(57)【要約】  重ね合わせ対象の異なる試料に由来する複数のＭＳイメージング画像をユーザが指定すると、画像位置合わせ処理部（３４）は指定された画像に対応する複数の試料の光学顕微画像データを光学画像データ格納部（３０）から読み出し、既知の画像レジストレーション技術による位置合わせを実施し画像変形情報を求める。光学顕微画像では試料の形態が明瞭に観察できるので、より高い精度で位置合わせが行える。ＭＳイメージング画像調整部（３６）は、得られた画像変形情報を用い複数のＭＳイメージング画像を変形し、画像重ね合わせ処理部（３７）は変形後の画像同士を重ね合わせる。ＭＳイメージング画像で試料上の部位の形態が観察できなくても、同じ部位の位置、大きさ、形状が合った重ね合わせを行うことができる。これを利用して、一つの生体組織から連続的に切り出した複数の切片試料由来のＭＳイメージング画像の正確な重ね合わせが可能となる。
2019186965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上の測定領域内の複数の測定点においてそれぞれ得られた質量分析データを処理するイメージング質量分析におけるデータ処理方法であり、観察対象である部位が同じ又は互いに類似している複数の試料についてそれぞれ得られた質量分析データに基づいて作成される複数の質量分析イメージング画像を重ね合わせる処理を行うデータ処理方法であって、
a)重ね合わせ処理の対象である複数の質量分析イメージング画像をユーザに選択させる画像選択ステップと、
b)選択された複数の質量分析イメージング画像にそれぞれ対応する複数の試料についての光学顕微画像を取得する光学顕微画像取得ステップと、
c)取得された複数の光学顕微画像の間で、一方又は複数の画像を変形しつつ前記同じ又は互いに類似している部位が一致するように画像の位置合わせを行う画像位置合わせステップと、
d)画像の位置合わせの際の一方又は複数の画像についての画像変形情報を取得する画像変形情報取得ステップと、
e)前記画像変形情報取得ステップで取得された前記画像変形情報を前記重ね合わせ処理の対象である複数の質量分析イメージング画像に適用して少なくとも一つの画像の変形処理を行う画像変形ステップと、
f)前記画像変形ステップにおいて少なくとも一つが変形された前記複数の質量分析イメージング画像の重ね合わせ処理を行う画像重ね合わせ処理ステップと、
を有することを特徴とするイメージング質量分析におけるデータ処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のイメージング質量分析におけるデータ処理方法であって、
前記複数の試料は、一つの個体の一つの生体組織から連続的に切り出された切片試料であることを特徴とするイメージング質量分析におけるデータ処理方法。
【請求項３】
試料上の測定領域内の複数の測定点においてそれぞれ得られた質量分析データをコンピュータ上で処理するためのデータ処理プログラムであり、複数の試料についてそれぞれ得られた質量分析データに基づいて作成される複数の質量分析イメージング画像を重ね合わせる処理を行うデータ処理プログラムであって、コンピュータを、
a)重ね合わせ処理の対象である複数の質量分析イメージング画像をユーザに選択させる画像選択機能部と、
b)選択された複数の質量分析イメージング画像にそれぞれ対応する複数の試料についての光学顕微画像を取得する光学顕微画像取得機能部と、
c)取得された複数の光学顕微画像の間で、一方又は複数の画像を変形しつつ前記同じ又は互いに類似している部位が一致するように画像の位置合わせを行う画像位置合わせ機能部と、
d)画像の位置合わせの際の一方又は複数の画像についての画像変形情報を取得する画像変形情報取得機能部と、
e)取得された前記画像変形情報を前記重ね合わせ処理の対象である複数の質量分析イメージング画像に適用して少なくとも一つの画像の変形処理を行う画像変形機能部と、
f)前記画像変形機能部により少なくとも一つが変形された前記複数の質量分析イメージング画像の重ね合わせ処理を行う画像重ね合わせ処理機能部と、
して動作させることを特徴とするデータ処理プログラム。
【請求項４】
試料上の測定領域内の複数の測定点においてそれぞれ得られた質量分析データを処理するイメージング質量分析におけるデータ処理方法であり、観察対象である部位が同じ又は互いに類似している複数の試料のうちの一つについて得られた質量分析データに基づいて作成される質量分析イメージング画像と、他の一つについて質量分析以外の測定又は観察手法で得られた参照画像とを重ね合わせる処理を行うデータ処理方法であって、
a)重ね合わせ処理の対象である一つの質量分析イメージング画像をユーザに選択させる画像選択ステップと、
b)選択された質量分析イメージング画像に対応する光学顕微画像を取得する光学顕微画像取得ステップと、
c)取得された光学顕微画像と同じ試料についての前記参照画像との間で、一方又は複数の画像を変形しつつ前記同じ又は互いに類似している部位が一致するように画像の位置合わせを行う画像位置合わせステップと、
d)画像の位置合わせの際の一方又は複数の画像についての画像変形情報を取得する画像変形情報取得ステップと、
e)取得された前記画像変形情報を前記重ね合わせ処理の対象である質量分析イメージング画像に適用して画像の変形処理を行う画像変形ステップと、
f)前記画像変形ステップにおいて変形された前記質量分析イメージング画像と前記参照画像との重ね合わせ処理を行う画像重ね合わせ処理ステップと、
を有することを特徴とするイメージング質量分析におけるデータ処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載のイメージング質量分析におけるデータ処理方法であって、
前記複数の試料は、一つの個体の一つの生体組織から連続的に切り出された切片試料であることを特徴とするイメージング質量分析におけるデータ処理方法。
【請求項６】
試料上の測定領域内の複数の測定点においてそれぞれ得られた質量分析データをコンピュータ上で処理するためのデータ処理プログラムであり、複数の試料のうちの一つについて得られた質量分析データに基づいて作成される質量分析イメージング画像と、他の一つについて質量分析以外の測定又は観察手法で得られた参照画像とを重ね合わせる処理を行うデータ処理プログラムであって、コンピュータを、
a)重ね合わせ処理の対象である一つの質量分析イメージング画像をユーザに選択させる画像選択機能部と、
b)選択された質量分析イメージング画像に対応する光学顕微画像を取得する光学顕微画像取得機能部と、
c)取得された光学顕微画像と同じ試料についての前記参照画像との間で、一方又は複数の画像を変形しつつ前記同じ又は互いに類似している部位が一致するように画像の位置合わせを行う画像位置合わせ機能部と、
d)画像の位置合わせの際の一方又は複数の画像についての画像変形情報を取得する画像変形情報取得機能部と、
e)前記画像変形情報取得機能部により取得された前記画像変形情報を前記重ね合わせ処理の対象である質量分析イメージング画像に適用して画像の変形処理を行う画像変形機能部と、
f)前記画像変形機能部により変形された前記質量分析イメージング画像と前記参照画像との重ね合わせ処理を行う画像重ね合わせ処理機能部と、
して動作させることを特徴とするデータ処理プログラム。
【請求項７】
試料上の測定領域内の複数の測定点においてそれぞれ得られた質量分析データを処理するイメージング質量分析におけるデータ処理方法であり、観察対象である部位が同じ又は互いに類似している複数の試料のうちの一つについて得られた質量分析データに基づいて作成される質量分析イメージング画像と、他の一つについてイメージング質量分析以外のイメージング測定手法で得られた第２のイメージング画像とを重ね合わせる処理を行う、又は、一つの試料の同じ観察対象部位について得られた質量分析データに基づいて作成される質量分析イメージング画像とイメージング質量分析以外のイメージング測定手法で得られた第２のイメージング画像とを重ね合わせる処理を行うデータ処理方法であって、
a)重ね合わせ処理の対象である一つの質量分析イメージング画像と第２のイメージング画像とをユーザに選択させる画像選択ステップと、
b)選択された質量分析イメージング画像と第２のイメージング画像とにそれぞれ対応する光学顕微画像を取得する光学顕微画像取得ステップと、
c)取得された二つの光学顕微画像の間で、試料上の同じ又は類似している部位が一致するように画像の位置合わせを行う画像位置合わせステップと、
d)位置合わせの際の一方又は複数の画像についての画像変形情報を取得する画像変形情報取得ステップと、
e)前記画像変形情報を前記重ね合わせ処理の対象である質量分析イメージング画像及び第２のイメージング画像に適用して少なくとも一つの画像の変形処理を行う画像変形ステップと、
f)前記画像変形ステップにおいて少なくとも一つが変形された質量分析イメージング画像と第２のイメージング画像との重ね合わせ処理を行う画像重ね合わせ処理ステップと、
を有することを特徴とするイメージング質量分析におけるデータ処理方法。
【請求項８】
試料上の測定領域内の複数の測定点においてそれぞれ得られた質量分析データをコンピュータ上で処理するためのデータ処理プログラムであり、観察対象である部位が同じ又は互いに類似している複数の試料のうちの一つについて得られた質量分析データに基づいて作成される質量分析イメージング画像と、他の一つについてイメージング質量分析以外のイメージング測定手法で得られた第２のイメージング画像とを重ね合わせる処理を行う、又は、一つの試料の同じ観察対象部位について得られた質量分析データに基づいて作成される質量分析イメージング画像とイメージング質量分析以外のイメージング測定手法で得られた第２のイメージング画像とを重ね合わせる処理を行うデータ処理プログラムであって、コンピュータを、
a)重ね合わせ処理の対象である一つの質量分析イメージング画像と第２のイメージング画像とをユーザに選択させる画像選択機能部と、
b)選択された質量分析イメージング画像と第２のイメージング画像とにそれぞれ対応する光学顕微画像を取得する光学顕微画像取得機能部と、
c)取得された二つの光学顕微画像の間で、試料上の同じ又は類似している部位が一致するように画像の位置合わせを行う画像位置合わせ機能部と、
d)位置合わせの際の一方又は複数の画像についての画像変形情報を取得する画像変形情報取得機能部と、
e)前記画像変形情報を前記重ね合わせ処理の対象である質量分析イメージング画像及び第２のイメージング画像に適用して少なくとも一つの画像の変形処理を行う画像変形機能部と、
f)前記画像変形機能部により変形された質量分析イメージング画像と第２のイメージング画像との重ね合わせ処理を行う画像重ね合わせ処理機能部と、
して動作させることを特徴とするデータ処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料上の測定領域内の多数の測定点それぞれについてマススペクトルデータを取得することが可能であるイメージング質量分析装置で得られたデータを処理する方法、及び、コンピュータ上でその方法を実施するためのデータ処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析イメージング法は、生体組織切片などの試料上の２次元的な測定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空間分布を調べる手法であり、創薬やバイオマーカ探索、各種疾病・疾患の原因究明などへの応用が進められている。質量分析イメージングを実施するための質量分析装置は一般にイメージング質量分析装置と呼ばれている（非特許文献１、２等参照）。【０００３】
イメージング質量分析装置では一般に、試料上の多数の測定点それぞれについて所定の質量電荷比（m/z）範囲に亘るマススペクトルデータ（ｎが２以上であるＭＳnスペクトルデータを含む）が得られる。そして、観察したい化合物由来のイオンのm/z値をユーザが指定すると、その指定されたm/z値における各測定点のイオン強度値が抽出され、そのイオン強度値をグレイスケールやカラースケールに従って可視化して測定点の位置に対応付けた２次元画像（質量分析イメージング画像、以下「ＭＳイメージング画像」という）が作成され表示部の画面上に表示される。【０００４】
近年、こうしたイメージング質量分析装置を利用し、生体組織から切り出された試料における特定の化合物の２次元的な分布を観察することで、薬物動態解析、代謝パスウェイ解析、分子相関性の解析など行う研究が盛んに行われている。【０００５】
上記イメージング質量分析装置では一般に、試料中の成分（化合物）をイオン化するためにマトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）法が用いられている。その場合、分析に先立って、生体組織切片などの試料の表面にＭＡＬＤＩ用のマトリクスが塗布又は噴霧される。マトリクスとしては様々な化合物が知られているが、マトリクスの種類によってイオン化される成分は異なる。そのため、観察したい成分が複数種類あってそれらをイオン化するためのマトリクスの種類が相違する場合には、一つの生体組織から組織構造が同じであるとみなせる程度のごく薄い切片試料を複数切り出し、その複数の切片試料にそれぞれ異なる種類のマトリクスを塗布してイメージング質量分析を行うことがある。また、特定の成分の３次元的な分布を把握したいような場合には、一つの生体組織からごく薄い連続した切片試料を多数切り出し、その連続的な切片試料をそれぞれイメージング質量分析するという作業が行われる。【０００６】
また、上記の例は一つの生体組織、具体的には例えばマウスやヒトの肝臓等の器官から採取された複数の試料についてそれぞれイメージング質量分析が行われる場合の例であるが、例えば、正常な個体と異常な（例えば癌などに罹患した）個体とを比較するような場合には、異なる個体の同じ生体組織からそれぞれ切り出された試料をそれぞれイメージング質量分析することが行われる。【０００７】
上述したように複数の試料についてそれぞれイメージング質量分析を実行することで得られたＭＳイメージング画像に基づいて、特定の成分の分布を比較したり異なる成分の分布の関係を調べたり、或いは、特定の成分の３次元的な分布を把握したりするためには、複数のＭＳイメージング画像を重ね合わせる処理が必要になる。【０００８】
複数の試料が異なる個体から得られたものであればもちろんのこと、複数の試料が一つの個体から得られた場合であっても、作成されたＭＳイメージング画像において、観察したい部位の位置、大きさ、形状などが合っていない或いは揃っていないことが多い。そのため、異なる試料に由来するＭＳイメージング画像を正確に重ね合わせる際には、同じ部位の位置、大きさ、形状などができるだけ揃うように画像を変形する必要がある。【０００９】
通常、こうした処理は、ユーザ（オペレータ等）が重ね合わせたい複数のＭＳイメージング画像を表示画面上で確認しながら、移動、回転、拡大・縮小、非線形変形などによる画像の位置合わせを手作業で行うことで実施されている。しかしながら、こうした作業はたいへんに手間が掛かり効率が低い。また、そもそも、ＭＳイメージング画像は或る質量を有する成分由来のイオンの強度分布、つまりは存在量の分布を示すものであり、必ずしも或る部位や組織構造の輪郭や境界を示しているとは限らないため、ＭＳイメージング画像同士で正確な位置合わせを行うのは困難であった。【００１０】
また、生体組織の観察や解析においては、試料に対し例えばＨＥ（ヘマトキシリン・エオジン）染色などの染色処理を行った染色画像を取得し、こうした染色画像と特定のＭＳイメージング画像との重ね合わせが行われる場合もあるが、その場合でもＭＳイメージング画像同士を重ね合わせる場合と同様の問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「iMScope TRIO イメージング質量顕微鏡」、［online］、［平成３０年３月２８日検索］、株式会社島津製作所、インターネット＜URL: http://www.an.shimadzu.co.jp/bio/imscope/＞
【非特許文献２】緒方是嗣、ほか８名、「イメージング質量顕微鏡iMScopeによるメタボローム解析」イメージング質量顕微鏡」、島津評論編集部、島津評論、第７０巻、第３・４号、２０１４年３月３１日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、異なる試料からそれぞれ得られた複数のＭＳイメージング画像の重ね合わせや、染色画像等とＭＳイメージング画像との重ね合わせを行う際に、試料上の同じ部位や組織構造などができるだけ同じ位置や形状になるように精度の高い位置合わせを簡便に行うことができる、イメージング質量分析におけるデータ処理方法及びデータ処理プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために成された本発明に係る第１の態様のデータ処理方法は、試料上の測定領域内の複数の測定点においてそれぞれ得られた質量分析データを処理するイメージング質量分析におけるデータ処理方法であり、観察対象である部位が同じ又は互いに類似している複数の試料についてそれぞれ得られた質量分析データに基づいて作成される複数の質量分析イメージング画像を重ね合わせる処理を行うデータ処理方法であって、
a)重ね合わせ処理の対象である複数の質量分析イメージング画像をユーザに選択させる画像選択ステップと、
b)選択された複数の質量分析イメージング画像にそれぞれ対応する複数の試料についての光学顕微画像を取得する光学顕微画像取得ステップと、
c)取得された複数の光学顕微画像の間で、一方又は複数の画像を変形しつつ前記同じ又は互いに類似している部位が一致するように画像の位置合わせを行う画像位置合わせステップと、
d)画像の位置合わせの際の一方又は複数の画像についての画像変形情報を取得する画像変形情報取得ステップと、
e)前記画像変形情報取得ステップで取得された前記画像変形情報を前記重ね合わせ処理の対象である複数の質量分析イメージング画像に適用して少なくとも一つの画像の変形処理を行う画像変形ステップと、
f)前記画像変形ステップにおいて少なくとも一つが変形された前記複数の質量分析イメージング画像の重ね合わせ処理を行う画像重ね合わせ処理ステップと、
を有することを特徴としている。【００１４】
また上記課題を解決するために成された本発明に係る第１の態様のデータ処理プログラムは、試料上の測定領域内の複数の測定点においてそれぞれ得られた質量分析データをコンピュータ上で処理するためのデータ処理プログラムであり、複数の試料についてそれぞれ得られた質量分析データに基づいて作成される複数の質量分析イメージング画像を重ね合わせる処理を行うデータ処理プログラムであって、コンピュータを、
a)重ね合わせ処理の対象である複数の質量分析イメージング画像をユーザに選択させる画像選択機能部と、
b)選択された複数の質量分析イメージング画像にそれぞれ対応する複数の試料についての光学顕微画像を取得する光学顕微画像取得機能部と、
c)取得された複数の光学顕微画像の間で、一方又は複数の画像を変形しつつ前記同じ又は互いに類似している部位が一致するように画像の位置合わせを行う画像位置合わせ機能部と、
d)画像の位置合わせの際の一方又は複数の画像についての画像変形情報を取得する画像変形情報取得機能部と、
e)取得された前記画像変形情報を前記重ね合わせ処理の対象である複数の質量分析イメージング画像に適用して少なくとも一つの画像の変形処理を行う画像変形機能部と、
f)前記画像変形機能部により少なくとも一つが変形された前記複数の質量分析イメージング画像の重ね合わせ処理を行う画像重ね合わせ処理機能部と、
して動作させることを特徴としている。【００１５】
例えば非特許文献１に開示されているイメージング質量分析装置（イメージング質量顕微鏡）では、イメージング質量分析部と光学顕微鏡とが一体化されており、試料の形態観察と質量分析とが一台の装置で行える。こうした装置が使用された場合、一つの試料について該試料上の同じ部位の位置が揃っている光学顕微画像と質量分析イメージング画像とを取得することができる。また、イメージング質量分析部と光学顕微鏡とが一体化されていない場合であっても、通常、試料上でイメージング質量分析を行う対象の測定範囲を決めるためにイメージング質量分析装置とは別に用意された光学顕微鏡で試料上の光学顕微画像が撮影される。この場合、その測定範囲に対応する光学顕微画像と質量分析イメージング画像とにおいて試料上の同じ部位の位置は揃っている筈である。【００１６】
質量分析イメージング画像上では試料上の特定の部位や組織構造の形態が全く識別できない場合であっても、光学顕微画像においてはそうした試料上の特定の部位や組織構造の形態が比較的明瞭に現れる。そこで、本発明に係る第１の態様のデータ処理プログラムにより実現されるデータ処理方法では、画像選択ステップにおいて、ユーザにより重ね合わせ処理の対象である複数の質量分析イメージング画像が選択されると、次の光学顕微画像取得ステップにおいて、選択された複数の質量分析イメージング画像にそれぞれ対応する複数の試料についての光学顕微画像が取得される。そして画像位置合わせステップでは、重ね合わせ処理の対象である複数の質量分析イメージング画像がそれぞれ得られた複数の試料についての光学顕微画像の間で、同じ又は互いに類似している部位（組織構造など）が一致するように画像の位置合わせを試み、画像変形情報取得ステップで、その位置合わせの際の一方又は複数の画像についての画像変形情報が取得される。【００１７】
一般的には複数の光学顕微画像の間での位置合わせを行う際には、いずれか一つの画像を基準とし、その基準となる画像に位置が合うようにそれ以外の画像を変形させればよい。こうした画像の位置合わせには例えば医療分野で利用されている画像レジストレーション技術を利用することができる。なお、ここでいう「変形」は、画像の移動、回転、拡大・縮小などの線形変形と非線形変形との両方を含む。【００１８】
上述したように、一つの試料についての光学顕微画像と質量分析イメージング画像とで試料上の同じ部位の位置が合っていれば、光学顕微画像に対して得られた上記変形情報は、複数の質量分析イメージング画像同士の位置合わせにそのまま利用することができる。そこで、変形情報画像変形ステップでは、上記変形情報を重ね合わせ対象である複数の質量分析イメージング画像に適用して該画像の少なくとも一つを変形させる。これにより、元の質量分析イメージング画像のパターンに関係なく、重ね合わせ対象の複数の質量分析イメージング画像の位置がほぼ合った状態となる。そして、画像重ね合わせ処理ステップでは、そうして位置が合った状態の複数の質量分析イメージング画像を重ね合わせることで、例えば所定の成分の分布を比較可能な重ね合わせ画像を作成する。【００１９】
また上記課題を解決するために成された本発明に係る第２の態様のデータ処理方法は、試料上の測定領域内の複数の測定点においてそれぞれ得られた質量分析データを処理するイメージング質量分析におけるデータ処理方法であり、観察対象である部位が同じ又は互いに類似している複数の試料のうちの一つについて得られた質量分析データに基づいて作成される質量分析イメージング画像と、他の一つについて質量分析以外の測定又は観察手法で得られた参照画像とを重ね合わせる処理を行うデータ処理方法であって、
a)重ね合わせ処理の対象である一つの質量分析イメージング画像をユーザに選択させる画像選択ステップと、
b)選択された質量分析イメージング画像に対応する光学顕微画像を取得する光学顕微画像取得ステップと、
c)取得された光学顕微画像と同じ試料についての前記参照画像との間で、一方又は複数の画像を変形しつつ前記同じ又は互いに類似している部位が一致するように画像の位置合わせを行う画像位置合わせステップと、
d)画像の位置合わせの際の一方又は複数の画像についての画像変形情報を取得する画像変形情報取得ステップと、
e)取得された前記画像変形情報を前記重ね合わせ処理の対象である質量分析イメージング画像に適用して画像の変形処理を行う画像変形ステップと、
f)前記画像変形ステップにおいて変形された前記質量分析イメージング画像と前記参照画像との重ね合わせ処理を行う画像重ね合わせ処理ステップと、
を有することを特徴としている。【００２０】
また上記課題を解決するために成された本発明に係る第２の態様のデータ処理プログラムは、試料上の測定領域内の複数の測定点においてそれぞれ得られた質量分析データをコンピュータ上で処理するためのデータ処理プログラムであり、複数の試料のうちの一つについて得られた質量分析データに基づいて作成される質量分析イメージング画像と、他の一つについて質量分析以外の測定又は観察手法で得られた参照画像とを重ね合わせる処理を行うデータ処理プログラムであって、コンピュータを、
a)重ね合わせ処理の対象である一つの質量分析イメージング画像をユーザに選択させる画像選択機能部と、
b)選択された質量分析イメージング画像に対応する光学顕微画像を取得する光学顕微画像取得機能部と、
c)取得された光学顕微画像と同じ試料についての前記参照画像との間で、一方又は複数の画像を変形しつつ前記同じ又は互いに類似している部位が一致するように画像の位置合わせを行う画像位置合わせ機能部と、
d)画像の位置合わせの際の一方又は複数の画像についての画像変形情報を取得する画像変形情報取得機能部と、
e)前記画像変形情報取得機能部により取得された前記画像変形情報を前記重ね合わせ処理の対象である質量分析イメージング画像に適用して画像の変形処理を行う画像変形機能部と、
f)前記画像変形機能部により変形された前記質量分析イメージング画像と前記参照画像との重ね合わせ処理を行う画像重ね合わせ処理機能部と、
して動作させることを特徴としている。【００２１】
上記第２の態様のデータ処理方法及びデータ処理プログラムにおいて、参照画像は試料上の組織構造などの部位の輪郭や模様といった形態が或る程度明瞭に観察できる画像であれば、様々な手法で得られたものを利用することができる。典型的には、染色画像であるが、場合によっては、ラマン分光測定や様々な波長（テラヘルツ域、遠近赤外域、可視域、紫外域、Ｘ線域など）の電磁波の放出強度の測定や吸収測定などにより得られるイメージング画像、さらには、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）測定、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）測定、ＥＳＲ（Electron Spin Resonance）測定、ＣＴ（Computed Tomography）測定などの各種の測定や観察により得られる画像を参照画像として用いることができる。【００２２】
こうした参照画像は光学顕微画像と同様に画像変形情報を求めるために利用することができるから、一つの試料の光学顕微画像と他の試料の参照画像とから画像変形情報を求め、この画像変形情報を用いて光学顕微画像に対応する質量分析イメージング画像を変形すれば、該質量分析イメージング画像と参照画像とを位置合わせすることができる。【００２３】
また、ラマン顕微イメージング装置や赤外顕微イメージング装置では、イメージング質量分析装置と同様に、試料に対するラマン顕微イメージング画像或いは赤外顕微イメージング画像のほかに一般的な光学顕微画像も併せて得ることができる。そこで、ラマン顕微イメージング測定時或いは赤外顕微イメージング測定時に得られた光学顕微画像と質量分析イメージング時に得られた光学顕微画像とを利用して画像の位置合わせを行い、その際に得られた画像変形情報を、質量分析イメージング画像とラマン顕微イメージング画像或いは赤外顕微イメージング画像との位置合わせに用いるようにすることができる。【００２４】
即ち、本発明に係る第３の態様のデータ処理方法は、試料上の測定領域内の複数の測定点においてそれぞれ得られた質量分析データを処理するイメージング質量分析におけるデータ処理方法であり、観察対象である部位が同じ又は互いに類似している複数の試料のうちの一つについて得られた質量分析データに基づいて作成される質量分析イメージング画像と、他の一つについてイメージング質量分析以外のイメージング測定手法で得られた第２のイメージング画像とを重ね合わせる処理を行う、又は、一つの試料の同じ観察対象部位について得られた質量分析データに基づいて作成される質量分析イメージング画像とイメージング質量分析以外のイメージング測定手法で得られた第２のイメージング画像とを重ね合わせる処理を行うデータ処理方法であって、
a)重ね合わせ処理の対象である一つの質量分析イメージング画像と第２のイメージング画像とをユーザに選択させる画像選択ステップと、
b)選択された質量分析イメージング画像と第２のイメージング画像とにそれぞれ対応する光学顕微画像を取得する光学顕微画像取得ステップと、
c)取得された二つの光学顕微画像の間で、試料上の同じ又は類似している部位が一致するように画像の位置合わせを行う画像位置合わせステップと、
d)位置合わせの際の一方又は複数の画像についての画像変形情報を取得する画像変形情報取得ステップと、
e)前記画像変形情報を前記重ね合わせ処理の対象である質量分析イメージング画像及び第２のイメージング画像に適用して少なくとも一つの画像の変形処理を行う画像変形ステップと、
f)前記画像変形ステップにおいて少なくとも一つが変形された質量分析イメージング画像と第２のイメージング画像との重ね合わせ処理を行う画像重ね合わせ処理ステップと、
を有することを特徴としている。【００２５】
また、本発明に係る第３の態様のデータ処理プログラムは、試料上の測定領域内の複数の測定点においてそれぞれ得られた質量分析データをコンピュータ上で処理するためのデータ処理プログラムであり、観察対象である部位が同じ又は互いに類似している複数の試料のうちの一つについて得られた質量分析データに基づいて作成される質量分析イメージング画像と、他の一つについてイメージング質量分析以外のイメージング測定手法で得られた第２のイメージング画像とを重ね合わせる処理を行う、又は、一つの試料の同じ観察対象部位について得られた質量分析データに基づいて作成される質量分析イメージング画像とイメージング質量分析以外のイメージング測定手法で得られた第２のイメージング画像とを重ね合わせる処理を行うデータ処理プログラムであって、コンピュータを、
a)重ね合わせ処理の対象である一つの質量分析イメージング画像と第２のイメージング画像とをユーザに選択させる画像選択機能部と、
b)選択された質量分析イメージング画像と第２のイメージング画像とにそれぞれ対応する光学顕微画像を取得する光学顕微画像取得機能部と、
c)取得された二つの光学顕微画像の間で、試料上の同じ又は類似している部位が一致するように画像の位置合わせを行う画像位置合わせ機能部と、
d)位置合わせの際の一方又は複数の画像についての画像変形情報を取得する画像変形情報取得機能部と、
e)前記画像変形情報を前記重ね合わせ処理の対象である質量分析イメージング画像及び第２のイメージング画像に適用して少なくとも一つの画像の変形処理を行う画像変形機能部と、
f)前記画像変形機能部により変形された質量分析イメージング画像と第２のイメージング画像との重ね合わせ処理を行う画像重ね合わせ処理機能部と、
して動作させることを特徴としている。【００２６】
ここで、第２のイメージング画像とは例えばラマン顕微イメージング画像、赤外顕微イメージング画像などの質量分析以外の手法で得られたイメージング画像である。
この第３の態様によれば、質量分析イメージング画像とラマン顕微イメージング画像や赤外顕微イメージング画像などとを正確に重ね合わせた画像を作成することができるので、試料に関するより正確で多様な情報をユーザに提供することができる。【００２７】
なお、本発明に係る第１乃至第３の態様のデータ処理方法において、重ね合わせ対象の複数の質量分析イメージング画像が得られる複数の試料は、互いに別の個体から採取されたものでも構わないが、観察対象の部位が同じである又は互いに類似しているものでないと実質的に重ね合わせ処理を行う意味がない。
こうした点において本発明に係る第１乃至第３の態様のデータ処理方法において、複数の試料は、一つの個体の一つの生体組織から連続的に切り出された切片試料であるものとするとよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係るイメージング質量分析におけるデータ処理方法及びデータ処理プログラムによれば、異なる試料からそれぞれ得られた複数の質量分析イメージング画像の重ね合わせや、染色画像等と質量分析イメージング画像との重ね合わせ、或いは、質量分析イメージング画像とラマン顕微イメージング画像や赤外顕微イメージング画像などとの重ね合わせを行う際に、異なる試料上又は一つの試料上の同じ部位や組織構造などができるだけ同じ位置や形状になるように精度の高い位置合わせを簡便に、つまりはユーザによる煩雑な手作業を省きながら行うことができる。それによって、効率良く画像の重ね合わせが行え、そうした作業のためのユーザの負担も軽減される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るイメージング質量分析における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装置の一実施例の概略構成図。
【図２】本実施例のイメージング質量分析装置における特徴的な重ね合わせ画像作成のためのフローチャート。
【図３】図２に示した重ね合わせ画像作成処理を説明するための概念図。
【図４】本実施例のイメージング質量分析装置における試料上の測定領域の概念図。
【図５】生体組織から連続的に切り出される切片試料の概念図。
【図６】本実施例のイメージング質量分析装置を用いて染色画像とＭＳイメージング画像とを重ね合わせる場合の処理を説明するための概念図。
【図７】特定の化合物の３次元分布画像を作成する際の概念図。
【図８】本実施例のイメージング質量分析装置を用いてラマン顕微イメージング画像とＭＳイメージング画像とを重ね合わせる場合の処理を説明するための概念図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係るイメージング質量分析におけるデータ処理方法の一実施例について、添付図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は本発明に係る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装置の一実施例の概略構成図である。
本実施例のイメージング質量分析装置は、イメージング質量分析部１と、光学顕微観察部２と、データ処理部３と、操作部４と、表示部５と、を備える。操作部４及び表示部５はユーザインターフェイスである。
【００３２】
図示しないものの、イメージング質量分析部１は例えばマトリクス支援レーザ脱離イオン化イオントラップ飛行時間型質量分析装置（ＭＡＬＤＩ−ＩＴ−ＴＯＦＭＳ）を含み、生体組織切片などの試料６上の２次元的な測定領域内の多数の測定点（微小領域）それぞれのマススペクトルデータを取得可能なものである。このマススペクトルデータは、ｎが２以上のＭＳnスペクトルデータも含む。一方、光学顕微観察部２は試料６上の少なくとも測定領域を含む範囲の光学顕微画像を取得するものである。
【００３３】
データ処理部３は、イメージング質量分析部１で収集された各測定点におけるマススペクトルデータ及び光学顕微観察部２による撮像によって得られた光学顕微画像データを受けて所定の処理を行うものであり、光学画像データ格納部３０、ＭＳイメージングデータ格納部３１、光学画像作成部３２、ＭＳイメージング画像作成部３３、画像位置合わせ処理部３４、画像変形情報記憶部３５、ＭＳイメージング画像調整部３６、画像重ね合わせ処理部３７、画像表示処理部３８など、の機能ブロックを備える。
【００３４】
一般に、データ処理部３の実体は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、該コンピュータにインストールされた専用のソフトウェア（つまりはコンピュータプログラム）を該コンピュータ上で動作させることにより、上記各ブロックの機能が達成される。
【００３５】
なお、この例では、非特許文献１に開示されている装置のように、イメージング質量分析部１と光学顕微観察部２とが一体化されている、つまりは装置の所定位置にセットされた試料６が自動的に又は手動操作に応じてイメージング質量分析部１による測定位置と光学顕微観察部２による撮像位置との間で移動するような装置であるものとするが、後述するように、必ずしもイメージング質量分析部１と光学顕微観察部２とが一体化されている構成でなくてもよい。
【００３６】
一例として、図５に示すように、一つの生体組織から連続的に切り出された複数の切片試料に、それぞれ異なる種類のマトリクスを塗布してそれぞれイメージング質量分析を行い、それによって得られた複数のＭＳイメージング画像を重ね合わせる場合を考える。こうした複数の切片試料では、各試料に現れる生体組織の大きさや形状はほぼ同じであるとみなすことができる。
【００３７】
まず、本実施例のイメージング質量分析装置において、一つの試料６についてＭＳイメージングデータと光学顕微画像データとを取得する際の動作を説明する。
【００３８】
ユーザは、専用のプレート上に載置された、その表面にマトリクスを塗布していない試料６を装置の所定位置にセットし、操作部４で所定の操作を行う。すると、光学顕微観察部２はその試料６上の光学顕微画像を撮影し、該画像を表示部５の画面上に表示する。ユーザはこの画像を確認して試料６上においてイメージング質量分析を行う対象の測定領域を決定し、例えば操作部４により画面上でその測定領域を囲む枠を設定することで測定領域を指示する。これにより、例えば図４に示すように、マウス肝臓切片などの生体由来の試料６上に測定領域６０が設定される。このときに、試料６の撮影により得られた光学顕微画像データは測定領域６０の位置を特定する情報と共に光学画像データ格納部３０に格納される。
【００３９】
ユーザは上記試料６を載せたプレートを一旦装置から取り出し、試料６の表面に適宜のマトリクスを塗布したあと該プレートを装置に戻す。そして、操作部４により質量分析の実行を指示する。すると、図４に示すように、イメージング質量分析部１は上述したように設定された測定領域６０の範囲内の多数の測定点６１についてそれぞれ質量分析（又はＭＳn分析）を実行し、所定のm/z範囲に亘るマススペクトルデータを取得する。その結果、測定領域６０内の測定点６１の数に相当するマススペクトルデータの集合（これを以下「ＭＳイメージングデータ」という）が得られ、このデータがイメージング質量分析部１からデータ処理部３に入力されてＭＳイメージングデータ格納部３１に格納される。
【００４０】
こうして一つの試料６についての光学顕微画像データ及びＭＳイメージングデータは、光学画像データ格納部３０及びＭＳイメージングデータ格納部３１に関連付けて格納される。そして、上述したように一つの生体組織から切り出された複数の試料６について同様に測定を実施し、光学顕微画像データ及びＭＳイメージングデータを収集する。
【００４１】
なお、試料６上にマトリクスを塗布したあとに光学顕微観察を行ってもよいが、一般には、マトリクスを塗布すると試料６上の組織の色や模様が見えにくくなる。そのため、マトリクス塗布に先立って試料６上の鮮明な光学顕微画像を取得し、その画像を用いて測定領域６０を決めるのが一般的である。
【００４２】
次に、上述したようにして複数の試料（連続切片試料）に対するＭＳイメージングデータ及び光学顕微画像データがＭＳイメージングデータ格納部３１及び光学画像データ格納部３０にそれぞれ格納されている状態で、データ処理部３において実行される特徴的なデータ処理について図２、図３を参照しつつ説明する。図２はこのデータ処理の手順を示すフローチャート、図３はこのデータ処理を説明するための概念図である。
【００４３】
ユーザは操作部４により重ね合わせ処理を行いたい複数のＭＳイメージング画像を指定する（ステップＳ１）。具体的には、一つのＭＳイメージング画像は、試料を特定する情報（例えば複数の試料に付された連続番号）とm/値とにより指定可能である。三以上のＭＳイメージング画像の重ね合わせ処理の指定も可能であるが、説明を簡単にするために、ここでは二つのＭＳイメージング画像が指定される場合を説明する。いま一例として、図３に示すように、試料Ａのm/z＝Ｍ1におけるＭＳイメージング画像と試料Ｂのm/z＝Ｍ1におけるＭＳイメージング画像とが重ね合わせの対象として指定されたものとする。
【００４４】
ステップＳ１における指定を受けて、光学画像作成部３２は指定された複数のＭＳイメージング画像にそれぞれ対応する測定領域内の光学顕微画像、つまりは試料Ａと試料Ｂのほぼ同じ測定領域内の光学顕微画像を構成する光学顕微画像データを光学画像データ格納部３０から読み出す（ステップＳ２）。なお、このとき、光学画像作成部３２は読み出された光学顕微画像データから光学顕微画像を作成して表示部５の画面上に表示するようにしてもよい。
【００４５】
画像位置合わせ処理部３４は二つの光学顕微画像の間で同じ部位の位置や大きさ、形状が揃うように所定のアルゴリズムに従った位置合わせ処理を実行する。この位置合わせ処理には、例えば医療分野で広く利用されている画像レジストレーション技術を利用することができる。画像レジストレーション技術には、大別して、平行移動、回転、拡大・縮小により位置合わせを行う線形レジストレーションと、画像上に２次元的な格子点を配置し、その格子点を自由に移動させて位置合わせを行う非線形レジストレーション（例えばＦＦＤ（Free Form Deformation）法など）とがあるが、好ましくは、これらを組み合わせて用いるとよい。もちろん、位置合わせ処理の手法はこれに限るものではない。
【００４６】
いずれにしても、こうした位置合わせ処理においては、一方の画像を基準として他方の画像をその基準画像に合わせるときに画像を平行移動、回転、拡大・縮小、非線形変形等するための画像変形情報が得られる。そこで、この画像変形情報を試料Ａと試料Ｂとの位置合わせのための画像変形情報として画像変形情報記憶部３５に保存する（ステップＳ３）。
【００４７】
次に、ＭＳイメージング画像作成部３３はステップＳ１で指定された複数のＭＳイメージング画像を構成するＭＳイメージングデータをＭＳイメージングデータ格納部３１から読み出す（ステップＳ４）。そして、ＭＳイメージング画像調整部３６は、画像変形情報記憶部３５から試料Ａと試料Ｂとの位置合わせのための画像変形情報を読み出し、その画像変形情報を利用して、上記複数のＭＳイメージング画像の一方を変形させる画像処理を実施する（ステップＳ５）。即ち、ここでは、ＭＳイメージング画像のパターンとは無関係に、与えられた画像変形情報に基づいて、該画像を適宜に移動、回転、拡大・縮小、或いは非線形変形させる。ステップＳ３で実施した位置合わせの精度が高く、各試料において光学顕微画像とＭＳイメージング画像とで位置のずれが無視できる程度であれば、画像変形後のＭＳイメージング画像同士は同じ部位がほぼ同じ位置、大きさ及び形状になる。即ち、画像変形によって複数のＭＳイメージング画像の位置合わせが高い精度で実現されることになる。
【００４８】
画像重ね合わせ処理部３７はステップＳ５において位置合わせのための画像変形が行われたＭＳイメージング画像同士を重ね合わせることで、試料Ａのm/z＝Ｍ1のイオン強度の２次元分布と試料Ｂのm/z＝Ｍ1のイオン強度の２次元分布とが重なった画像を作成する（ステップＳ６）。それぞれのイオン強度の分布は互いに識別容易な異なる色で描出される。そして、画像表示処理部３８は作成された重ね合わせ画像を表示部５の画面上に表示する（ステップＳ７）。
【００４９】
このようにして本実施例のイメージング質量分析装置では、試料Ａにおける任意のm/z値におけるＭＳイメージング画像と試料Ｂにおける任意のm/z値におけるＭＳイメージング画像とについて精度の高い位置合わせを行ったうえで重ね合わせ画像を作成することができる。
【００５０】
上記実施例は二つのＭＳイメージング画像の重ね合わせであるが、３以上のＭＳイメージング画像の重ね合わせでも同様にすればよい。即ち、一つの光学顕微画像を基準とした他の光学顕微画像の画像変形情報をそれぞれ求め、その画像変形情報を利用して複数のＭＳイメージング画像をそれぞれ画像加工すればよい。
【００５１】
また、一つの生体組織から切り出された連続的な切片試料に由来するＭＳイメージングが画像同士ではなく、別の個体（例えば別のマウス）の同じ生体組織からそれぞれ切り出された試料に由来するＭＳイメージングが画像同士を重ね合わせる際にも同じ処理を適用することができる。
【００５２】
また、図５に示したように生体組織から連続的に切り出した多数の切片試料についてそれぞれイメージング質量分析を実行し、図７に示すように、特定のm/z値におけるＭＳイメージング画像の立体的な重ね合わせを行うことで、特定の化合物の３次元分布画像を作成することができる。
【００５３】
また上記実施例のイメージング質量分析装置では、ＭＳイメージング画像同士を重ね合わせるために光学顕微画像同士の位置合わせにより画像変形情報を求めていたが、ＭＳイメージング画像と質量分析以外の手法で得られた他の画像とを重ね合わせる際にも同様の手法を用いることができる。
【００５４】
具体的には、連続的な切片試料の一つについてＨＥ染色などによる染色画像を取得し、他の一つについてイメージング質量分析を実施し、それにより作成される任意のm/z値におけるＭＳイメージング画像と染色画像とを重ね合わせたい場合がある。図６は一つの染色画像と一つのＭＳイメージング画像とを重ね合わせる場合の処理を説明するための概念図である。一般に、染色画像は特定の組織や特定の物質等が染色されて他と識別可能に観察されるが、それ以外の部位の形態も十分に明瞭に観察可能である。
【００５５】
そこで、この場合には、重ね合わせたいm/z＝Ｍ1であるＭＳイメージング画像が得られた試料Ａの光学顕微画像と試料Ｂの染色画像との間で該染色画像を基準とした位置合わせを試みる。そして、その位置合わせに基づく画像変形情報を取得する。そして、この画像変形情報を用いて、試料Ａについてのm/z＝Ｍ1におけるＭＳイメージング画像を変形する。そして、画像変形が行われたあとのＭＳイメージング画像と染色画像とを重ね合わせた画像を作成する。
【００５６】
試料上の組織構造などの部位の輪郭や模様といった形態が或る程度明瞭に観察できる画像であれば、染色画像でなく、別の測定や観察により得られる画像とＭＳイメージング画像との重ね合わせの際にも同じ手法を用いることができる。
【００５７】
また一般に、ラマン顕微イメージング装置や赤外顕微イメージング装置などのイメージング測定が可能な装置では、イメージング質量分析装置と同様に、イメージング測定対象の試料上の部位についての光学顕微画像を取得可能である。そこで、図３を変形した図８に示す概念図に従った処理を行ってもよい。
【００５８】
即ち、例えば同じ試料の同じ部位について、ラマン顕微イメージング測定装置で得られた光学顕微画像とイメージング質量分析装置で得られた（又は質量分析イメージングを行うために別の光学顕微鏡で得られた）光学顕微画像との間で位置合わせを行い、その位置合わせに基づいて画像変形情報を取得する。そして、この画像変形情報を用いて、試料についてのＭＳイメージング画像又はラマン顕微イメージング画像の一方又は両方を変形する。そして、画像変形が行われたあとのＭＳイメージング画像とラマン顕微イメージング画像とを重ね合わせた画像を作成する。
このようにして、異なる測定手法で得られたイメージング画像を精度良く位置合わせし、重ね合わせた画像を作成することができる。こうした手法はマルチモダリティに好適である。
【００５９】
また、上記実施例はあくまでも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。
【符号の説明】
【００６０】
１…イメージング質量分析部
２…光学顕微観察部
３…データ処理部
３０…光学画像データ格納部
３１…ＭＳイメージングデータ格納部
３２…光学画像作成部
３３…ＭＳイメージング画像作成部
３４…画像位置合わせ処理部
３５…画像変形情報記憶部
３６…ＭＳイメージング画像調整部
３７…画像重ね合わせ処理部
３８…画像表示処理部
４…操作部
５…表示部
６…試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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