込むことは困難である。そうした場合、メインメモリに読み込むことが可能なデータ量の制約に合わせて作成・表示可能なイメージング画像の範囲を制限したり、或いは、処理速度が低下することを許容しつつハードディスクドライブ等の外部記憶装置の一部を仮想的なメインメモリとして使用した処理を行ったりする必要があった。
　こうした課題に対し、特許文献１～３には、イメージング質量分析装置で得られたマススペクトルデータを圧縮して保存する技術が開示されている。このようなデータ圧縮技術を利用することで、処理対象であるイメージング質量分析データのデータサイズを縮小しメインメモリに読み込むことが可能である。また、特許文献１に記載の手法では、圧縮前の原マススペクトルデータの配列上の位置と圧縮データの配列上の位置とを対応付けたインデクスを作成し、これを圧縮データとともに又は圧縮データとは別に記憶しておく。そして、或る質量電荷比に対応したデータ（イオン強度値）を読み出す必要がある場合に、インデクス情報を参照することで目的のデータに対応する圧縮データを見つけそれを復号する。このようにすることで、データ圧縮を行いながらも、迅速に目的のデータを取得することが可能となっている。
　ところで、イメージング質量分析装置に通常利用されるＭＡＬＤＩイオン源は生体試料に適したイオン化法であるものの、測定毎（つまりはレーザ光照射毎）のイオン強度のばらつきが比較的大きいという欠点がある。こうした欠点を補うために、一つの測定点に対するマススペクトルを取得する際に、同一測定点に対して実行された多数回の測定のイオン強度信号を積算するようにしている。しかしながら、そうした積算を行っても測定点毎のイオン強度のばらつきの影響を十分に解消できないことがある。そのため、測定点毎に得られた特定の質量電荷比に対するイオン強度値からそのままイメージング画像を作成しても、必ずしも物質の分布を正確に反映しているとは限らない。そこで、イメージング画像を作成する際に、各測定点のイオン強度値をそのまま用いるのではなく所定の基準に従って規格化したイオン強度値を用いることが従来提案されている。
　例えば非特許文献１には、イメージング質量分析データに対しＴＩＣ規格化やＸＩＣ規格化を行ったうえでイメージング画像の作成・表示を行ったり統計解析を行ったりすることが有効であることが示されている。ここで、ＴＩＣは「Total Ion Current」の略称であり、各測定点で取得したマススペクトルにおける全質量電荷比範囲のイオン強度値の和のことである。ＴＩＣ規格化を行えば、各測定点のＴＩＣが同じになるように各質量電荷比における強度値が規格化されることになる。一方、ＸＩＣは「Extract Ion Current」の略称であり、各測定点で取得したマススペクトルにおける指定された質量電荷比のイオン強度又は指定された質量電荷比範囲のイオン強度の和のことである。ＸＩＣ規格化を行えば、各測定点のＸＩＣが同じになるように各質量電荷比における強度値が規格化されるから、特定の質量電荷比に対するピークの高さを各測定点において揃えることができる。
　また、イメージング画像として表示したい質量電荷比や質量電荷比範囲をオペレータ（ユーザ）が決めるために、全測定点或いはオペレータが着目している関心領域内の測定点における平均マススペクトルが参照されることが多いが、平均マススペクトルについてもＴＩＣ規格化又はＸＩＣ規格化がなされたイオン強度値に基づいて作成すると有効である。
　ところが、このように規格化したイオン強度値を用いてイメージング画像の作成、平均スペクトルの作成、或いは、統計解析の実行などを行うとすると、次のような不都合がある。
　例えば規格化したイオン強度値に基づくイメージング画像を表示する場合、どのような規格化を行うか（例えばＴＩＣ規格化かＸＩＣ規格化か）、或いは、ＸＩＣ規格化の場合にはどの質量電荷比（又は質量電荷比範囲）を基準とするか、といった規格化の条件によって、イメージング画像の様相は大きく変化する。このため、オペレータは規格化の条件を指定する必要があるが、実際には、規格化の条件を変えながら何度もイメージング画像や平均マススペクトルを表示させ、オペレータ自身がそれらを比較しながら適切な規格化条件を決めるといった作業が行われることが多い。規格化を行う場合には、各測定点のマススペクトルの強度値にその規格化条件によって異なる規格化係数を乗じる必要がある。そのため、規格化条件が変更されとその度に、規格化係数の計算や、その規格化係数を用いたイメージング質量分析データの規格化演算処理などの処理が必要になり、データ処理に時間が掛かってしまう。また、上述したように、各測定点のマススペクトルデータを圧縮して保存するにしても、様々な規格化条件に従って規格化されたマススペクトルデータを全て保存しようとすると、かなりのデータサイズが必要となり実用的でない。
　また複数の試料のイメージング質量分析データを比較するために統計解析を実施する場合、平均マススペクトルや各質量電荷比の最大強度値を全測定点に亘り抽出した最大強度マススペクトルから代表的なピークの質量電荷比（又は質量電荷比範囲）を選出し、各測定点のマススペクトルからその質量電荷比におけるイオン強度値を求め、質量電荷比値とイオン強度値のセットであるピーク行列を作成する。そして、そのピーク行列に対して様々な統計解析を実行する。的確な統計解析を行うために、ピーク行列の質量電荷比値を変更して何度も統計解析をやり直すことがあるが、ピーク行列の計算には時間が掛かるので作業効率が悪い。また、様々な条件で規格化されたイメージング質量分析データに基づく統計解析処理を実行しようとすると、更に一層、処理は煩雑になり、作業に時間が掛かることになる。
　また一般に、コンピュータで使用できるメインメモリの容量の制約から、従来、イメージング質量分析データに基づいて特定の質量電荷比のイメージング画像や特定の関心領域における平均スペクトルを作成・表示するソフトウエアと、統計解析を行うソフトウエアとは独立したものとなっていた。そのため、統計解析の結果有意であると判断した質量電荷比に対する詳細なイメージング画像を確認するような場合には、別々のソフトウエア間でのデータファイルのやり取りや、それぞれのソフトウエアの起動、終了操作が必要であて、オペレータにとって作業が大変煩雑であるという問題もあった。
特開２０１２－１６９９７９号公報 特開２０１２－０３８４５９号公報 米国特許公開２０１２／０１３３５３２号明細書
小河、ほか５名、「顕微質量分析装置の開発」、島津評論、第６２巻、第３・４号、２００６年３月３１日発行、ｐ．１２５－１３５ 原田、ほか８名、「顕微質量分析装置による生体組織分析」、島津評論、第６４巻、第３・４号、２００８年４月２４日発行、ｐ．１３９－１４５ 杉浦（Y. Sugiura）ほか６名、「ビジュアライゼイション・オブ・ザ・セル-セレクティブ・ディストリビューション・オブ・ピーユーエフエー-コンテイニング・フォスファティダイルコリンズ・イン・マウス・ブレイン・バイ・イメージング・マス・スペクトロメトリ（Visualization of the cell-selective distribution of PUFA-containing phosphatidylcholines in mouse brain by imaging mass spectrometry）」、ジャーナル・オブ・リピッド・リサーチ（Journal of Lipid Research）、Vol.50、2009年、pp.1766-1788
　本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その第１の目的は、イメージング質量分析装置で得られたデータに基づいて、測定点毎のイオン強度値のばらつきの影響を軽減する等のために規格化を行ったイメージング画像やマススペクトルの作成・表示を行う際に、コンピュータに搭載されたメインメモリを有効に活用して高速の処理を行うことができるイメージング質量分析データ処理方法及びイメージング質量分析装置を提供することにある。
　また本発明の第２の目的は、イメージング質量分析装置で得られたデータに基づいて、統計解析を行う際に、コンピュータに搭載されたメインメモリを有効に活用して高速の処理を行うことができるイメージング質量分析データ処理方法及びイメージング質量分析装置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の第１の態様は、試料上の複数の測定点に対しそれぞれ質量分析を実行することにより収集された、イオン強度値の１次元配列であるマス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イメージング質量分析データを処理するイメージング質量分析データ処理方法であって、
　a)各測定点のマススペクトルデータに対し所定のアルゴリズムに従って圧縮処理を実行し、得られた圧縮データを記憶部の第１記憶領域に格納する圧縮ステップと、
　b)各測定点のマススペクトルデータにおける強度値を所定の基準に従って規格化するための規格化係数を測定点毎に計算して、その結果を前記記憶部の第２記憶領域に格納する規格化係数作成ステップと、
　c)前記記憶部の第１記憶領域に格納されている各測定点に対する強度値の圧縮データ、該記憶部の第２記憶領域に格納されている各測定点の規格化係数、及び、それら測定点の空間位置情報を用い、指定された又は特定の複数の測定点における規格化されたマススペクトルの積算マススペクトル、平均マススペクトル、又は質量電荷比毎に最大強度値を抽出した最大強度マススペクトルの少なくともいずれか一つを規格化マススペクトルとして算出する規格化スペクトル作成ステップと、
　d)前記記憶部の第１記憶領域に格納されている各測定点に対する強度値の圧縮データ、該記憶部の第２記憶領域に格納されている各測定点の規格化係数、及び、それら測定点の空間位置情報を用い、指定された又は特定の質量電荷比若しくは質量電荷比範囲に対する規格化された強度値の２次元分布を示すイメージング画像を作成する規格化画像作成ステップと、
　を有することを特徴としている。
　本発明の第１の態様によるイメージング質量分析データ処理方法では、イメージング質量分析装置により収集されたイメージング質量分析データが解析対象として与えられると、まず圧縮ステップにおいて、各測定点のマススペクトルデータの１次元配列に対して圧縮処理が行われ、圧縮データが例えばコンピュータのメインメモリなどの記憶部に格納される。ここで、マススペクトルデータの１次元配列とは、質量電荷比毎の強度値を質量電荷比の順に並べたデータ列のほか、例えば飛行時間型質量分析装置で得られる飛行時間毎の強度値をその飛行時間の順に並べたデータ列も含む。また、可逆圧縮の符号化方法は特に問わないが、例えばランレングス符号化、エントロピー符号化、又はそれらを組み合わせた符号化などを用いることができる。
　また規格化係数作成ステップにおいて、各測定点のマススペクトルデータにおける強度値を所定の基準に従って規格化するための係数を微小測定領域毎に計算して、その結果を前記記憶部の第２記憶領域に格納する。ここで、規格化の手法は、少なくとも上述したＴＩＣ規格化又はＸＩＣ規格化とすることができる。また、ＸＩＣ規格化のための質量電荷比又は質量電荷比範囲が指定されたときには、その度に規格化係数作成ステップにおいて質量電荷比又は質量電荷比範囲に対応した規格化係数を求め、記憶部の第２記憶領域に格納するとよい。
　例えば特定の関心領域における平均マススペクトルの作成がオペレータにより指定されると、規格化スペクトル作成ステップにおいて、その関心領域に含まれる測定点に対応した圧縮データが記憶部の第１記憶領域から読み出され伸張処理されてそれぞれマススペクトルが算出される。また、ＴＩＣ規格化係数又は指定された質量電荷比に対応したＸＩＣ規格化係数が記憶部の第２記憶領域から読み出され、この係数が上述したように得られたマススペクトルの各強度値に乗じられ、そうして規格化されたマススペクトルに基づいて規格化された平均マススペクトルが算出される。ＸＩＣ規格化係数等の規格化の条件が相違する平均マススペクトルの作成が指示された場合には、それぞれの規格化条件に対応して記憶部の第２記憶領域に格納されている規格化係数が読み出され、同様にしてマススペクトルの規格化処理が実行されてそれぞれ平均マススペクトルが算出される。
　一方、例えば特定の質量電荷比又は質量電荷比範囲に対するイメージング画像の作成がオペレータにより指定されると、規格化画像作成ステップにおいて、指定された質量電荷比等に対応した最低限必要な圧縮データが記憶部の第１記憶領域から読み出され伸張処理されてそれぞれイメージング画像が作成される。また、ＴＩＣ規格化係数又は指定された質量電荷比等に対応したＸＩＣ規格化係数が記憶部の第２記憶領域から読み出され、この係数が上述したように得られたイメージング画像の各測定点の強度値に乗じられ、規格化されたイメージング画像が算出される。ＸＩＣ規格化係数等の規格化の条件が相違するイメージング画像の作成が指示された場合には、それぞれの規格化条件に対応して記憶部の第２記憶領域に格納されている規格化係数が読み出され、同様にしてイメージング画像の各強度値の規格化処理が実行されてそれぞれ規格化イメージング画像が作成される。
　このように本発明の第１の態様では、例えばコンピュータのメインメモリなどの記憶部にはイメージング質量分析データを圧縮したデータをそのまま保持するとともに、規格化のための規格化係数を別途記憶部に保持しておき、規格化されたマススペクトルの作成やイメージング画像の作成に際して、圧縮データを伸張して得られた強度値に規格化係数を乗じその結果を出力することにより、元のイメージング質量分析データを規格化したのと同じマススペクトルやイメージング画像を得ることができる。
　なお、本発明に係る第１の態様のイメージング質量分析データ処理方法では、好ましくは、前記規格化スペクトル作成ステップにより作成された規格化マススペクトルを表示部の画面上に表示し、該表示に基づくオペレータによる質量電荷比又は質量電荷比範囲の指定を受けて、前記規格化画像作成ステップにより作成するイメージング画像の質量電荷比又は質量電荷比範囲を設定する質量電荷比特定ステップをさらに有するものとするとよい。
　即ち、このデータ処理方法によれば、オペレータは規格化されたマススペクトルを見て目的とする物質の２次元分布を把握するのに適切な質量電荷比や質量電荷比範囲を認識して、それに対応するイメージング画像を表示させることができる。
　また、本発明に係る第１の態様のイメージング質量分析データ処理方法は、さらにまた、
　前記記憶部の第１記憶領域に格納されている各測定点に対する強度値の圧縮データ、及び、それら測定点の空間位置情報を用いて、指定された又は特定の複数の微小測定領域における規格化されていないマススペクトルの積算マススペクトル、平均マススペクトル、又は最大強度マススペクトルの少なくともいずれか一つを算出するスペクトル作成ステップと、
　前記記憶部の第１記憶領域に格納されている各測定点に対する強度値の圧縮データ、及び、それら測定点の空間位置情報を用いて、指定された又は特定の質量電荷比若しくは質量電荷比範囲に対する規格化されていない強度値の２次元分布を示すイメージング画像を作成する画像作成ステップと、
　を有するようにしてもよい。
　なお、上記スペクトル作成ステップは規格化スペクトル作成ステップの処理の一部とし、上記画像作成ステップは規格化画像ステップの処理の一部としてもよい。即ち、規格化マススペクトルや規格化イメージング画像を作成する過程において、規格化係数を乗じる前の強度値に基づくマススペクトルやイメージング画像を作成するようにしてもよい。或いは、規格化の処理において、規格化係数を全て１としてもよい。これにより、規格化マススペクトルや規格化イメージング画像だけでなく、規格化していない平均マススペクトルやイメージング画像を併せて作成して表示することが可能となり、オペレータに対しより多様な情報を提供することができる。
　さらにまた本発明に係る第１の態様のイメージング質量分析データ処理方法では、
　前記規格化スペクトル作成ステップにおいて作成された規格化マススペクトル、又は規格化していないマススペクトル、に対しピーク検出を行ってピークの質量電荷比値のリストを作成し、各測定点のマススペクトルデータから前記リスト中の質量電荷比に対応する強度値を求め、その強度値を質量電荷比値に応じて配列したピーク行列を作成するピーク行列作成ステップと、
　前記規格化係数作成手段により作成した規格化係数により、前記ピーク行列作成ステップにおいて作成したピーク行列の強度値を規格化するピーク行列規格化ステップと、
　前記ピーク行列規格化ステップにおいて規格化したピーク行列、又は前記ピーク行列作成ステップにおいて作成したピーク行列、に対して統計解析を実行する統計解析ステップと、
　を有するものとするとよい。
　この場合、さらに、前記規格化画像作成ステップにおいて作成されたイメージング画像、前記規格化スペクトル作成ステップにより作成された規格化マススペクトル、前記統計解析ステップにより得られた統計解析結果とを同時に表示部の画面上に表示する表示ステップを有するものとすることができる。
　或いは、前記規格化画像作成ステップにより作成された１若しくは規格化条件の異なる複数の規格化されたイメージング画像又は前記画像作成ステップにおいて作成されたイメージング画像と、前記規格化スペクトル作成ステップにより作成された１若しくは規格化条件の異なる複数の規格化されたマススペクトル又は前記スペクトル作成ステップにより作成されたマススペクトルと、前記ピーク行列規格化ステップにおいて規格化された１若しくは規格化条件の異なる複数の規格化されたピーク行列又は前記ピーク行列作成ステップにおいて作成されたピーク行列に対して統計解析を行う前記統計解析ステップにより得られた統計解析結果とについて、その全て又は少なくともいずれかを同時に表示部の画面上に表示する表示ステップをさらに有するものとしてもよい。
　これにより、単に規格化された平均マススペクトルやイメージング画像を表示するだけでなく、メインメモリに格納されている圧縮データと規格化係数とを用いて、任意の規格化条件の下での統計解析を実施して、その結果を平均マススペクトルやイメージング画像とともに確認することができる。また、平均マススペクトル、イメージング画像、統計解析結果についてそれぞれ規格化を行った結果と規格化を行っていない結果とを同時に表示したり、或いは異なる規格化条件の下で規格化を行った複数の結果を同時に表示したりすることもできる。
　また、上述したように、従来一般には、メインメモリの制約等のためにイメージング画像等を作成・表示するソフトウエアと統計解析を実行するソフトウエアとは別々であるが、上記データ処理方法によれば、メインメモリに格納されているデータをほぼ共通に利用してイメージング画像等の作成・表示と統計解析処理とを実行することができるので、ソフトウエアを一体化することも容易である。それによって、イメージング画像等の作成・表示と統計解析処理とを連携して行うこともでき、別々のソフトウエアをいちいち起動させたり終了させたりする必要もないので、作業の効率化が図れる。
　このような、イメージング質量分析データを圧縮したデータを共通に使用してイメージング画像や平均マススペクトル等の作成・表示と統計解析処理とを連携して行うデータ処理手法は、強度値の規格化を行わない場合にも適用することが可能である。即ち、上記課題を解決するためになされた本発明の第２の態様によるイメージング質量分析データ処理方法は、試料上の複数の測定点に対しそれぞれ質量分析を実行することにより収集された、イオン強度値の１次元配列であるマス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イメージング質量分析データを処理するイメージング質量分析データ処理方法であって、
　a)各測定点のマススペクトルデータに対し所定のアルゴリズムに従って可逆圧縮処理を実行し、得られた圧縮データを記憶部の第１記憶領域に格納する圧縮ステップと、
　b)前記記憶部の第１記憶領域に格納されている各測定点に対する強度値の圧縮データ、及び、それら測定点の空間位置情報を用いて、指定された又は特定の質量電荷比若しくは質量電荷比範囲に対する規格化されていない強度値の２次元分布を示すイメージング画像を作成する画像作成ステップと、
　c)前記記憶部の第１記憶領域に格納されている各測定点に対する強度値の圧縮データ、及び、それら測定点の空間位置情報を用いて、指定された又は特定の複数の微小測定領域における規格化されていないマススペクトルの積算マススペクトル、平均マススペクトル、又は最大強度マススペクトルの少なくともいずれか一つを算出するスペクトル作成ステップと、
　d)前記スペクトル作成ステップにおいて作成されたマススペクトルに対しピーク検出を行ってピークの質量電荷比値のリストを作成し、各測定点のマススペクトルデータから前記リスト中の質量電荷比に対応する強度値を求め、その強度値を質量電荷比値に応じて配列したピーク行列を作成するピーク行列作成ステップと、
　e)前記ピーク行列作成ステップにおいて作成したピーク行列に対して統計解析を実行する統計解析ステップと、
　を有することを特徴としている。
　この第２の態様によるイメージング質量分析データ処理方法によれば、メインメモリに格納されているデータをほぼ共通に利用してイメージング画像等の作成・表示と統計解析処理とを実行することができるので、ソフトウエアを一体化することが容易である。それによって、イメージング画像等の作成・表示と統計解析処理とを連携して行うこともでき、別々のソフトウエアをいちいち起動させたり終了させたりする必要もないので、作業の効率化が図れる。
　なお、第１及び第２の態様のイメージング質量分析データ処理方法において、圧縮されたデータはそのデータのみで伸張可能であるものの、データ圧縮方法によっては、特定の質量電荷比に対応した強度値を求めるのに時間が掛かることがある。そこで、好ましくは、圧縮したデータに加え、該圧縮データと元データの配列における強度値の位置情報とを関連付けたインデクス情報を前記記憶部の第３領域に格納し、該インデクス情報を参照して特定の質量電荷比に対応する強度値を取得するようにするとよい。
　これによって、圧縮データから任意の質量電荷比に対する強度値を求める伸張処理が高速に行えるので、圧縮データを利用したイメージング画像や平均マススペクトルの表示、或いは、統計解析処理などがいずれも高速化される。
　また上記課題を解決するためになされた本発明に係るイメージング質量分析装置は、試料上の複数の測定点に対しそれぞれ質量分析を実行することにより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と、上記本発明に係るイメージング質量分析データ処理方法を実施するデータ処理部と、を備えることを特徴としている。
　ここで、イメージング質量分析部の構成、具体的には、イオン源の種類、質量分析器の種類などは特に問わないが、典型的には、イオン源はＭＡＬＤＩイオン源、質量分析器は飛行時間型質量分析器である。また、イメージング質量分析部は例えば衝突誘起解離などによりイオンを１段階乃至多段階に解離させるイオン解離部を有し、それによって生成されたプロダクトイオンを質量分析可能な構成であってもよい。
　本発明に係るイメージング質量分析データ処理方法及びイメージング質量分析装置によれば、条件の相違する様々な規格化を行ったイメージング画像や平均マススペクトルの作成・表示を行う際にも、そうした種類の異なる規格化を行ったイメージング質量分析データをそれぞれ保存したデータファイルを作成したり、そうしたデータファイルを表示の指示等が与えられる度にメインメモリに読み込んで処理したりする必要がなくなる。特に、元のイメージング質量分析データは圧縮された状態ではあるもののメインメモリに保持したままの状態であり、また強度値を規格化するための様々な条件の下での規格化係数もメインメモリに保持しておけばよいので、そうした規格化係数を用いることで規格化したイメージング画像や平均マススペクトルなどの結果を迅速に表示させることができる。また、同一のイメージング質量分析データに対して得られた異なる規格化条件の下での複数の平均スペクトルやイメージング画像などをメインメモリに一時的に格納しておくことにより、異なる規格化条件の下での複数の平均スペクトルやイメージング画像などをオペレータが容易に比較可能であるように同時に表示することも可能となる。そうした表示を行う場合でも、平均スペクトルやイメージング画像などのデータ量はそれほど多くなく、メインメモリに保持しておくべきデータの量は、イメージング質量分析データを圧縮したデータと様々な条件の下での規格化係数のデータとを合わせた程度の量であるため、メインメモリの容量を抑えてコストの低減が可能である。
　また、本発明に係るイメージング質量分析データ処理方法及びイメージング質量分析装置によれば、イメージング画像の作成・表示と統計解析とを連携させて行うことが可能であり、例えば統計解析の結果有意であると判定された質量電荷比のイメージング画像を表示するような処理も迅速に且つスムーズに行える。また、そうしたイメージング画像の表示のために、ピーク行列として保持している強度値からイメージング画像を作成するのではなく、元のイメージング質量分析データを用いたイメージング画像を作成することができるので、精緻で詳細なイメージング画像を表示することが可能になる。さらにまた、イメージング画像やマススペクトルを作成・表示するソフトウエアと統計解析のためのソフトウエアとを一体化することで、別々のソフトウエアをいちいち起動させたり終了させたりする必要もなくなり、作業の効率化が図れる。
本発明に係るイメージング質量分析データ処理方法を実施するためのイメージング質量分析システムの一実施例の概略構成図。 本実施例のイメージング質量分析システムにおいてオペレータにより解析対象のデータファイルが指定されたときに実行される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システムにおけるデータ圧縮例を示す概念図。 本実施例のイメージング質量分析システムにおけるインデクス情報作成例を示す概念図。 本実施例のイメージング質量分析システムにおけるＴＩＣ規格化係数算出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システムにおけるＸＩＣ規格化係数算出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システムにおける規格化イメージング画像の作成・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システムにおける規格化マススペクトルの作成・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システムにおける規格化ピーク行列作成処理のフローチャート。 イメージング質量分析により得られるデータとそれに基づく２次元イメージング画像表示の概要説明図。
　以下、本発明に係るイメージング質量分析データ処理方法及び該方法を用いたイメージング質量分析装置の一実施例を、添付図面を参照して説明する。
　図１は本発明の一実施例であるイメージング質量分析データ処理方法を実施可能であるイメージング質量分析システムの要部の構成図である。
　このイメージング質量分析システムは、試料上の２次元的な多数の測定点に対してそれぞれ質量分析を実行し測定点毎に所定の質量電荷比範囲のマススペクトルデータを取得するイメージング質量分析部１と、得られたデータに対し後述するような様々なデータ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で取得された生のマススペクトルデータを保存する例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの大容量の外部記憶装置４と、オペレータが操作する操作部５と、分析結果等を表示する表示部６と、を備える。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、該データ処理部２は機能ブロックとして、データ収集部２０、メインメモリ２１、データ圧縮処理部２２、データ伸張処理部２３、インデクス作成処理部２４、規格化係数計算部２５、ピーク行列作成部２６、イメージング画像作成処理部２７、マススペクトル作成処理部２８、規格化演算処理部２９、統計解析演算部３０、表示処理部３１などを含む。
　イメージング質量分析部１では、図１０に示すように、試料１００上でオペレータが指定した測定領域１０１内の設定された多数の測定点（微小領域）１０２に対しそれぞれ質量分析を実施する。ここでは、イメージング質量分析部１の構成は特に問わないが、一般的には、ＭＡＬＤＩイオン源とＴＯＦＭＳとを組み合わせた質量分析部を含み、試料１００を載置した試料ステージ（図示せず）がｘ軸、ｙ軸の２軸方向に高精度で移動することにより、試料１００上の任意の位置に対する質量分析が可能な構成となっている。
　イメージング質量分析部１は、好ましくは、光学顕微鏡と、ＣＣＤ撮像素子又はＣＭＯＳ撮像素子などを用いた撮像装置とを備え、試料１００について測定点の間隔よりも十分高い解像度を有する画像を撮影し、その画像をデータ収集部２０、表示処理部３１、表示部６を介してオペレータに示す。オペレータが、この画像を参照して測定領域１０１に対応する領域を操作部５により指定すると、データ処理部２は指定された領域の座標情報を計算する。イメージング質量分析部１はその指定された領域に対応する位置座標に試料ステージを駆動し、各測定点において質量分析を実行することでマススペクトルデータを取得する。
　データ収集部２０は、イメージング質量分析部１により得られたマススペクトルデータ及びイメージング質量分析部１の撮像装置により撮影された顕微観察画像データを読み込み、外部記憶装置４の非圧縮イメージング質量分析データ記憶領域４０及び顕微画像データ記憶領域４１にそれぞれ格納する。なお、一つの試料に対して収集されたデータは例えば一つのデータファイルにまとめて格納するとよい。
　このように外部記憶装置４に格納されているイメージング質量分析データを用いた解析処理を行う場合のデータ処理部２における処理動作を以下に説明する。
　　［解析処理の初期的な動作］
　図２は、オペレータにより解析対象であるデータファイルが指定されたときにデータ処理部２において初期的に実行される処理のフローチャートである。
　例えばデータ処理のための専用のソフトウエアがコンピュータ上で起動され、オペレータが操作部５により処理対象のデータファイルを指定すると（ステップＳ１）、データ圧縮処理部２２は外部記憶装置４から各測定点に対するマススペクトルデータを順次読み込み、後述するデータ圧縮アルゴリズムに従って測定点毎にデータ圧縮を実行する。また、インデクス作成処理部２４は測定点毎に、マススペクトルデータ（原マススペクトルデータ）と圧縮データとを利用して後述するようなインデクスを作成する。また、規格化係数計算部２５は後述のようにして各測定のＴＩＣ規格化係数を計算する。さらにピーク行列作成部２６は後述のようにして統計解析のためのピーク行列を計算する（ステップＳ２）。こうして算出されたマススペクトルデータに対する圧縮データ、インデクス、ＴＩＣ規格化係数、及びピーク行列は、メインメモリ２１の圧縮データ記憶領域２１１、インデクス記憶領域２１２、規格化係数記憶領域２１３、及びピーク行列記憶領域２１４にそれぞれ格納される（ステップＳ３）。
　さらに、マススペクトル作成処理部２８は全測定点におけるマススペクトルデータを質量電荷比毎に積算し、各積算値を全測定点数で除することにより、平均マススペクトルを求める。そして、この平均マススペクトルをメインメモリ２１のスペクトル記憶領域２１６に格納するとともに、表示処理部３１を通して表示部６の画面上に表示する（ステップＳ４）。表示された平均マススペクトルにより、オペレータは、全体としてどの質量電荷比のイオン強度が高いのか（どのような質量を有する物質が多いのか）を概略的に把握することができる。
　　［マススペクトルデータの圧縮処理の詳細］
　図３、図４を用い、本実施例で使用されているマススペクトルデータの圧縮処理について説明する。なお、このデータ圧縮方法は特許文献１に開示された方法である。
　一つの試料に対して得られたイメージング質量分析データは、全ての測定点に共通である一つの質量電荷比値の１次元配列データと、測定点毎のマススペクトルのイオン強度値の１次元配列データと、を含む。イメージング質量分析部１がＴＯＦＭＳを用いた構成である場合には、質量電荷比値の１次元配列データの代わりに飛行時間値の１次元配列データを用いることもできる。ここでは、図３（ａ）に示したようなマススペクトルから抽出されたイオン強度値の１次元配列データを圧縮処理する場合を例に挙げて説明する。
　なお、或る質量電荷比に対する一つのイオン強度値は２バイト（１６ビット）データ（ここではＨＥＸ表示で記し、本明細書中ではＨＥＸ表示は括弧「」囲みで示す）であるとする。なお、データ圧縮に先立ち、各強度値が所定のノイズレベル未満であるか否かを判定し、ノイズレベル未満である強度値はゼロに置き換えるものとする。こうした前処理を行うと、有意なピーク以外の部分では強度値ゼロが連続する状態となることが多い。
　図３（ｂ）に示したようなイオン強度値の１次元配列に対し、質量電荷比が小さなデータから順番（図３（ｂ）中の下向きの矢印の順）に強度値をチェックしてゆき、強度ゼロ値（図３、図４中では「００００」）が２以上連続する場合には、その連続部分をその連続個数に置換する。ただし、連続個数の最大は３２７６７であり、それ以上強度ゼロデータが連続する場合には、それまでの部分を「７ＦＦＦ」に置き換え、その後の強度ゼロデータの連続個数を圧縮データ配列の次の行に格納するものとする。
　一方、ゼロでない強度値が１以上連続する場合には、圧縮データ配列上において、その連続部分の先頭にその連続個数を格納するとともに、その後に強度値をそのまま順次格納していく。なお、この場合の連続個数も最大３２７６７までであり、それ以上は再度その位置から同様のアルゴリズムで連続個数を格納する。また、連続部分の先頭に付されるゼロでない強度値の連続個数を圧縮データ配列上に格納する際には、２バイトデータの最上位ビット（ＭＳＢ）を”１”に設定する。つまり、連続個数を示す数値は２バイト（１６ビット）データのうちのＭＳＢを除く１５ビットで表される。したがって、連続個数が３２７６８（＝２15）以上である場合には、連続個数を示す数値が「７ＦＦＦ」より大きくなるので強度ゼロではないデータ値の連続であることがすぐに判明し、２進数ではＭＳＢを除いた数値、またＨＥＸ表示では「８０００」を減じた数値が実際のデータ値の連続個数となる。
　図３（ｂ）の例では、まずイオン強度値の１次元配列の先頭から強度ゼロでない有意なデータ値が５個連続するから、図３（ｃ）に示す圧縮データ配列においては、まず連続部分の先頭に、ＭＳＢを”１”とし、それ以外のビットで５を表した「８００５」を格納し、その後に原マススペクトルデータ配列上の５個のデータ値をそのまま圧縮データ配列上に連ねる。したがって、原マススペクトルデータ配列上の５個の連続データは圧縮データ配列上の６個の連続データに対応する。その後、原マススペクトルデータ配列上では強度ゼロデータが４個連続するから、この連続部分は圧縮データ配列上では「０００４」である１個のデータに置き換えられる。以上のような規則に従って、イオン強度値の一時次元配列は圧縮データ配列に変換される。
　一方、図４（ｂ）に示すインデクスは、原マススペクトルデータ配列上の位置と圧縮データ配列上の位置との対応関係を示すものである。具体的には、インデクスは、原マススペクトルデータ配列上で強度ゼロが２以上連続する部分の開始位置（例えば図４（ａ）に示す原マススペクトルデータ配列の６番目）とその連続部分に対応する圧縮データ配列上の位置（例えば図４（ｃ）に示す圧縮データ配列の７番目）とを一つの組とするとともに、原マススペクトルデータ配列上で有意な強度を持つデータの並びの開始位置（例えば図４（ａ）に示す原マススペクトルデータ配列の１０番目）とその並びに対応する圧縮データ配列上の位置（例えば図４（ｃ）に示す圧縮データ配列の８番目）とを一つの組とし、１組を１行として各組の位置対応情報をリスト化したものである。この作成手順は本発明の趣旨ではないので説明を略すが、特許文献１に記載の手法により容易に作成可能である。インデクスは圧縮データに基づいて原スペクトルデータを復元する際に必須のものではないが、このインデクスを利用することで任意の質量電荷比に対する強度値の算出が高速に行える。
　なお、データ圧縮符号化の手法は上述したような特許文献１に記載の方法に限らず、特許文献２、３などに記載の方法やそれ以外の各種の方法を用いることができる。
　実際には、一つのマススペクトルデータの圧縮処理に所要する時間は、イメージング質量分析部１において、試料ステージを測定点毎に移動させてそれぞれ質量分析を行うのに要する時間に比べると十分に短く、また測定中にデータ収集部２０で行われる処理ためのＣＰＵの負荷は低い。そのため、測定中に、得られたマススペクトルデータに対してデータ圧縮処理部２２は圧縮処理を実行し、圧縮されたイメージング質量分析データを外部記憶装置４の圧縮イメージングデータ記憶領域（図示せず）に格納するようにするとよい。さらに、測定中にインデクス作成処理部２４はインデクスを作成し、作成されたインデクスデータも外部記憶装置４に格納するようにしてもよい。即ち、イメージング質量分析データの圧縮やインデクスの作成はバッチ処理的に行う必要はなく、測定中に略リアルタイムで行うことができる。
　上述のように、測定中にデータ圧縮処理を行った（インデクスは作成しない）場合には、測定の終了後、オペレータにより解析対象であるデータファイルが指定されたとき、データ処理部２において初期的に実行される図２に相当する処理は以下のようになる。
　即ち、例えばデータ処理のための専用のソフトウエアがコンピュータ上で起動され、オペレータが操作部５により処理対象の圧縮イメージング質量分析データを含むデータファイルを指定すると（ステップＳ１）、インデクス作成処理部２４は外部記憶装置４から各測定点に対する圧縮されたマススペクトルデータを順次読み込み、圧縮データ記憶領域２１１に格納するとともに、その圧縮データを利用してインデクスを作成し、インデクス記憶領域２１２に格納する。また、規格化係数計算部２５は、圧縮データ及びインデクスデータから後述のようにして各測定点におけるＴＩＣ規格化係数やＸＩＣ規格化係数を計算する。さらにピーク行列作成部２６は、後述のようにして統計解析のためのピーク行列を計算する（ステップＳ２）。こうして算出された、圧縮マススペクトルデータに対する、インデクス、ＴＩＣ規格化係数、及びピーク行列は、メインメモリ２１の、インデクス記憶領域２１２、規格化係数記憶領域２１３、及びピーク行列記憶領域２１４にそれぞれ格納される（ステップＳ３）。
　また測定中にデータ圧縮処理とインデクス作成処理とをともに行った場合には、測定終了後、オペレータにより解析対象であるデータファイルが指定されたとき、データ処理部２において初期的に実行される図２に相当する処理は以下のようになる。
　即ち、例えばデータ処理のための専用のソフトウエアがコンピュータ上で起動され、オペレータが操作部５により処理対象の圧縮イメージング質量分析データとインデクスデータとを含むデータファイルを指定すると（ステップＳ１）、データ処理部２に含まれる図示しないデータ入出力制御部は、外部記憶装置４から各測定点に対する圧縮されたマススペクトルデータと対応するインデクスデータとを順次読み込み、圧縮データ記憶領域２１１及びインデクス記憶領域２１２に格納する。また、規格化係数計算部２５は、圧縮データ及びインデクスデータから後述のようにして各測定点におけるＴＩＣ規格化係数やＸＩＣ規格化係数を計算する。さらにピーク行列作成部２６は、後述のようにして統計解析のためのピーク行列を計算する（ステップＳ２）。こうして算出された、圧縮マススペクトルデータに対する、インデクス、ＴＩＣ規格化係数、及びピーク行列は、メインメモリ２１の、インデクス記憶領域２１２、規格化係数記憶領域２１３、及びピーク行列記憶領域２１４にそれぞれ格納される（ステップＳ３）。
　　［ＴＩＣ規格化係数の算出］
　上述したように、ＴＩＣ規格化では、一つのマススペクトルに現れる全てのイオン強度値の和であるＴＩＣが全ての測定点において揃うように、各マススペクトルのイオン強度値が規格化される。ＴＩＣ規格化係数はその規格化のために測定点毎に算出される規格化係数である。図５は上記ステップＳ２で実行されるＴＩＣ規格化係数算出処理の詳細なフローチャートである。
　即ち、まず全測定点についてそれぞれ、所定の質量電荷比範囲に亘るマススペクトルに現れる全てのイオン強度値を加算してＴＩＣを算出する。ここで、ｉ番目（ただし、全測定点数をＮとしたとき、ｉ＝１，２，…，Ｎ）の測定点に対するＴＩＣをＱiとする（ステップＳ１１）。次に、全測定点のＴＩＣの値（つまりＱ1～ＱN）を比較して、値が最大であるＴＩＣを求め、それをＱmaxとする（ステップＳ１２）。そして、測定点毎にｑi＝Ｑmax／Ｑiを計算し、このｑiを各測定点のＴＩＣ規格化係数とする（ステップＳ１３）。こうして求めたＴＩＣ規格化係数をメインメモリ２１の規格化係数記憶領域２１３に保存すればよい。
　ＴＩＣの値は一つのマススペクトルに現れる全てのイオン強度値の和であるため、ＸＩＣと異なり値は一意に定まる。そのため、測定中のＣＰＵの余剰能力を利用して事前に計算しておいてもよい。その場合、測定中に、データ収集部２０で各測定点のマススペクトルデータを取得するたびに、所定の質量電荷比範囲に亘るマススペクトルに現れる全てのイオン強度値を加算してＴＩＣを算出し、その値を測定点の位置情報とともに、外部記憶装置４に格納しておく。ここで、ｉ番目（ただし、全測定点数をＮとしたとき、ｉ＝１，２，…，Ｎ）の測定点に対するＴＩＣをＱiとする。
　この場合には、図１中のデータ処理部２のメインメモリ２１に、図示しないＴＩＣ記憶領域を作成する。測定終了後、オペレータにより解析対象であるデータファイルが指定されたとき、データ処理部２において初期的に実行される図２に相当する処理は以下のようになる。
　即ち、データ処理のための専用のソフトウエアがコンピュータ上で起動され、オペレータが操作部５により処理対象の圧縮イメージング質量分析データとインデクスデータ、ＴＩＣを含むデータファイルを指定すると（ステップＳ１）、外部記憶装置４から、各測定点に対する圧縮されたマススペクトルデータ、対応するインデクスデータ、及びＴＩＣを順次読み込み、圧縮データ記憶領域２１１、インデクス記憶領域２１２、及びＴＩＣ記憶領域に格納する。また、規格化係数計算部２５は、メインメモリ２１に格納されたＴＩＣの値や圧縮データ、インデクスデータから後述のようにして各測定点におけるＴＩＣ規格化係数やＸＩＣ規格化係数を計算する。さらにピーク行列作成部２６は、後述のようにして統計解析のためのピーク行列を計算する（ステップＳ２）。こうして算出された、圧縮マススペクトルデータに対する、インデクス、ＴＩＣ規格化係数及びＸＩＣ規格化係数、並びにピーク行列は、メインメモリ２１の、インデクス記憶領域２１２、規格化係数記憶領域２１３、及びピーク行列記憶領域２１４にそれぞれ格納される（ステップＳ３）。
　測定中に上述したＴＩＣの値を計算してファイルに保存しておく場合には、ＴＩＣ規格化係数算出処理は以下のように行われる。
　即ち、規格化係数計算部２５において、まず、メインメモリ２１のＴＩＣ記憶領域に格納されている、全測定点のＴＩＣの値（つまりＱ1～ＱN）を比較して、値が最大であるＴＩＣを求め、それをＱmaxとする（ステップＳ１２）。そして、測定点毎にｑi＝Ｑmax／Ｑiを計算し、このｑiを各測定点のＴＩＣ規格化係数とする（ステップＳ１３）。こうして求めたＴＩＣ規格化係数をメインメモリ２１の規格化係数記憶領域２１３に保存すればよい。
　　［統計解析用ピーク行列の作成］
　統計解析に用いられるピーク行列は、全測定点に共通である一つの質量電荷比値の１次元配列と、各測定点にそれぞれ対応するイオン強度値の１次元配列とから構成される。質量電荷比値の１次元配列は、全測定点における平均マススペクトル又は全測定点における最大強度マススペクトル（全測定点のマススペクトルにおいて質量電荷比毎に最大強度であるピークを抽出して再構成したマススペクトル）からピークを選出し、各ピークの質量電荷比値をリスト化することにより作成される。この全測定点に共通である質量電荷比値の配列が得られたならば、その質量電荷比値配列に挙げられている各質量電荷比値に対応するイオン強度値を、各測定点のマススペクトルそれぞれについて求めてリスト化する。こうして測定点毎に得られたイオン強度値のリストを行列の形式に書き改めることで、ピーク行列が得られる。
　なお、イメージング質量分析部１における質量誤差等のために、同一物質に対するスペクトルピークであっても質量電荷比値が微妙にずれることがある。そこで、そうした質量誤差を考慮したピーク行列を作成するためには、質量電荷比値配列中の各質量電荷比値に対し適宜のマージンを与えた質量電荷比範囲を設定し、各測定点のマススペクトルにおいてその質量電荷比範囲内で最大のイオン強度を抽出して、それをその中心の質量電荷比値に対するイオン強度値とみなしてリストに挙げるとよい。
　以上のようにして、例えばイメージング画像の表示等のオペレータによる具体的な指示を待たずに、メインメモリ２１には、測定点毎のマススペクトルデータに対応する圧縮データ、これに付随するインデクス、測定点毎のＴＩＣ規格化係数、及び統計解析のためのピーク行列が自動的に格納される。また、表示部６の画面上には、全ての測定点におけるマススペクトルデータを平均した平均マススペクトルが表示され、この状態で、オペレータによる次の指示の待機状態となる。
　　［規格化されていないイメージング画像の作成・表示］
　試料に含まれる各種物質の中でオペレータが特定の物質に着目している場合には、観測対象の質量電荷比又は質量電荷比範囲はオペレータにとって既知である。また、そうした質量電荷比に関する事前情報がない場合でも、上述したように表示部６の画面上に表示された平均マススペクトルをオペレータが視認することで、興味のある質量電荷比又は質量電荷比範囲を特定することができる。着目する又は興味がある質量電荷比若しくは質量電荷比範囲についてイオン強度値の規格化を行っていないイメージング画像をオペレータが見たい場合には、オペレータは操作部５より質量電荷比又は質量電荷比範囲を指定して規格化なしのイメージング画像の表示の実行を指示する。
　すると、この指示を受けてデータ伸張処理部２３は、メインメモリ２１のインデクス記憶領域２１２に格納されている各測定点に対応したインデクスを参照し、メインメモリ２１の圧縮データ記憶領域２１１に格納されている各測定点の圧縮データの中で、指定された質量電荷比又は質量電荷比範囲に対応した必要最低限の圧縮データを読み出す。そして圧縮データを伸張する復号化処理を行うことにより、指定された質量電荷比又は質量電荷比範囲における各測定点のイオン強度値を復元する。上述したようにデータ圧縮に可逆的なランレングス符号化を利用した場合には、圧縮データを復号することで原マススペクトルデータと全く同じ強度値が復元される。
　イメージング画像作成処理部２７は、強度値に対応する表示色を決定し、測定点毎に得られた強度値にそれぞれ対応する表示色を付した画素を２次元的に配置することにより、指定された質量電荷比に対するイメージング画像を作成する。そして、表示処理部３１を通して、このイメージング画像を表示部６の画面上に描出する。これによって、図１０の上部に示したような（この例では質量電荷比はＭ1）、指定された質量電荷比を有する物質の２次元分布を示すイメージング画像が作成・表示される。また、単一の質量電荷比ではなく質量電荷比範囲のイメージング画像の表示が指定された場合には、イメージング画像作成処理部２７は、その質量電荷比範囲に含まれる複数の質量電荷比にそれぞれ対応するイオン強度値を加算することで積算強度値を求め、その積算強度値に対応する表示色を決定し、それぞれ表示色を与えた画素を２次元的に配置することでイメージング画像を形成する。なお、このような測定点毎のイオン強度値又は積算強度値の２次元配列であるイメージング画像データは、質量電荷比又は質量電荷比範囲に対応付けてメインメモリ２１のイメージング画像記憶領域２１５に保存される。
　　［規格化されていないマススペクトルの作成・表示］
　上述したように、全測定点に対する平均マススペクトルは自動的に作成され表示部６に表示されるが、多くの場合、イメージング画像として表示される試料上の測定範囲の中でオペレータが関心のある領域、つまり関心領域はかなり限られる。そこで、本システムでは、例えば表示部６に表示されたイメージング画像上、或いは顕微観察画像データに基づいて描出される顕微観察画像上で、オペレータが適宜のサイズ、形状の関心領域（ＲＯＩ＝Region Of Interest）を操作部５により指定すると、その関心領域に含まれる測定点のみの平均マススペクトルが作成されて表示部６に表示されるような機能が備えられている。
　即ち、オペレータが操作部５により関心領域を指定すると、データ伸張処理部２３は、メインメモリ２１のインデクス記憶領域２１２に格納されている各測定点のインデクスを参照し、メインメモリ２１の圧縮データ記憶領域２１１に格納されている各測定点の圧縮データの中で、関心領域に含まれる測定点のみの圧縮データを読み出す。そして圧縮データを伸張処理することにより、指定された関心領域に含まれる各測定点のマススペクトルデータを復元する。次にマススペクトル作成処理部２８は与えられた測定点のマススペクトルデータを質量電荷比毎に積算し、各積算値を測定点数で除することにより、関心領域における平均マススペクトルを求める。そして、この平均マススペクトルを関心領域を特定する情報に対応付けてメインメモリ２１のスペクトル記憶領域２１６に格納するとともに、表示処理部３１を通して表示部６の画面上に表示する。
　　［ＸＩＣ規格化係数の算出］
　上述したように、ＸＩＣ規格化では、一つのマススペクトルの中で特定の質量電荷比におけるイオン強度値であるＸＩＣが全ての測定点において揃うように、各マススペクトルのイオン強度値が規格化される。図６はＸＩＣ規格化係数算出処理の詳細なフローチャートである。
　オペレータによりＸＩＣ規格化の条件である質量電荷比又は質量電荷比範囲が設定されると（ステップＳ２１）、データ伸張処理部２３は、メインメモリ２１のインデクス記憶領域２１２に格納されている各測定点のインデクスを参照し、メインメモリ２１の圧縮データ記憶領域２１１に格納されている各測定点の圧縮データの中で、指定された質量電荷比又は質量電荷比範囲における最低限必要な圧縮データを読み出す。そして圧縮データを伸張処理することにより、各測定点の特定質量電荷比又は質量電荷比範囲におけるイオン強度値を復元する。ここで、ｉ番目（ｉの定義は上と同じ）の測定点に対する指定された質量電荷比におけるＸＩＣをＰiとする（ステップＳ２２）。なお、特定の質量電荷比ではなく質量電荷比範囲が指定された場合には、該範囲に含まれる質量電荷比に対するイオン強度の積算値を計算し、この積算値をＰiとすればよい。
　次に、全測定点のＸＩＣ（つまりＰ1～ＰN）の値を比較して、値が最大であるＸＩＣを求め、それをＰmaxとする（ステップＳ２３）。そして、測定点毎に、ｐi＝Ｐmax／Ｐiを計算し、このｐiをその指定された質量電荷比又は質量電荷比範囲に対するＸＩＣ規格化係数とする（ステップＳ２４）。こうして得られた測定点毎のＸＩＣ規格化係数を質量電荷比又は質量電荷比範囲に対応付けて、メインメモリ２１の規格化係数記憶領域２１３に格納する。上述したように、質量電荷比に依存しないＴＩＣ規格化係数と異なり、ＸＩＣ規格化係数は質量電荷比や質量電荷比範囲毎に相違するから、オペレータにより異なる質量電荷比又は質量電荷比範囲が指定される毎に、図６に示した処理を実行して新たなＸＩＣ規格化係数を算出し、質量電荷比又は質量電荷比範囲に対応付けてメインメモリ２１の規格化係数記憶領域２１３に保存するようにする。
　　［規格化されたイメージング画像の作成・表示］
　ＴＩＣ規格化された又はＸＩＣ規格化されたイメージング画像の作成・表示がオペレータにより指示された場合、その作成には二つの方法がある。なお、ＸＩＣ規格化を行う場合であってそのための規格化係数が規格化係数記憶領域２１３に保存されていない場合には、上述したようにＸＩＣ規格化係数を求める処理を事前に実施する。
　（１）規格化されていないイメージング画像が存在する場合
　指定された質量電荷比又は質量電荷比範囲における規格化されていないイメージング画像データがイメージング画像記憶領域２１５にすでに保存されている場合には、規格化演算処理部２９は、そのイメージング画像データ（つまり各測定点におけるイオン強度値）をイメージング画像記憶領域２１５から読み出すとともに、指定された質量電荷比又は質量電荷比範囲に対応するＸＩＣ規格化係数を規格化係数記憶領域２１３から読み出す。そして、対応する測定点のＸＩＣ規格化係数をイオン強度値に乗じることで該強度値をそれぞれ修正する。イメージング画像作成処理部２７は、ＸＩＣ規格化係数により修正された強度値に基づいてイメージング画像を作成し、表示処理部３１を通して表示部６の画面上に表示する。この場合には、各測定点の強度値に規格化係数をそれぞれ乗じる処理を行うだけであるので、きわめて高速に規格化されたイメージング画像を表示することができる。
　（２）規格化されていないイメージング画像が存在しない場合
　指定された質量電荷比又は質量電荷比範囲における規格化されていないイメージング画像データがイメージング画像記憶領域２１５にない場合には、圧縮データからイメージング画像を形成したあとに規格化する必要がある。この場合の処理のフローチャートを図７に示す。
　オペレータが操作部５より質量電荷比又は質量電荷比範囲を指定すると（ステップＳ３１）、データ伸張処理部２３は、測定領域内の一つの測定点を選択し（ステップＳ３２）、メインメモリ２１のインデクス記憶領域２１２に格納されている該測定点に対応したインデクスを参照し、メインメモリ２１の圧縮データ記憶領域２１１に格納されている該測定点の圧縮データの中で、指定された質量電荷比又は質量電荷比範囲に対応した必要最低限の圧縮データを読み出す（ステップＳ３３）。そして圧縮データを伸張する復号化処理を行うことにより、指定された質量電荷比又は質量電荷比範囲における該測定点のイオン強度値を復元する（ステップＳ３４）。
　次に、規格化演算処理部２９はメインメモリ２１の規格化係数記憶領域２１３に格納されている該測定点に対応したＴＩＣ規格化係数又はＸＩＣ規格化係数を読み出し（ステップＳ３５）、ステップＳ３４で復元された強度値に読み出した規格化係数を乗じることにより強度値を修正する。イメージング画像作成処理部２７は、修正後の強度値に表示色を割り当ててその測定点に対応する画素の表示色を決める（ステップＳ３６、Ｓ３７）。測定領域の中で未処理の測定点がある場合にはステップＳ３８からＳ３２へと戻り、未処理の測定点についてステップＳ３３～Ｓ３７の処理を実行する。これを繰り返すことで、全測定点に対応する画素の表示色が決まったならば、表示処理部３１を通して規格化したイメージング画像を表示部６の画面上に表示する（ステップＳ３９）。
　なお、規格化の条件が異なる複数のイメージング画像を比較するために同時に表示する場合には、或る一つの規格化条件の下での規格化処理を行った後の強度値の２次元配置をメインメモリ２１のイメージング画像記憶領域２１５に一旦保持するという処理を繰り返し、表示したい全ての規格化条件に対応するイメージング画像が揃ったならば、それらを同時に表示部６の画面上に表示するようにすればよい。
　　［規格化された平均マススペクトル等の作成・表示］
　全測定領域又は関心領域に含まれる測定点に対する規格化された平均マススペクトル（又は最大強度マススペクトル）を作成・表示する処理のフローチャートを図８に示す。
　オペレータが操作部５より例えば関心領域を指定すると（ステップＳ４１）、データ伸張処理部２３は、その関心領域内の一つの測定点を選択し（ステップＳ４２）、メインメモリ２１のインデクス記憶領域２１２に格納されている該測定点に対応したインデクスを参照し、メインメモリ２１の圧縮データ記憶領域２１１に格納されている該測定点の圧縮データを読み出す（ステップＳ４３）。そして圧縮データを伸張する復号化処理を行うことにより、該測定点のイオン強度値を復元する（ステップＳ４４）。
　次に、規格化演算処理部２９はメインメモリ２１の規格化係数記憶領域２１３に格納されている該測定点に対応したＴＩＣ規格化係数又はＸＩＣ規格化係数を読み出し（ステップＳ４５）、ステップＳ４４で復元された全質量電荷比範囲に亘る強度値にそれぞれ読み出した規格化係数を乗じることにより強度値を修正する。マススペクトル作成処理部２８は、修正後の強度値を質量電荷比毎に積算する（ステップＳ４６）。測定領域の中で未処理の測定点がある場合にはステップＳ４７からＳ４２へと戻り、未処理の測定点についてステップＳ４３～Ｓ４６の処理を実行する。これを繰り返すことで、関心領域内の全ての測定点における質量電荷比毎の規格化されたイオン強度の積算値が求まったならば、マススペクトル作成処理部２８は、各積算値を関心領域内の測定点の点数で除することで平均値を算出する（ステップＳ４８）。そして、表示処理部３１を通して規格化した平均マススペクトルを表示部６の画面上に表示する（ステップＳ４９）。
　なお、規格化の条件が異なる複数の平均マススペクトルを比較するために同時に表示する場合には、或る一つの規格化条件の下で求めた平均マススペクトルをメインメモリ２１のスペクトル記憶領域２１６に一旦保持するという処理を繰り返し、表示したい全ての規格化条件に対応する平均マススペクトルが揃ったならば、それらを同時に表示部６の画面上に表示するようにすればよい。
　以上が、規格化されたイメージング画像や平均マススペクトル等の作成の手順であるが、信号の強度値をソフトウエア上で取り扱う際には、次のような点に注意を要する。即ち、ソフトウエア上では信号の強度値を「long」や「short」と呼ばれるデータ型のように決められたビット数の範囲内で扱う必要があるものの、規格化の際に各測定点の強度値にｐiやｑiといった係数が乗じられると、強度値が「long」や「short」といったデータ型で保持可能なビット数の範囲を超えてしまうおそれがある。この問題を回避するためには、規格化の際に、「long」又は「short」の最大値を超えないように全測定点の強度値に１よりも小さい定数を乗じるリスケーリング処理を併せて行い、それによって信号値の飽和を回避するとよい。いま、ＸＩＣ規格化を行う場合において、ｉ番目の測定点のマススペクトル中の強度値の最大値をＩiとすると、全測定の中でＩi×ｐiの最大値がMax_long（又はMax_short）となるようにリスケーリングを行えば飽和を確実に回避することができる。これを実現するために、具体的には以下の処理を行えばよい。
　即ち、まず、全測定点においてＩi×ｐiの最大値を探索する。いま、ａ番目の測定点においてこの値が最大であったとする。このとき、Ｉa×ｐaがMax_long（又はMax_short）になるようにリスケーリングすればよいから、各測定点の強度値に、Max_long／（Ｉa×ｐa）又はMax_short／（Ｉa×ｐa）を乗じることでリスケーリングすればよい。上記のリスケーリングに加えて、各測定点の強度値にはｐiを乗じて規格化することになるから、結局、リスケーリングと規格化とを同時に行う場合、各測定点の強度値に（Max_long×Ｐa）／（Ｉa×Ｐi）又は（Max_short×Ｐa）／（Ｉa×Ｐi）を乗じればよい。
　なお、ＴＩＣ規格化の場合にリスケーリングを行って飽和を回避するためには、上述のｐi、Ｐｉ、Ｐmaxの部分をそれぞれ、ｑi、Ｑi、Ｑmaxに置き換えるだけでよい。
　　［統計解析の実行］
　上述したように規格化されていないピーク行列が初期的にメインメモリ２１のピーク行列記憶領域２１４に格納されているから、規格化しない統計解析処理を行う場合には、統計解析演算部３０がピーク行列記憶領域２１４から規格化されていないピーク行列を読み出し、周知の主成分分析等の多変量解析、ネットワーク解析などを実行すればよい。また、ＴＩＣ規格化やＸＩＣ規格化を行った状態で統計解析を行いたい場合には、規格化演算処理部２９はピーク行列記憶領域２１４から規格化されていないピーク行列を読み出すとともに、規格化係数記憶領域２１３から事前に計算しておいたＴＩＣ規格化係数又はＸＩＣ規格化係数を読み出す。そして、ピーク行列の強度値配列に規格化係数をそれぞれ乗じることで規格化されたピーク行列を求め、これを統計解析に供すればよい。
　また、規格化されていないピーク行列が記憶されていない場合には、図９に示したフローチャートに従って規格化された統計処理を実行することができる。
　まず、上述した例えば図８に示した処理により、メインメモリ２１の圧縮データ記憶領域２１１に格納されている圧縮データと規格化係数記憶領域２１３に格納されているＴＩＣ規格化係数又はＸＩＣ規格化係数とを用いて、全測定領域又は指定された関心領域における規格化された平均マススペクトル若しくは最大強度マススペクトルを算出する（ステップＳ５１）。次に、ピーク行列作成部２６はその平均マススペクトル又は最大強度マススペクトルに対しピーク検出を行い、検出されたピークの質量電荷比値を抽出したピークリストを作成する（ステップＳ５２）。規格化演算処理部２９はメインメモリ２１の規格化係数記憶領域２１３に格納されている該測定点に対応したＴＩＣ規格化係数又はＸＩＣ規格化係数を読み出す（ステップＳ５４）。
　次に、データ伸張処理部２３は、ステップＳ５２で作成されたピークリスト中の一つのピークを選択し（ステップＳ５５）、メインメモリ２１のインデクス記憶領域２１２に格納されている該測定点に対応したインデクスを参照し、メインメモリ２１の圧縮データ記憶領域２１１に格納されている該測定点の圧縮データの中で、選択したピークの質量電荷比又は質量電荷比範囲に対応した必要最低限の圧縮データを読み出す（ステップＳ５６）。そして圧縮データを伸張する復号化処理を行うことにより、指定された質量電荷比又は質量電荷比範囲における該測定点のイオン強度値を復元する（ステップＳ５７）。
　次に、規格化演算処理部２９はステップＳ５４で読み出したＴＩＣ規格化係数又はＸＩＣ規格化係数を、ステップＳ５７で復元された強度値に乗じることにより強度値を修正し、これを規格化されたピーク行列の要素として、メインメモリ２１のピーク行列記憶領域２１４に保存する。一つの測定点についてステップＳ５５～Ｓ５８の処理を繰り返し、全ピークについての処理が終了しならば（ステップＳ５９でＹｅｓ）、ステップＳ６０からＳ５３へと戻って、今度は関心領域内の別の測定点を選択してステップＳ５４～Ｓ５９の処理を繰り返す。これによって、最終的に、規格化されたピーク行列を得ることができるから、これを統計解析に供すればよい。
　なお、規格化の条件が異なる複数の統計解析の結果を比較のため同時に表示する場合には、或る一つの規格化条件の下での規格化処理を行ったピーク行列に対する統計解析結果をメインメモリ２１上の図示しない記憶領域に一旦保持するという処理を繰り返し、表示したい全ての規格化条件に対応する統計解析結果が揃ったならば、それらを同時に表示部６の画面上に表示するようにすればよい。
　　［必要なデータサイズの見積もり］
　上述したように、本実施例のシステムでは、圧縮したデータをメインメモリ２１に保持することで、一つのソフトウエアで、平均マススペクトルやイメージング画像の作成・表示、統計解析などを行うことができる。このような処理を実行するために、全測定点のマススペクトルデータを圧縮したデータのほかに、様々な条件の下での規格化係数、全測定領域や関心領域における平均マススペクトル、１又は複数の質量電荷比（又は質量電荷比範囲）におけるイメージング画像、ピーク行列などもメインメモリ２１に保持する必要がある。ここで一例として要求されるデータサイズを見積もる。いま、測定点数が２５０×２５０で質量電荷比範囲が６００～２０００である場合、一つのマススペクトルの質量電荷比方向のデータ点数は４００００点程度となる。そのイオン強度値を「short」のデータ型で保持した場合、圧縮後のイメージング質量分析データは６００MB程度である。また、平均マススペクトル（又は最大強度マススペクトル）は例えば１００個を保持する場合で８MB程度、イメージング画像を１００枚保持する場合で１２MB、検出ピーク数が１００個であるピーク行列を保持する場合で１２MB程度となる。また、規格化係数を８バイトの「double」形式で保持する場合、一つの規格化条件あたり０．５MB程度のデータ量である。
　以上のことから分かるように、マススペクトル、イメージング画像、ピーク行列、規格化係数などは、圧縮後のイメージング質量分析データと比べるとそのデータ量は十分に小さい。そのため、異なる規格化条件で規格化されたイメージング画像や平均マススペクトルデータなどを複数同時に表示したい場合、イメージング質量分析データ自体を規格化して複数（つまり規格化条件の異なるものを）保持するよりも、規格化条件に応じて規格化された平均マススペクトル、イメージング画像、ピーク行列、規格化係数などを複数メインメモリ上に保持する方がメモリのサイズを節約するのに有効である。また、計算量も同様に節約できる。さらにまた、検出するピーク数やピークの情報を変えてピーク行列を作成し直して複数の統計解析を行い、それらの統計解析結果を並べて表示する場合にも、ピーク行列のみ複数生成して統計解析を行ったほうがメモリサイズや計算量を節約するのに有効である。
　なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜に変更、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。
　例えば、上記実施例では、データ圧縮時にインデクスを作成し、インデクスを用いて必要な圧縮データを迅速に探索できるようにしていたが、インデクスを用いることは本発明において必須な要素ではない。また、上述したように、データ圧縮方法も上記記載の方法に限らない。また、統計解析の手法も上記例示したものに限らない。また、イオン強度値の規格化の手法も上記例示したものに限らない。また、上記実施例では、フローチャートに従って処理の手順を説明したが、その手順は記載の順序に限るものでなく、その幾つかは適宜順序を入れ替えても支障がないことは明らかである。
１…イメージング質量分析部
２…データ処理部
２０…データ収集部
２１…メインメモリ
２１１…圧縮データ記憶領域
２１２…インデクス記憶領域
２１３…規格化係数記憶領域
２１４…ピーク行列記憶領域
２１５…イメージング画像記憶領域
２１６…スペクトル記憶領域
２２…データ圧縮処理部
２３…データ伸張処理部
２４…インデクス作成処理部
２５…規格化係数計算部
２６…ピーク行列作成部
２７…イメージング画像作成処理部
２８…マススペクトル作成処理部
２９…規格化演算処理部
３０…統計解析演算部
３１…表示処理部
４…外部記憶装置
４０…非圧縮イメージング質量分析データ記憶領域
４１…顕微画像データ記憶領域
５…操作部
６…表示部
１００…試料
１０１…測定領域

Claims (9)

  1. 　試料上の複数の測定点に対しそれぞれ質量分析を実行することにより収集された、イオン強度値の１次元配列であるマス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イメージング質量分析データを処理するイメージング質量分析データ処理方法であって、
    　a)各測定点のマススペクトルデータに対し所定のアルゴリズムに従って圧縮処理を実行し、得られた圧縮データを記憶部の第１記憶領域に格納する圧縮ステップと、
    　b)各測定点のマススペクトルデータにおける強度値を所定の基準に従って規格化するための規格化係数を測定点毎に計算して、その結果を前記記憶部の第２記憶領域に格納する規格化係数作成ステップと、
    　c)前記記憶部の第１記憶領域に格納されている各測定点に対する強度値の圧縮データ、該記憶部の第２記憶領域に格納されている各測定点の規格化係数、及び、それら測定点の空間位置情報を用い、指定された又は特定の複数の測定点における規格化されたマススペクトルの積算マススペクトル、平均マススペクトル、又は質量電荷比毎に最大強度値を抽出した最大強度マススペクトルの少なくともいずれか一つを規格化マススペクトルとして算出する規格化スペクトル作成ステップと、
    　d)前記記憶部の第１記憶領域に格納されている各測定点に対する強度値の圧縮データ、該記憶部の第２記憶領域に格納されている各測定点の規格化係数、及び、それら測定点の空間位置情報を用い、指定された又は特定の質量電荷比若しくは質量電荷比範囲に対する規格化された強度値の２次元分布を示すイメージング画像を作成する規格化画像作成ステップと、
    　を有することを特徴とするイメージング質量分析データ処理方法。
  2. 　請求項１に記載のイメージング質量分析データ処理方法であって、
    　前記規格化スペクトル作成ステップにより作成された規格化マススペクトルを表示部の画面上に表示し、該表示に基づくオペレータによる質量電荷比又は質量電荷比範囲の指定を受けて、前記規格化画像作成ステップにより作成するイメージング画像の質量電荷比又は質量電荷比範囲を設定する質量電荷比特定ステップをさらに有することを特徴とするイメージング質量分析データ処理方法。
  3. 　請求項１又は２に記載のイメージング質量分析データ処理方法であって、
    　前記記憶部の第１記憶領域に格納されている各測定点に対する強度値の圧縮データ、及び、それら測定点の空間位置情報を用いて、指定された又は特定の複数の微小測定領域における規格化されていないマススペクトルの積算マススペクトル、平均マススペクトル、又は最大強度マススペクトルの少なくともいずれか一つを算出するスペクトル作成ステップと、
    　前記記憶部の第１記憶領域に格納されている各測定点に対する強度値の圧縮データ、及び、それら測定点の空間位置情報を用いて、指定された又は特定の質量電荷比若しくは質量電荷比範囲に対する規格化されていない強度値の２次元分布を示すイメージング画像を作成する画像作成ステップと、
    　をさらに有することを特徴とするイメージング質量分析データ処理方法。
  4. 　請求項１～３のいずれかに記載のイメージング質量分析データ処理方法であって、
    　前記規格化スペクトル作成ステップにおいて作成された規格化マススペクトル、又は規格化していないマススペクトル、に対しピーク検出を行ってピークの質量電荷比値のリストを作成し、各測定点のマススペクトルデータから前記リスト中の質量電荷比に対応する強度値を求め、その強度値を質量電荷比値に応じて配列したピーク行列を作成するピーク行列作成ステップと、
    　前記規格化係数作成手段により作成した規格化係数により、前記ピーク行列作成ステップにおいて作成したピーク行列の強度値を規格化するピーク行列規格化ステップと、
    　前記ピーク行列規格化ステップにおいて規格化したピーク行列、又は前記ピーク行列作成ステップにおいて作成したピーク行列、に対して統計解析を実行する統計解析ステップと、
    　を有することを特徴とするイメージング質量分析データ処理方法。
  5. 　請求項４に記載のイメージング質量分析データ処理方法であって、
    　前記規格化画像作成ステップにおいて作成されたイメージング画像、前記規格化スペクトル作成ステップにより作成された規格化マススペクトル、前記統計解析ステップにより得られた統計解析結果とを同時に表示部の画面上に表示する表示ステップをさらに有することを特徴とするイメージング質量分析データ処理方法。
  6. 　請求項４に記載のイメージング質量分析データ処理方法であって、
    　前記規格化画像作成ステップにより作成された１若しくは規格化条件の異なる複数の規格化されたイメージング画像又は前記画像作成ステップにおいて作成されたイメージング画像と、前記規格化スペクトル作成ステップにより作成された１若しくは規格化条件の異なる複数の規格化されたマススペクトル又は前記スペクトル作成ステップにより作成されたマススペクトルと、前記ピーク行列規格化ステップにおいて規格化された１若しくは規格化条件の異なる複数の規格化されたピーク行列又は前記ピーク行列作成ステップにおいて作成されたピーク行列に対して統計解析を行う前記統計解析ステップにより得られた統計解析結果とについて、その全て又は少なくともいずれかを同時に表示部の画面上に表示する表示ステップをさらに有することを特徴とするイメージング質量分析データ処理方法。
  7. 　試料上の複数の測定点に対しそれぞれ質量分析を実行することにより収集された、イオン強度値の１次元配列であるマス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イメージング質量分析データを処理するイメージング質量分析データ処理方法であって、
    　a)各測定点のマススペクトルデータに対し所定のアルゴリズムに従って圧縮処理を実行し、得られた圧縮データを記憶部の第１記憶領域に格納する圧縮ステップと、
    　b)前記記憶部の第１記憶領域に格納されている各測定点に対する強度値の圧縮データ、及び、それら測定点の空間位置情報を用いて、指定された又は特定の質量電荷比又は質量電荷比範囲に対する規格化されていない強度値の２次元分布を示すイメージング画像を作成する画像作成ステップと、
    　c)前記記憶部の第１記憶領域に格納されている各測定点に対する強度値の圧縮データ、及び、それら測定点の空間位置情報を用いて、指定された又は特定の複数の微小測定領域における規格化されていないマススペクトルの積算マススペクトル、平均マススペクトル、又は最大強度マススペクトルの少なくともいずれか一つを算出するスペクトル作成ステップと、
    　d)前記スペクトル作成ステップにおいて作成されたマススペクトルに対しピーク検出を行ってピークの質量電荷比値のリストを作成し、各測定点のマススペクトルデータから前記リスト中の質量電荷比に対応する強度値を求め、その強度値を質量電荷比値に応じて配列したピーク行列を作成するピーク行列作成ステップと、
    　e)前記ピーク行列作成ステップにおいて作成したピーク行列に対して統計解析を実行する統計解析ステップと、
    　を有することを特徴とするイメージング質量分析データ処理方法。
  8. 　請求項１～７のいずれかに記載のイメージング質量分析データ処理方法であって、
    　圧縮したデータに加え、該圧縮データと元データの配列における強度値の位置情報とを関連付けたインデクス情報を前記記憶部の第３領域に格納し、該インデクス情報を参照して特定の質量電荷比に対応する強度値を取得することを特徴とするイメージング質量分析データ処理方法。
  9. 　試料上の複数の測定点に対しそれぞれ質量分析を実行することにより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と、請求項１～８のいずれかに記載のイメージング質量分析データ処理方法を実施するデータ処理部と、を備えることを特徴とするイメージング質量分析装置。
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