JP2012038459A - 質量分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高解像、高質量分解能の質量分析イメージング画像を、その情報を極力損なうことなく圧縮して保存することを可能とする。
【解決手段】試料の光学顕微画像上では同一生体組織が類似した色を持つ。そこで、領域分割判別処理部２３はカラー光学顕微画像の色を対象としたクラスター分析を実行し、測定範囲を生体組織に対応した複数の小領域に分割する。画像圧縮／伸張部２５は分割された小領域内で完結するようなブロックを設定し、質量分析イメージング画像に対するブロック単位でＤＣＴを用いた画像圧縮を実行する。同一生体組織においてはイオン強度の変化は小さいので、ＤＣＴによる変換後の高周波成分は少なく、データ量を削減しても情報の損失を抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は質量分析装置に関し、さらに詳しくは、試料上の２次元領域内における特定の質量電荷比（m/z）の信号強度分布を示す質量分析イメージング画像を取得可能なイメージング質量分析装置に関する。

質量分析イメージングは、生体組織切片などの試料の２次元領域内の複数の微小領域においてそれぞれ質量分析を行うことにより、特定の質量電荷比を有する物質の分布を調べる手法であり、創薬やバイオマーカ探索、各種疾病・疾患の原因究明などに利用できるものと期待されている。質量分析イメージングを実施するための質量分析装置は一般にイメージング質量分析装置と呼ばれている。また、通常、試料上の任意の範囲について顕微観察を行い、その顕微観察画像に基づいて分析対象領域を定めて該領域のイメージング質量分析を実行することから顕微質量分析装置とも呼ばれているが、本明細書ではイメージング質量分析装置と呼ぶこととする。例えば、特許文献１、２、非特許文献１、２には、従来の一般的なイメージング質量分析装置の構成や分析例が開示されている。

上記イメージング質量分析装置では、試料上の２次元領域内の多数の測定点（微小領域）それぞれにおいて質量分析データが取得される。非特許文献１、２に開示されたイメージング質量分析装置では、試料由来のイオンを質量電荷比に応じて分離するために飛行時間型質量分析器が利用されているが、そうした構成の場合には、各測定点においてイオン強度の時間的変化を示す飛行時間スペクトルデータが得られ、飛行時間を質量電荷比に換算することでマススペクトルが作成される。イメージング質量分析装置では、試料上の測定点の間隔が空間分解能を左右し、精緻な画像を得るために空間分解能を上げようとするほど測定点の数は多くなる。測定点の数が多いと、測定対象の２次元領域における飛行時間スペクトルデータの総量は膨大になる。

例えば、２０[ms]程度の時間範囲の飛行時間スペクトル信号を１[GHz]のサンプリング周波数でサンプリングし、各サンプルを１６[bit]のビット長でデジタル信号に変換する場合を考える。この飛行時間スペクトルにおいて、１測定点当たりのサンプル数は約２００００となり、１サンプルは２バイトのデータであるため、１測定点当たりのデータ量は約４０[kB]となる。測定領域内の測定点が２次元的に２５０×２５０[pixel]の格子状に設定されているとすると、測定点の数は６２５００であり、その測定領域に対する全データ量は約２．３２[GB]と膨大なものとなる。空間分解能を上げるために測定点の間隔を狭めて測定点数を増やすと、或いは、測定対象の２次元領域を広げると、全データ量はさらに増加することになる。また、質量精度や質量分解能を改善するためには、飛行時間スペクトル信号に対するサンプリング周波数を上げる必要があるが、そうすると全データ量は尚一層増加する。即ち、高解像度で高質量分解能の質量分析イメージングデータほど大きなデータサイズを持つ。

一般的にイメージング質量分析を実施する現場では、多数の試料に対してそれぞれ取得した質量分析イメージングデータを保存しておく必要があるが、１つの試料当たりの質量分析イメージングデータの量が上記のように膨大なものとなると、質量分析イメージングデータを保存するために非常に大きな記憶容量の記憶装置（典型的にはハードディスクドライブ装置）が必要になる。また、データのバックアップをとるためにＤＶＤやブルーレイディスクなどの光学ディスクがよく用いられるが、上記のようにデータサイズが大きいと、１枚のディスクに格納可能な質量分析イメージング画像の枚数はかなり限られる。そのため、データバックアップのために多量のディスクの管理が必要となり、これはユーザにとって非常に煩雑で面倒である。

通常、イメージング質量分析装置で収集されるデータは、各質量電荷比についてのイオン強度の２次元分布の単色画像の集合として表現することができる。したがって、各画像を構成するデータに周知のデータ圧縮アルゴリズムを適用することによって、質量分析イメージングデータの量を削減することができる。静止画像データを圧縮する方法としては、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）など、よく知られた圧縮フォーマットによるものがある。しかしながら、こうした既知の静止画像圧縮方法を単に質量分析イメージングデータに適用した場合、圧縮・伸張に伴いイメージング画像上で元の情報が大きく損なわれ、目的とする情報が得られなくなることがある。このため、特に高解像及び高質量分解能のイメージング画像の保存には、既存の画像圧縮手法は適さないという問題があった。

国際公開第２０００８／０６８８４７号パンフレット 特開２００９−２５２６８号公報

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

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その主な目的は、高解像、高質量分解能の質量分析イメージング画像の情報をできるだけ損なわずにそのデータ量を圧縮し、データサイズを縮小して効率的に保存することができるイメージング質量分析装置を提供することにある。

上述したＪＰＥＧのフォーマットでは、多数の画素から構成される１枚の画像を８×８画素の矩形状のブロックに分割し、そのブロック単位で、標準的な離散コサイン変換（ＤＣＴ: Discrete Cosine Transform）を用いて、ブロック内の各画素の持つ色の強度の空間的な変化を周波数とその周波数成分の強さの情報とに変換する。そして、変換されたデータに対し、量子化により高周波成分の情報を落とすとともにエントロピー符号化を行うことによりデータ量を圧縮する。しかしながら、色強度がブロック内の隣接する画素間で大きく異なるような画像に対して上記のような圧縮を行うと、画素間の急激な強度変化を十分に表現することができず、それが元の情報を大きく損なう原因となる。

例えば生体切片等の試料に対する質量分析イメージングを行った場合、同じ生体組織に含まれる成分はほぼ同じであるため、同一の生体組織に属する複数の測定点におけるマススペクトルの形状はよく似ている。例えば図３（ａ）はマウス脳切片の光学顕微画像、図３（ｂ）は同じ領域における或る質量電荷比に対する質量分析イメージング画像である。図には、神経組織の中の灰白質（Gray matter：太線で囲まれた範囲）、白質（White matter）、顆粒層（Granular layer）などの生体組織が現れているが、図３（ｂ）を見れば、同じ生体組織内の色強度は似ていて変化が少ないことが分かる。この傾向は、特に、マススペクトル毎に総イオンカウント（Total Ion Count）方式で規格化されたデータにおいて顕著である。したがって、ＤＣＴを適用するブロックを画像の内容と無関係に設定するのではなく、同じ生体組織内でブロックを完結させれば、換言すれば、異なる生体組織を跨ることがないようにブロックを設定すれば、上記のような圧縮に伴う情報の損失を軽減できる筈である。

通常、ＪＰＥＧで静止画像を圧縮する場合には、ＤＣＴを適用する１つのブロック内における色強度の変化の大小を事前に知ることはできない。これに対し、質量分析イメージングデータの場合には、このデータとは別に、図３（ａ）に示したような、測定領域に対応する光学顕微画像を取得することが可能である。本願発明者は、光学顕微画像そのもの或いは試料を染色処理した後の光学顕微画像上では同じ生体組織が類似した色を持つ点に着目し、光学顕微画像に対するデータ処理を行うことによって同一生体組織内に位置する測定点を識別し、その結果を利用して質量分析イメージング画像上でＤＣＴを適用するブロックの区切りを適切に設定することに想到した。

即ち、上記課題を解決するために成された本発明は、試料上の所定の２次元領域内に設定された複数の微小領域毎の質量分析を行い、その結果に基づいて質量分析イメージング画像を作成する質量分析装置において、
a)試料上の前記２次元領域の光学顕微画像を取得する撮像手段と、
b)前記撮像手段により得られた光学顕微画像に基づいて、前記２次元領域内の試料面を特徴的な構造に対応した複数の小領域に区分する領域分割手段と、
c)前記２次元領域内の微小領域毎に収集された特定の質量電荷比のイオン強度信号により構成される質量分析イメージング画像をデータ圧縮する手段であって、前記領域分割手段により分割された小領域で完結するブロック単位で圧縮処理を行う圧縮手段と、
を備えることを特徴としている。

本発明に係る質量分析装置において、上記「試料」は典型的には生体由来の試料であり、その場合、上記「特徴的な構造」とは「生体組織」である。

本発明に係る質量分析装置の一態様として、好ましくは、前記領域分割手段は、カラー光学顕微画像上の各画素の色を対象としたクラスター分析を実施し、前記２次元領域内の試料面を、類似した色を示す複数の小領域に区分する構成とするとよい。

なお、領域分割手段による処理対象の光学顕微画像は、試料上の各特徴的構造の色が比較的明瞭に現れている場合には試料そのものに対するカラー光学顕微画像でよいが、そうでない場合には、試料に対し適宜の染色処理を行った後に撮像したカラー光学顕微画像を用いるとよい。

特に試料が生体由来の試料である場合、光学顕微画像上で、同一の生体組織は類似した色を示し、異なる生体組織同士は色の差異が比較的明瞭である。したがって、光学顕微画像上で色の類似性を利用して各画素をクラスタリングすることにより、複数の生体組織をかなり的確に識別することができる。同一の生体組織は含有成分がほぼ同じでその含有比率も近いから、特定の質量電荷比に対する質量分析イメージング画像上において、同一の生体組織に対応した領域（前記領域分割手段により分割された小領域）内のイオン強度の変化は小さい。そのため、この領域内で完結するように設定したブロック単位で圧縮処理を行うことで、圧縮・伸張に伴う情報の損失を軽減することができる。

また本発明に係る質量分析装置の一態様として、前記圧縮手段は、前記領域分割手段により分割された各小領域に含まれる複数の微小領域をそれぞれ１又は複数のブロックとし、ブロック単位でイオン強度の２次元分布に対して離散コサイン変換（ＤＣＴ）を用いた圧縮を行う構成とするとよい。

上述したように、ＪＰＥＧフォーマットでは処理対象の画像全体を固定サイズの複数のブロックに分割してブロック単位でＤＣＴを適用するが、その場合、１つのブロックが複数の小領域に跨る可能性がある。それに対し、上記構成では、ブロックのサイズは可変であって１つの小領域内で収まるように設定されたブロック毎にＤＣＴが適用される。ブロックのサイズは任意に決めることができ、例えば、小領域の面積が広ければ１つの小領域を複数のブロックに分割するようにすればよいし、小領域の面積が小さければ１つの小領域全体を１つのブロックとすればよい。

ＤＣＴにより得られたデータには、ブロック内でのイオン強度変化の周波数成分とその周波数成分の強さの情報とが含まれる。上述したように、一般に同一の生体組織内では同一質量電荷比に対するイオンの信号強度の変化幅は小さいから、ＤＣＴ後のデータでは低周波成分が多く高周波成分は少ない。そのため、高周波成分の情報を除去しても情報の損失は少なくて済む。

なお、本願発明者の検討によれば、総イオンカウント方式で規格化されたマススペクトルデータでは特に、同一の生体組織内でのイオン強度の変化が小さいことが確認されている。そこで、本発明に係る質量分析装置において、前記圧縮手段は、前記２次元領域内の微小領域毎に収集された質量電荷比のイオン強度信号を各マススペクトルの総イオンカウントで規格化した信号値を用いた質量分析イメージング画像をデータ圧縮する構成とするのが好ましい。

また本発明に係る質量分析装置では、試料上の２次元領域に対する質量分析が全て終了した後に、それにより収集された質量分析イメージングデータに対して圧縮手段による圧縮処理をバッチ的に行うことができる。しかしながら、その場合、１つの試料に対して収集された全ての未圧縮の質量分析イメージングデータを一時的に記憶装置に保存しておく必要がある。これに対し、試料上の２次元領域に対する質量分析を実行する前に、該２次元領域においてどのように領域分割をすればよいかが分かっていれば、つまりは圧縮処理対象のブロックが決定されていれば、圧縮処理に都合のよいような順序で複数の微小領域に対する質量分析を順次実行することが可能である。

そこで本発明に係る質量分析装置の一態様として、前記領域分割手段による領域分割情報に基づいて、小領域毎に該小領域に含まれる微小領域に対する質量分析を実行するように、複数の微小領域における分析の順序を決定する測定順序決定手段をさらに備え、該測定順序決定手段による順序決定後に、前記２次元領域に対する質量分析を実行して質量分析イメージング画像を構成するデータを収集する構成とするとよい。

この構成によれば、質量分析を実行しつつ既に収集されたデータに対して圧縮処理を実行することができるので、１つの試料に対して収集された全ての未圧縮の質量分析イメージングデータを一時的に保存しておく必要がなくなり、質量分析によるデータの収集と圧縮処理との間でデータの受け渡しを行うとともにデータの入出力速度を調整するバッファに相当する分の記憶容量のメモリを用意しておきさえすればよい。

本発明に係る質量分析装置によれば、データ圧縮に伴う元の情報の損失をできるだけ抑えながら、質量分析イメージングデータを元のデータサイズよりも大幅に圧縮することができる。これにより、試料上の広い領域に対する高精細の複数の質量分析イメージング画像を効率良く記憶装置や記録メディアに保存しておくことが可能となる。また、こうした圧縮に際しての適切なブロック分けは光学顕微画像に対するクラスター分析等によって自動で行われるため、ユーザに負担を掛けることもない。

本発明の第１実施例によるイメージング質量分析装置の要部の構成図。 第１実施例によるイメージング質量分析装置における制御フローチャート。 マウス脳切片の光学顕微画像、及び同領域における或る質量電荷比に対する質量分析イメージング画像の一例を示す図。 第１実施例によるイメージング質量分析装置における領域分割の簡単な例を示す概念図。 本発明の第２実施例によるイメージング質量分析装置の要部の構成図。 第２実施例によるイメージング質量分析装置における制御フローチャート。

［第１実施例］
以下、本発明に係る質量分析装置の一実施例（第１実施例）であるイメージング質量分析装置について、図１、図２、図４を参照しつつ説明する。図１は本実施例によるイメージング質量分析装置の要部の構成図である。

気密性を有する非真空チャンバ１の内部には、試料４を載せた試料プレート３を積載するための試料ステージ２が配設されている。他方、非真空チャンバ１と連結して設けられ、図示しない真空ポンプにより真空排気される真空チャンバ７の内部には、イオン輸送光学系８、質量分析器９、イオン検出器１０などが配設されている。イオン輸送光学系８としては例えば、静電的な電磁レンズや多極型の高周波イオンガイド、或いはそれらの組み合わせなどが用いられる。この例では、質量分析器９はリフレクトロン型の飛行時間型質量分析器であるが、質量分析器はこれに限るものではなく、四重極マスフィルタ、イオントラップ、磁場セクター型分析器など、種々の形式のものが利用可能である。

非真空チャンバ１及び真空チャンバ７の外側には、レーザ照射部１１、レーザ集光光学系１２、ＣＣＤカメラ１３、観察用光学系１４などが配置されている。試料ステージ２には、互いに直交するｘ、ｙの２軸方向に該試料ステージ２を高精度で駆動するために、ステッピングモータ等を含む駆動機構（図示しない）が付設され、この駆動機構はステージ駆動部１５により駆動される。

制御／処理部２０に含まれる分析制御部２１の制御の下にレーザ照射部１１から出射されたイオン化用のレーザ光はレーザ集光光学系１２により絞られ、非真空チャンバ１の側面に設けられた照射用窓５を通して試料４に照射される。このときの試料４上でのレーザ光の照射径は例えば１μｍ〜数十μｍと微小径である。前述のように駆動機構により試料ステージ２がｘ−ｙ面内で移動されると、試料４上のレーザ光照射位置、つまり試料４上で質量分析の実行対象となる微小領域が移動する。これにより、試料４上で質量分析が実行される位置が２次元的に走査され、任意の形状の２次元領域内を格子状に細かく区切った各微小領域（測定点）の質量分析がそれぞれ実施される。

ＣＣＤカメラ１３は、非真空チャンバ１の側面に設けられた観察用窓６及び観察用光学系１４を介して試料プレート３上の所定範囲を撮像する。ＣＣＤカメラ１３により撮影された画像データは制御／処理部２０に送られ、必要に応じて光学画像保存部２２に格納される。そのほか、制御／処理部２０は、領域分割判別処理部２３、質量分析イメージングデータ一時格納部２４、画像圧縮／伸張部２５、データ保存部２６、スペクトル処理部２７、表示処理部２８などを含む。また、制御／処理部２０には、分析者（オペレータ）が操作や指示を与える操作部３０と、試料４の光学顕微画像や質量分析イメージング画像などを表示するための表示部３１とが接続されている。

なお、制御／処理部２０の機能の少なくとも一部は、パーソナルコンピュータに搭載した専用のソフトウエアを該コンピュータ上で実行することにより実現することができる。その場合、制御／処理部２０に含まれる各部はソフトウエアにより実現される機能ブロックである。

図２は本実施例のイメージング質量分析装置において質量分析イメージングを行う際の制御動作の一例を示すフローチャートである。この図に従って、典型的な動作を説明する。

分析対象である試料４が載置された試料プレート３が試料ステージ２上に設置され、分析者が操作部３０から所定の操作を行うと、制御／処理部２０はＣＣＤカメラ１３により撮像した試料４上の光学顕微画像を表示部３１の画面上に表示する（ステップＳ１）。分析者は、その表示画面上で操作部（例えばマウス）３０により質量分析イメージングを行う２次元領域を指定する。これにより、質量分析を行う測定範囲が決定される（ステップＳ２）。また、測定範囲と正確に位置の対応がとれた光学顕微画像が得られるから、これが光学画像保存部２２に格納される。

続いて、分析制御部２１による制御の下に、上記のように決定された測定範囲に含まれる全ての測定点に対する質量分析が順次実行される（ステップＳ３）。例えば、ステージ駆動部１５により試料４上の或る測定点がレーザ照射位置に移動されると、上述したようにレーザ光が短時間照射され、試料４から各種イオンが放出される。このイオンは真空チャンバ７に導入され、イオン輸送光学系８を経て質量分析器９に送られ、質量分析器９により質量電荷比に応じて分離される。時間的に分離されたイオンが検出器１０に到達すると、検出器１０は入射したイオンの量に応じた検出信号を出力し、この検出信号はスペクトル処理部２７に入力される。スペクトル処理部２７は検出信号をデジタル化して所定のデータ処理を実行する。具体的には、その測定点における検出信号から飛行時間スペクトルを作成し、飛行時間を質量電荷比に換算してマススペクトルを作成する。さらにスペクトル毎に総イオンカウントによる規格化を行う。そうして得られた質量分析イメージングデータは質量分析イメージングデータ一時格納部２４に格納される。試料４上の測定範囲内において試料ステージ２の移動によって次の測定点がレーザ照射位置に来る毎に上記のようにマススペクトルデータが求められ、これによる質量分析イメージングデータが質量分析イメージングデータ一時格納部２４に格納される。そうして測定範囲に含まれる全ての測定点に対する質量分析イメージングデータが収集される（ステップＳ４）。

上述のように質量分析イメージングデータ一時格納部２４に格納されたデータに対し、次のような手順でデータ圧縮が行われる。
圧縮処理が指示されると、領域分割判別処理部２３は処理対象の光学顕微画像を光学画像保存部２２から読み出し、画像上の範囲を生体組織毎に分割する（ステップＳ５）。具体的には、領域分割判別処理部２３は光学顕微画像内の各画素（又は隣接する一定数の画素をまとめた画素群）の色情報を対象とした周知のクラスター分析を行い、類似した色を持つ画素又は画素群が同一グループに属するようにグループ分け（クラスタリング）を行う。クラスター分析には様々なアルゴリズムが知られており、色情報をパラメータとするクラスタリングが行えればアルゴリズムは問わない。ただし、予め分割するグループ数を決めておき、その数になるようにグループ分けを行う方法はここではあまり適切でない。何故なら、そうした方法では、指定された分割数が適切でないと、あまり類似していない色を持つ生体組織が同一グループに入る可能性があるからである。そこで、好ましくは、クラスター分析の過程で最適な分割数を自動的に決定することが可能なアルゴリズムを採用するとよい。

クラスター分析において最適な分割数を決める指標として、例えば、擬似Ｆ統計量（Pseudo F statistic）やビールのＦ値（Beale's F statistic）などの統計量がある。これら統計量は、単純化すると、クラスター内における平均値のクラスター間でのばらつきと、クラスター内における各要素のばらつきとの比と考えればよく、最適な分割数ではこうした統計量は極大値を示す。したがって、クラスター分析でクラスタリングを行いながら、即ち、各画素を色が類似した複数のグループに分け、さらにグループ同士での色の類似性を比較して類似しているもの同士を新たなグループとして扱うという処理を繰り返しながら、グループ数を順次減らす。その過程でグループの数が変わる毎に上記のような統計量を求め、その統計量が極大値を示すような分割数を見つけ、その分割数に対応した結果を求める。これにより、人間の主観や判断に依らず、また分析者が何らかの操作や作業を行うことなく、試料に対する光学顕微画像を的確に各生体組織に対応した小領域に分けることができる。

簡単な例を図４に示す。図４（ａ）に示した光学顕微画像に対して領域判別処理を実行することにより、図４（ｂ）に示すように領域Ａ、Ｂ、Ｃの３つの領域に分割される。各領域は図４（ｂ）中で斜線で示す範囲であり、この範囲に含まれる画素（又は測定点）が同一グループに属する。この場合には分割数は３である。

領域分割判別処理部２３は光学顕微画像に対するクラスタリングが終了したならば、その結果、つまり分割位置情報（例えば画像の基準位置をゼロ座標とした分割位置を示す座標情報など）を画像圧縮／伸張部２５へと送る（ステップＳ６）。画像圧縮／伸張部２５は質量分析イメージングデータ一時格納部２４から光学顕微画像に対応した質量分析イメージングデータを読み出し、該データに基づいて質量電荷比毎のイオン強度の２次元分布の画像（質量分析イメージング画像）を作成する。このとき、予め指定された特定の質量電荷比における質量分析イメージング画像のみを作成してもよいし、自動的にマススペクトルに対しピークピッキングを実行し、ピークが検出された質量電荷比に対応する質量分析イメージング画像を作成するようにしてもよい。

１乃至複数の質量分析イメージング画像が得られたならば、画像毎にデータ圧縮処理を実施する（ステップＳ７）。まず領域分割判別処理部２３から受け取った分割位置情報に基づいて、ＤＣＴの対象のブロックを決める。ブロックは少なくとも１つの領域内で完結するようにし、１つの領域全体が１つのブロックであってもよいし、１つの領域に複数のブロックが存在していてもよい。一般的に処理の都合上、１つのブロックに含まれる画素数はできるだけ揃えることが望ましい。また、データ伸張時にはブロックの区切りが分かっている必要があり、そのためにブロックの区切りを示す情報を圧縮後の画像データに付加する必要があるため、ブロックの区切りを示す情報をできるだけ少なくすることが望ましい。

ブロック分けが決まったならば、ブロック単位で、当該ブロックに含まれる各測定点での対象の質量電荷比における信号強度データを集め、ＤＣＴによって空間的な強度分布をその強度の変化の周波数と該周波数成分の強さの情報とに変換する。そして、その変換後、各周波数成分の強さを比較し、相対的に強度の低い周波数成分は削除する。これによりデータ量が減る。ブロック単位で求めたデータ削除後の周波数成分の強度と周波数情報とをその質量分析イメージング画像に対する情報とする。こうした処理を全ての質量電荷比の質量分析イメージング画像について行い、データの総量を削減する。そうして削減されたデータを、圧縮／伸張のパラメータ、例えば上述のブロック分けを示す情報とともに、データ保存部２６に保存する。

以上のようにして、質量分析イメージングデータを、ほぼ同一の成分（分子）で構成される生体組織毎に圧縮することができる。異なる生体組織に跨ったＤＣＴによる圧縮が行われることがないため、圧縮に伴う情報の欠落をできるだけ抑えつつ、高い圧縮率を実現することができる。それにより、同じ記憶容量の記憶装置により多くの枚数のイメージング画像を保存することができる。

データ保存部２６に保存されている圧縮済みデータによる質量分析イメージング画像を見たい場合には、分析者が操作部３０で所定の操作を行うと、画像圧縮／伸張部２５は指定された試料や質量電荷比に対応したデータを読み出し、ブロック区切り情報を用いてブロック単位で圧縮時とは逆の伸張処理を実行し、各測定点における信号強度を求める。そうして伸張したデータを用いて指定された質量電荷比におけるイオン強度の２次元分布であるイメージング画像を再構成し、この画像を表示処理部を通して表示部３１の画面上に表示する。上述したように圧縮時の情報欠損が少ないので、高精細のイメージング画像を描出することができる。

上記実施例では、試料に対してイメージング質量分析を実行して各測定点で取得されたスペクトルデータを一旦全て質量分析イメージングデータ一時格納部２４に格納し、その後に圧縮処理を実行していた。そのため、１つの試料に対して取得される全てのデータを格納可能な記憶メモリを用意する必要がある。これは、圧縮処理をいわばバッチ的に実行するためであり、測定の実行中に圧縮処理を順次実行可能であれば一時格納部２４の記憶容量は少なくて済む。次の第２実施例はそうした処理を行うものである。

［第２実施例］
図５はこの第２実施例によるイメージング質量分析装置の要部の構成図、図６はこの第２実施例のイメージング質量分析装置における制御フローチャートである。図５に示すように、基本的な構成は第１実施例の装置と共通しているが、領域分割判別処理部２３で得られる分割位置情報を受けて測定順序を決定する測定順序決定部２９が分析制御部２１に関連付けて設けられている。

図６に従って、この第２実施例の装置の典型的な動作を説明する。
分析者が操作部３０で所定の操作を行うと、制御／処理部２０の制御の下にＣＣＤカメラ１３は試料４上の所定範囲の光学顕微画像を撮影する（ステップＳ１）。この画像は表示処理部を通して表示部３１の画面上に表示され、分析者はその画面上でイメージング質量分析を行いたい２次元領域を測定範囲として指定する（ステップＳ２）。これは第１実施例と同様である。この後、指定された測定範囲に対応する光学顕微画像は光学画像保存部２２に格納され、領域分割判別処理部２３が直ちにその光学顕微画像に対して上述したような生体組織毎に領域を分割する処理を実行する（ステップＳ５）。即ち、この第２実施例では、質量分析イメージングデータの収集に先立って、試料４上の測定範囲に対応した光学顕微画像に基づく領域分割が実行される。

領域分割判別処理部２３で分割位置情報が得られると（ステップＳ６）、この分割位置情報が画像圧縮／伸張部２５と共に測定順序決定部２９に送られる。第１実施例のイメージング質量分析装置では、測定範囲に含まれる多数の測定点に対する測定順序はその試料面の模様や色分布などに依らず決められている。例えば、測定範囲の一方の端部からラスタースキャン状に順次各測定点に対する質量分析が実行される。これに対し、この第２実施例の装置では、測定順序決定部２９が分割位置情報で与えられる複数の小領域毎に質量分析を実行するように、適応的に、つまりは分割の状態に応じて測定順序を決定する（ステップＳ１０）。例えば図４（ｂ）に示したように測定範囲がＡ、Ｂ、Ｃの３つの領域に分割されていた場合、まず領域Ａに属する測定点のみに対して順番に質量分析を実行し、領域Ａ内の全ての測定点に対する測定が終了したならば、次に領域Ｂに属する測定点のみに対して順番に質量分析を実行し、領域Ｂ内の全ての測定点に対する測定が終了したならば、最後に領域Ｃに属する測定点のみに対して順番に質量分析を実行するように、測定順序を決定する。そして、分析制御部２１は測定順序決定部２９で決定された順序に従って各測定点に対する質量分析を実行する（ステップＳ３）。

そして、分割された領域に対する質量分析イメージングデータが得られたならば、ステップＳ１１でＹｅｓと判断され、画像圧縮／伸張部２５は上述したような圧縮処理を実行する（ステップＳ７）。即ち、例えば領域Ａに属する測定点に対する質量分析イメージングデータが得られたならば、領域Ｂに属する測定点に対する質量分析イメージングデータの収集を行いつつ、領域Ａに属する測定点に対する質量分析イメージングデータに対するデータ圧縮を実施する。上述したようにデータ圧縮の際に領域Ａと領域Ｂとを跨るようなブロックは設定されないため、このようなデータ圧縮処理と質量分析イメージングデータの収集との並行処理が可能である。そうして、最終的に測定範囲内の全領域（図４の例の場合、領域Ａ、Ｂ、Ｃ）の処理が終了した時点で（ステップＳ１２でＹｅｓ）処理を終了する。これにより、第１実施例と同様に、圧縮済みのデータが、圧縮／伸張のパラメータとともにデータ保存部２６に保存される。

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。

１…非真空チャンバ
２…試料ステージ
３…試料プレート
４…試料
５…照射用窓
６…観察用窓
７…真空チャンバ
８…イオン輸送光学系
９…質量分析器
１０…イオン検出器
１１…レーザ照射部
１２…レーザ集光光学系
１３…ＣＣＤカメラ
１４…観察用光学系
１５…ステージ駆動部
２０…制御／処理部
２１…分析制御部
２２…光学画像保存部
２３…領域分割判別処理部
２４…質量分析イメージングデータ一時格納部
２５…画像圧縮／伸張部
２６…データ保存部
２７…スペクトル処理部
２８…表示処理部
２９…測定順序決定部
３０…操作部
３１…表示部

Claims (5)

1. 試料上の所定の２次元領域内に設定された複数の微小領域毎の質量分析を行い、その結果に基づいて質量分析イメージング画像を作成する質量分析装置において、
   a)試料上の前記２次元領域の光学顕微画像を取得する撮像手段と、
   b)前記撮像手段により得られた光学顕微画像に基づいて、前記２次元領域内の試料面を特徴的な構造に対応した複数の小領域に区分する領域分割手段と、
   c)前記２次元領域内の微小領域毎に収集された特定の質量電荷比のイオン強度信号により構成される質量分析イメージング画像をデータ圧縮する手段であって、前記領域分割手段により分割された小領域で完結するブロック単位で圧縮処理を行う圧縮手段と、
   を備えることを特徴とする質量分析装置。
2. 請求項１に記載の質量分析装置であって、
   前記領域分割手段は、カラー光学顕微画像上の各画素の色を対象としたクラスター分析を実施し、前記２次元領域内の試料面を、類似した色を示す複数の小領域に区分することを特徴とする質量分析装置。
3. 請求項１又は２に記載の質量分析装置であって、
   前記圧縮手段は、前記領域分割手段により分割された各小領域に含まれる複数の微小領域をそれぞれ１又は複数のブロックとし、ブロック単位でイオン強度の２次元分布に対して離散コサイン変換を適用した圧縮を行うことを特徴とする質量分析装置。
4. 請求項３に記載の質量分析装置であって、
   前記圧縮手段は、前記２次元領域内の微小領域毎に収集された質量電荷比のイオン強度信号を各マススペクトルの総イオンカウントで規格化した信号値を用いた質量分析イメージング画像をデータ圧縮することを特徴とする質量分析装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の質量分析装置であって、
   前記領域分割手段による領域分割情報に基づいて、小領域毎に該小領域に含まれる微小領域に対する質量分析を実行するように、複数の微小領域における分析の順序を決定する測定順序決定手段をさらに備え、
   該測定順序決定手段による順序決定後に、前記２次元領域に対する質量分析を実行して質量分析イメージング画像を構成するデータを収集することを特徴とする質量分析装置。