成像质量分析系统以及利用成像质量分析的分析方法

文档序号:33207 发布日期:2021-09-24 浏览:22次 >En<

阅读说明:本技术 成像质量分析系统以及利用成像质量分析的分析方法 (Imaging quality analysis system and analysis method using imaging quality analysis ) 是由 山口真一 山本卓志 于 2020-12-07 设计创作,主要内容包括:本发明的成像质量分析系统具备:成像质量分析部(100),对设定在目标试样上的测量区域内的多个微小区域执行质量分析来收集数据,基于该数据获取示出信号强度的分布的图像;定量分析部(300),对于所述目标试样或者类似试样执行由示出比由所述成像质量分析部进行的质量分析更高定量性的规定的分析方法进行的分析,利用该分析结果求出定量值;处理部(400),基于定量值与信号强度,求出信号强度与定量值的关系,利用该关系推定信号强度分布内的任意位置的定量值。由此,能够减少复杂且耗费人力的作业,获取与MS成像图像相对应的高精度的浓度图像。(The imaging quality analysis system of the present invention includes: an imaging quality analysis unit (100) that performs quality analysis on a plurality of micro-areas within a measurement area set on a target sample to collect data and acquires an image showing the distribution of signal intensity based on the data; a quantitative analysis unit (300) that performs analysis by a predetermined analysis method that shows higher quantitativeness than the mass analysis performed by the imaging mass analysis unit on the target sample or the similar sample, and that obtains a quantitative value using the analysis result; and a processing unit (400) which obtains the relationship between the signal intensity and the quantitative value on the basis of the quantitative value and the signal intensity, and estimates the quantitative value at an arbitrary position in the signal intensity distribution by using the relationship. Thus, it is possible to obtain a high-precision density image corresponding to the MS imaging image by reducing complicated and labor-consuming work.)

成像质量分析系统以及利用成像质量分析的分析方法

技术领域

本发明涉及成像质量分析系统以及利用成像质量分析的分析方法。

背景技术

在专利文献1,非专利文献1等记载的成像质量分析装置中,通过光学显微镜观察生物组织切片等试样的表面的形态的同时,能够测量该试样的表面中的具有特定的质荷比m/z的离子的二维强度分布。通过对特定的化合物指定特征性的离子的质荷比而绘制强度分布,能够得到示出试样中的该特定化合物的分布状况的图像(以下有时称为“质量分析成像图像”或“MS成像图像”)。在这样的质量分析装置中,一般来说,利用基质辅助激光解吸电离(Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization,下文根据习惯称为“MALDI”)法来作为电离方法。

通常,利用成像质量分析装置得到的MS成像图像是信号强度(离子强度)分布图像,但是根据分析的目的和用途的不同,有时需要得到在试样上的特定位置处用户所关注的物质的浓度(存在量)或该浓度的二维分布。在使用MALDI法的成像质量分析装置中,即使某种物质的浓度相同,但根据试样的状态和装置的状态的不同,所得到的信号强度也经常发生较大的差异。为了减轻依存于装置的状态的定量值的偏差,通常采用如下方法:在测量作为解析对象的目标切片试样的同时,还测量将含有浓度已知的目标物质的标准品与基质混合而制备的标准样品,利用该标准样品的测量结果将对目标切片试样得到的信号强度换算为浓度的方法(以下称“In-solution法”)。

上述In-solution法中的标准样品的试样制备方法与目标切片试样不同。因此,标准品和基质的混合状态等的试样状态在标准样品和目标切片试样中不同,残留有依存于试样状态的定量值的偏差的影响。于是,为了消除该影响,还有以下方法:将标准品置于与目标切片试样类似的不含目标物质的模拟切片试样上,以与目标切片试样同样的方法使基质附着来制备标准样品(以下称“On-tissue法”)。进而还有以下方法:在暂时粉碎模拟切片试样、添加标准品后,通过成型为与切片试样相同的形状,制作含有浓度已知的目标物质的模拟性的薄片状的试样(以下称“In-tissue法”)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2018/037491号册子

专利文献2:国际公开第2015/053039号册子

专利文献3:国际公开第2019/186999号册子

专利文献4:国际公开第2019/229897号册子

非专利文献

非专利文献1:Axel Walch等3人:《用于直接组织分析的MALDI成像质谱测量:分子组织学的新前沿》,组织化学与细胞生物学杂志(Histochemistry and Cell Biology),第130卷,文章编号:421,2008年(在线,2020年3月16日检索,网址<URL:https://link.springer.com/article/10.1007/s00418-008-0469-9>)

发明内容

发明要解决的技术问题

在上述On-tissue法中,虽然能够减轻因试样的状态引起的定量性的降低,但由于目标物质仅置于模拟切片试样上,照射激光时生成的离子的引出效率与目标切片试样不同。因此,与In-solution法相比,定量性有所改善,但难以确保较高的定量性。另一方面,在In-tissue法中,由于在目标切片试样和含有标准品的模拟性的薄片状试样上的照射激光时生成的离子的引出效率基本一致,因此与On-tissue方法相比,定量性进一步得到改善。然而,在In-tissue法中,制作含有标准品的模拟性的薄片状试样的工夫相当繁琐复杂,这种作业几乎是手工作业因而效率较差。

本发明是为了解决这样的技术问题而完成的,其目的在于,提供一种成像质量分析系统以及利用成像质量分析的分析方法,能够在尽可能减少繁琐复杂且耗费人力的作业的同时,得到MS成像图像中的规定的部位中的高精度的定量结果,或者得到示出与该MS成像图像整体或其一部分相对应的高精度的浓度(存在量)分布的图像。

用于解决上述技术问题的方案

为了解决上述技术问题而完成的本发明的成像质量分析系统的一方案,其具备:

成像质量分析部,对设定在目标试样上的测量区域内的多个微小区域分别执行质量分析来收集数据,基于该数据获取示出关于特定的质荷比或者质荷比范围的信号强度的分布的图像;

定量分析部,对于如下所述地采集的试样执行由示出比由所述成像质量分析部进行的质量分析更高定量性的规定的分析方法进行的分析,利用该分析结果求出定量值,所述试样是对于所述目标试样或者与该目标试样不同但物质的分布被视作与该目标试样实质上相同的类似试样从所述测量区域内或者与该测量区域相对应的实质上的测量区域内的规定的部位采集的试样;

处理部,基于在所述定量分析部中求出的相对于所述规定的部位的试样的定量值与由所述成像质量分析部得到的信号强度分布中的与所述规定的部位相对应的位置的信号强度,求出由所述成像质量分析部得到的信号强度与由所述定量分析部得到的定量值之间的关系,利用该关系来推定所述信号强度分布内的任意位置的定量值。

为了解决上述技术问题而完成的利用本发明的成像质量分析系统的分析方法的一方案,其具有:

第1分析执行步骤,对目标试样上的测量区域执行成像质量分析,获取示出关于特定的质荷比或质荷比范围的信号强度的分布的图像;

第2分析执行步骤,对于如下所述地采集的试样执行由示出比由所述第1分析执行步骤进行的分析更高定量性的规定的分析方法进行的分析,利用该分析结果求出定量值,所述试样是对于所述目标试样或者与该目标试样不同但物质的分布被视作与该目标试样实质上相同的类似试样从所述测量区域内或者与该测量区域相对应的实质上的测量区域内的规定的部位采集的试样;

处理步骤,基于在所述第2分析执行步骤中求出的对于所述固定部位的试样的定量值与在所述第1分析执行步骤中得到的信号强度分布中的与所述规定的部位相对应的位置的信号强度,求出由所述成像质量分析得到的信号强度与规定的分析方法中由分析得到的定量值的关系,利用该关系推定所述信号强度分布内的任意位置的定量值。

在本发明的上述方案中,作为上述“规定的分析方法”,能够使用通常用于定量分析的各种方法。例如,能够使用液相色谱分析、液相色谱质量分析、气相色谱分析、气相色谱质量分析、拉曼分光分析、红外分光分析、荧光分析、染色定量法等的任一种。此外,在MALDI质量分析中,并非根据在成像质量分析中通常利用的、将基质溶液喷雾或者涂布于试样表面的样品制备方法,而是根据十分常见的dried-droplet法等的样品制备方法在试样板孔中制备各个样品,对该样品照射激光来进行质量分析,这样的质量分析方法与成像质量分析相比定量性较高。因此,也可以将由这种方法进行的MALDI质量分析作为上述规定的分析方法来使用。

且在本发明的上述方案中,“与该目标试样不同但物质的分布被视作与该目标试样实质上相同的类似试样”是指,例如在将生物组织等以较薄的薄片状切出并将该切片试样作为试样的情况下,与该切出的一片切片试样在厚度方向上相邻或靠近的其他切片试样等。

发明效果

根据本发明的上述方案,与由In-tissue法等进行的定量分析相比,在减少繁琐复杂且耗费人力的作业的同时,能够获取在MS成像图像中的规定的部位中的特定物质的高精度的定量结果。此外,也能够获取示出与对应于目标试样上的测量区域的MS成像图像整体或者该图像的一部分相对应的规定的物质的高精度的浓度(存在量)分布的图像。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的成像质量分析系统的概略方框构成图。

图2是本实施方式的系统中包含的成像质量分析装置的主要部分的构成图。

图3是本实施方式的系统中包含的液相色谱质量分析装置的主要部分的构成图。

图4是本实施方式的系统中包含的激光显微切割装置的主要部分的构成图。

图5是用于对由图4所示的激光显微切割装置中使用的热熔LMD方法进行的试样采集的顺序进行说明的概略剖视图。

图6是用于对激光显微切割装置中的试样采集以及试样前处理进行说明的立体图。

图7是示出本实施方式的系统中的用于获取浓度图像的处理顺序的一例的流程图。

图8是示出本实施方式的系统中的用于获取浓度图像的处理顺序的另一例的流程图。

图9是示出本实施方式的系统中的MS成像图像上的小区域与LMD装置的采集部位之间的关系的图。

图10是示出MS成像图像与定量分析用的试样采集部位的具体例的图。

图11是示出将对于厚度方向上连续的切片试样的图像上的同一组织的像重叠时的处理的一例的图。

具体实施方式

以下,参照附图对本发明的一实施方式的成像质量分析系统进行说明。

[本实施方式的系统的构成]

图1是本实施方式的成像质量分析系统的概略方框构成图。此外,图2是本系统中包含的成像质量分析装置的主要部分的构成图,图3是本系统中包含的液相色谱质量分析装置的主要部分的构成图,图4是本系统中包含的激光显微切割装置的主要部分的构成图。

如图1所示,本实施方式的成像质量分析系统包括:成像质量分析装置100、激光显微切割装置(以下有时简称为“LMD装置”)200、液相色谱质量分析装置(以下有时简称为“LC-MS装置”)300、数据处理部400、主控制部500、输入部600、显示部700。数据处理部400除了后述的功能块以外,还包括显示处理部401、图像变形处理部402、采集部位决定部403、浓度换算信息生成部404、浓度图像生成部405作为功能块。

如图2所示,成像质量分析装置100包括:测量部110、分析控制部140、数据处理部400、主控制部500、输入部600、显示部700。数据处理部400、主控制部500、输入部600及显示部700分别与图1所示的数据处理部400、主控制部500、输入部600及显示部700共用。

测量部110是大气压MALDI离子阱飞行时间型质量分析装置,具有:其内部为接近大气压气氛的电离室120、由未图示的真空泵进行真空排气的真空腔室130。

在离子化室120的内部配置有:在图中的X、Y的2轴方向上滑动自如的试样台121、对试样台121上搭载的试样122照射激光将该试样122中的物质(化合物)离子化的激光照射部123、取得移动至规定位置的试样台121’上的试样122的光学显微图像的显微拍摄部124等。

电离室120的内部和真空腔室130的内部通过毛细管131连通,在该真空腔室130的内部配置有:离子导向器132、离子阱133、飞行时间型质量分离器134及离子检测器135。在该例中,离子阱133是三维四极型的构成,飞行时间型质量分离器134是反射型的构成,但当然不限于此。此外,显而易见地,真空腔室130的内部被划分成多个分区室,能够对每个分区室采用提高真空度的多级差分排气系统的构成。

数据处理部400包括数据存储部410、成像图像生成部411、光学显微图像生成部412作为成像质量分析装置100中特有的功能块。

如图3所示,LC-MS装置300包括:液相色谱部310、质量分析部320、分析控制部330、数据处理部400、主控制部500、输入部600、显示部700。数据处理部400、主控制部500、输入部600及显示部700分别与图1及图2所示的数据处理部400、主控制部500、输入部600及显示部700共用。

液相色谱部310包括:流动相容器311、送液泵312、自动进样器313、注射器314以及柱315等。质量分析部320是电喷雾电离(Electro Spray Ionization:ESI)离子阱飞行时间型质量分析装置,具有电离室321与真空腔室130。在内部维持为接近大气压气氛的电离室321中,设有ESI探针322。另一方面,真空腔室130内的构成与图2所示的测量部110中的构成完全相同。

即,将真空腔室130设为共用的,能够通过对真空腔室130安装成像质量分析用的电离室120来构成成像质量分析装置100的测量部110,也能够取而代之地通过对真空腔室130安装大气压电离用的电离室321来构成LC-MS装置300的质量分析部320。当然,也可以将成像质量分析装置100与LC-MS装置300设为完全独立的装置。

数据处理部400包括数据存储部420、色谱图生成部421、校准线存储部422、定量运算部423来作为LC-MS装置300所特有的功能块。

LMD装置200使用了被称为热熔激光显微切割法的试样采集法(参照专利文献2等),包括显微拍摄部201、试样采集部202、试样前处理部203等。

另外,在本实施方式的系统中,分析控制部140及330、数据处理部400、主控制部500通常以个人计算机或者更高性能的工作站为中心构成,通过在该计算机上执行安装在该计算机上的专用的控制与处理软件,能够将上述各功能块具现化。在该情况下,输入部600是附设于计算机的键盘和定点设备(鼠标等),显示部700是显示监视器。

[本实施方式的系统中的各装置的概略性的动作]

接下来,对上述成像质量分析装置100、LMD装置200及LC-MS装置300各自的动作概略地进行说明。

成像质量分析装置100的测量对象例如为实验动物的脑或内脏等生物组织被切成薄片而得的切片试样。该试样(切片试样)122置于试样板上,载置于试样台121上。显微拍摄部124获取移动到图2中的虚线所示的位置121’的试样台121上的试样122的光学显微图像,光学显微图像生成部412将该图像显示在显示部700的画面上。用户在光学显微图像上指示作为成像质量分析的对象的测量区域。分析控制部140接收该指示,控制测量部110以对被指示的测量区域内的多个测量点按顺序分别执行质量分析。另外,在测量之前的适宜的时间点,对试样122的表面涂布基质。

对一个测量点的测量如下所示地进行。即,在试样台121处于图2中的实线的位置的状态下,激光照射部123对测量区域内的一个测量点以脉冲状照射激光。当受到激光的照射时,试样122中的化合物的一部分气化并电离。产生的离子随着因毛细管131的两端的差压形成的气流被吸入毛细管131内,并被送向真空腔室130内。该源自试样122的离子经由离子导向器132暂时被捕获到离子阱133的内部。被捕获的离子在规定时机同时从离子阱133的内部射出,并被导入至飞行时间型质量分离器134。

彼此质荷比不同的各种离子在飞行时间型质量分离器134的飞行空间中飞行的期间,根据质荷比m/z在空间上被分离,具有时间差地到达离子检测器135。离子检测器135始终输出与到达的离子的量相对应的信号。数据存储部410将接收的信号转换为数字数据,将以离子射出时间点作为起点的飞行时间换算为质荷比后存储。由此,能够获取对于试样122上的测量区域内的某一个测量点的在规定的质荷比范围内的质谱数据。

在测量结束之后,分析控制部140紧接着使试样台121移动,以使下一个应测量的测量点来到激光照射部123的激光的照射位置。在该移动后照射激光,执行如上述的质量分析。通过对测量区域内的多个测量点依次执行此操作,即通过在扫描测量对象的测量点的同时反复测量,获取关于测量区域内的所有的测量点的质谱数据。另外,相邻的测量点的间隔根据所期望的空间分辨率来决定。

当用户在适当的时间点从输入部600指示与想要确认强度分布的化合物相对应的质荷比时,成像图像生成部411从数据存储部410读取所指示的质荷比中的各测量点的信号强度(离子强度),并生成示出该信号强度的二维分布的MS成像图像。然后,通过主控制部500,在显示部700的画面上显示该图像。由此,可以将反映了试样122上的测量区域中的规定的化合物的离子强度分布的MS成像图像提供给用户。

另外,在成像质量分析装置100中,对于离子阱133中捕获的离子,也可以通过进行一次或者多次具有特定的质荷比的离子的选择和对该被选择的离子的碰撞诱导解离操作来实施MSn分析(其中,n是2以上的整数)。即,还能够生成并显示示出源自规定的化合物的产物离子的离子强度分布的MS成像图像。

LMD装置200从给定的切片试样中采集其极小的一部分,制备包含该被采集的试样中的化合物的试样溶液。如上所述在此对试样采集使用LMD法之一的热熔LMD方法。图5是用于对根据热熔LMD法的试样采集的操作顺序进行说明的概略剖视图,图6是用于对LMD装置200中的试样采集及试样前处理进行说明的立体图。

用户准备好在试样保持用滑动玻璃10的一个面上粘贴有LC/MS分析(定量分析)的对象即切片试样11的试样保持用滑动玻璃10,和在与该试样保持用滑动玻璃10不同的试样采集用滑动玻璃12的一个面上粘贴有热溶解性薄膜13的采集用滑动玻璃12,并将它们分别设置在试样采集部202的规定的位置(参照图5(A))。试样采集部202在使热溶解性薄膜13的表面与切片试样11密合的状态下保持两张滑动玻璃10、12(参照图5(B))。在该状态下,在试样采集用滑动玻璃12中的与粘贴有热溶解性薄膜13的面为相反侧的面上,以与该面大致正交的方式短时间照射近红外激光14(参照图5(C))。照射激光14的范围是相当于要想在切片试样11上进行LC/MS分析的部位的范围。

照射的激光14通过试样采集用滑动玻璃12,将热溶解性薄膜13加热。由此,激光14照射的范围附近的热溶解性薄膜13溶解,浸透到切片试样11的组织中。然后,试样采集部202将两张滑动玻璃10、12分离,以使热溶解性薄膜13从切片试样11脱离。于是,在切片试样11的一部分15粘附在热溶解性薄膜13的表面的状态下被采集(参照图5(D))。

试样采集部202将使滑动玻璃10、12相互靠近的位置朝该面的方向移动并且重复同样的动作。由此,如图6所示,将在切片试样11上的规定的二维区域11a内的多个测量点11b附近的试样片15分别采集到热溶解性薄膜13上。此时,虽然切片试样11上的测量点11b的间隔与成像质量分析中的空间分辨率相对应而较窄,但在热溶解性薄膜13上能够使得试样片15的间隔扩大到例如数mm左右。

然后,试样前处理部203从试样采集部202接收采集了试样片15的试样采集用滑动玻璃12,由热溶解性薄膜13上采集的各个试样片15制备试样溶液。具体地,如图6所示,使用具备多个孔16a的微量滴定板(MTP)16,向该MTP16的各孔16a预先注入用于提取试样片15中的成分的规定的提取液。以使热溶解性膜13上的试样片15位于该各孔16a的内侧的方式将试样采集用滑动玻璃12粘贴到MTP16的上表面(开口面)。在该状态下,例如通过使MTP整体上下翻转,使试样片15浸渍在各孔16a中的提取液中,制备溶解有试样片15中的成分的试样溶液。

另外,显微拍摄部201获取作为试样采集对象的切片试样的光学显微图像。该光学显微图像如下所述,利用于校正作为成像质量分析的对象的试样与LC/MS用试样采集对象的试样之间的形状的差异时等。

此外,LMD装置200中的试样采集的方法不限于热熔LMD法,也能够使用一般的LMD方法,即利用激光切取试样的一部分的方法。

LC-MS装置300的自动进样器313中,装填有如上所述地在LMD装置200中制备的多个试样溶液。LC-MS装置300对该多个试样溶液依次执行LC/MS分析。

即,送液泵312从流动相容器311抽吸流动相,以大致恒定的流速输送到柱315。在由分析控制部330进行的控制下,注射器314在规定的时机将在自动进样器313中选择的一个试样溶液注入至流动相中。注入的试样溶液随流动相的流动被导入至柱315,在通过柱315的期间,试样溶液中的成分按时间方向分离并从柱315中洗脱。

来自柱315的洗脱液被导入至ESI探针322,从ESI探针322被静电喷雾至电离室321内。伴随于此,洗脱液中所含的试样成分被电离。生成的离子随着因毛细管131两端的差压形成的气流被吸入至毛细管131内,并被输送到真空腔室130内。然后,与成像质量分析装置100同样地,源自试样成分的离子被暂时捕获到离子阱133的内部后,被导入至飞行时间型质量分离器134进行质量分析。重复进行在离子阱133中的离子的积累和在飞行时间型质量分离器134及离子检测器135中的质量分析。

离子检测器135输出与到达的离子的量相对应的信号。数据存储部420将接收的信号转换为数字数据,将以离子射出时间点作为起点的飞行时间换算为质荷比后存储。因此,伴随着时间从注射器314的试样注入时间点开始推移,可以接连获得在规定的质荷比范围的质谱数据。与定量对象的化合物相对应的质荷比是预先设定的,当对一个试样溶液的LC/MS分析结束时,色谱图生成部421基于作为该定量对象的质荷比中的信号强度生成提取离子色谱图(也惯称为质量色谱图)。在该提取离子色谱图中,出现源自定量对象的化合物的峰。

定量运算部423在提取离子色谱图中计算出观测的上述峰的面积,参照校准线存储部422中预先存储的校准线,将峰面积换算为浓度。该校准线例如是使用该LC-MS装置300、测量浓度已知的定量对象化合物的标准品从而预先求得的校准线。如此,在LC-MS装置300中,基于对准备的试样溶液的LC/MS分析结果,能够分别获取浓度值作为定量值。一般地,由于在LC/MS分析中,通过色谱法可以减少夹杂物的影响,并且能够稳定地进行电离,其定量的精度比成像质量分析装置100的定量高得多。

[本实施方式的系统中的特征性的动作的说明]

接下来,除上述的各图外,还参照图7、图9对本实施方式的系统中的特征性的动作的一例进行说明。图7是示出本系统中的用于浓度图像获取的处理顺序的一例的流程图。图9是示出本系统中的MS成像图像上的小区域与LMD装置中的采集部位之间的关系的图。

用户将目标切片试样122设置于成像质量分析装置100,在相对于该切片试样122的光学显微图像上指示测量区域后指示分析的执行。接收该指示后,在成像质量分析装置100中,如上所述,对测量区域中的多个测量点分别执行质量分析(步骤S10)。当用户从输入部600指示想要确认二维强度分布的质荷比时,成像图像生成部411基于质量分析结果,生成示出指示的质荷比中的信号强度的分布的MS成像图像。显示处理部401通过主控制部500在显示部700的画面上显示生成的MS成像图像(步骤S11)。

若生成MS成像图像,则采集部位决定部403在该MS成像图像上,针对彼此不同的多个信号强度分别决定一个或多个信号强度大致为相同程度的小区域。该小区域是定量分析对象的区域(步骤S12)。在图9(A)所示的例中,对不同的信号强度设定了合计三个小区域。该小区域的大小和形状可以适当决定,此外,多个小区域的大小也可以不一致。此外,也可以不基于MS成像图像上的强度分布来自动决定小区域,而是由用户通过目视确认强度分布,将信号强度大致为相同程度的范围确定为小区域。

用户从成像质量分析装置100中取出目标切片试样,并设置于LMD装置200的规定位置。显微拍摄部201获取设置的切片试样的光学显微图像。接收到该图像的采集部位决定部403将该光学显微图像与在成像质量分析装置100中获取的光学显微图像及MS成像图像相关联,由此在设置于LMD装置200中的切片试样中识别与先前决定的小区域相对应的范围。此外,在该范围中,通过试样采集部202决定采集试样的位置(步骤S13)。

作为决定试样采集位置的方法,能够采用以下任一种方法:如图9(C)右侧所示,以避开成像质量分析的测量点的方式设定试样采集部位的方法;如图9(C)左侧所示,以包含成像质量分析的测量点而能够确保尽可能大的面积的方式设定试样采集部位的方法。在前者中,在相邻的测量点之间,以不与测量点重合的方式来确定试样采集部位。在后者中,以将测量点作为中心而不与相邻的试样采集部位重合的方式确定规定直径的大小的试样采集部位。

图10是实际得到的MS成像图像(A)与对该图像上的不同信号强度的区域设定的试样采集位置的一例(B)。在图10(B)中被矩形的边框包围的区域是小区域,在一个小区域中确定多个试样采集部位。

若决定好试样采集部位,则试样采集部202如上所述从切片试样上的试样采集部位分别采集试样片。然后,试样前处理部203与采集的各试样片相对应地制备LC/MS分析用的试样溶液(步骤S14)。

LC-MS装置300如上所述,对各试样溶液分别执行LC/MS分析(步骤S15)。然后,色谱图生成部421及定量运算部423基于分析结果求出各试样溶液中的目标化合物的浓度。进一步地,浓度换算信息生成部404通过计算与MS成像图像上的相同信号强度的小区域相对应地得到的多个浓度值的平均值,求出与MS成像图像上的某个信号强度相对的浓度值(平均值)(步骤S16)。

接着,浓度转换信息生成部404基于与MS成像图像上的不同信号强度的多个小区域分别对应的浓度值(平均值),计算出示出成像质量分析时的目标化合物的信号强度与基于LC/MS分析结果的浓度值之间的关系的浓度换算信息(步骤S17)。该浓度换算信息是一种校准线。

浓度图像生成部405利用上述浓度换算信息,生成将MS成像图像整体的各信号强度转换为浓度值而得的浓度图像。显示处理部401通过主控制部500将该浓度图像显示在显示部700的画面上(步骤S18)。由此,能够向用户提供由成像质量分析装置100得到的与针对特定的化合物的MS成像图像相对应的高精度的浓度图像。

当然,用户想仅观测其测量区域的一部分的浓度图像而不是测量区域整体的浓度图像的情况下,用户在MS成像图像上或光学显微图像上指定想要观测的区域,浓度图像生成部405生成并显示只与该指定的区域相对应的浓度图像即可。此外,在想要更精准地了解MS成像图像上的特定部分的正确的浓度值的情况下,浓度图像生成部405计算并显示与由用户指示的位置相对应的浓度值即可。

[本实施方式的系统中的特征性的动作的其他的例]

在上述例中,将在质量分析成像中使用的切片试样也使用于LC/MS分析,但在成像质量分析中提高空间分辨率的情况下或在增大照射的激光的激光功率的情况下,有可能无法从成像质量分析结束后的切片试样中得到足够量的目标化合物。在该情况下,作为采集LC/MS分析用试样的切片试样,可以不使用在质量分析成像中使用的目标切片试样,而是使用在将生物组织切片时与目标切片试样在厚度方向上相邻或靠近的切片试样(以下称“连续切片试样”)。

除上述的各图外,还参照图8对该情况下的本实施方式的系统中的特征性的动作的一例进行说明。图8是示出用于该情况下的浓度图像获取的处理顺序的一例的流程图。在图8中,步骤S20~S21、S25~S29的各处理与已说明的图7中的步骤S10~S12、S14~S18的各处理实质上相同。于是,关于这些处理将省略详细说明。

在步骤S21中,在生成了MS成像图像后,LMD装置200的显微成像部201获取与目标切片试样122不同的连续切片试样的光学显微图像。由于连续切片试样是在原生物组织中与目标切片试样在厚度方向上相邻或者靠近的,因此虽然两者的剖面中的组织的形状和物质分布非常类似,但并不是完全相同的。例如,生物组织中的血管等相对于剖面斜交而存在的情况下,即使是连续切片试样,血管的位置的差异也很明显。于是,为了减轻在目标切片试样和连续切片试样之间的同一部位的位置和形状的差异或形状的扭曲等的影响,使用如在专利文献3、4等中使用的被称为所谓的图像配准(Image Registration)的技术。即,实施如下处理:使针对目标切片试样122的MS成像图像与连续切片试样的光学显微图像的任一方变形,在连续切片试样上识别与MS成像图像上设定的小区域对应的区域的位置。图11是示出进行对形状不同的两个MS成像图像应用图像配准使得形状一致的图像变形时的一例的图。

具体地,图像变形处理部402利用图像配准,与连续切片试样的光学显微图像相匹配来使针对目标切片试样122的MS成像图像变形(步骤S22)。之后,采集部位决定部403在变形后的MS成像图像上对于相互不同的多个信号强度分别决定一个或多个信号强度基本为相同程度的小区域(步骤S23)。然后,在连续切片试样上,将与上述小区域对应的区域内的试样采集部位决定为实际切出试样的范围(步骤S24)。若像这样地决定试样采集部位,则如上所述地利用LMD装置200从指定的试样采集部位采集试样片从而制备LC/MS分析用试样即可。

在该情况下,在连续切片试样上,如图9(C)所示,试样采集部位的形状成为圆形,因此具有容易在LMD装置200中切出试样的优点。

此外,也可以不为上述的顺序而采用如下顺序。即,在不变形的MS成像图像上决定了小区域后,使该MS成像图像与连续切片试样的光学显微图像相匹配地变形。由于小区域的形状和位置伴随该变形也发生变化,在连续切片试样上,将与该变形后小区域对应的大小和位置的试样采集部位决定为实际切出试样的范围。在该情况下,例如如图9(A)所示,即使在MS成像图像上将小区域设定为矩形,变形后的小区域的形状也很可能不成为矩形。此外,由于如图9(C)所示的试样采集部位的形状也很可能不成为圆形,因此需要切出(采集)与这样的特殊形状对应的试样。

另外,如上所述,也可以在变形后的MS成像图像上决定了小区域时,在变形前的MS成像图像上示出与该小区域对应的区域,将该区域设定为用于MS成像数据解析的感兴趣区域(Region Of Interest:ROI)。该感兴趣区域能够用于如下用途:例如,计算在感兴趣区域中包含的全部测量点得到的质量分析的平均从而求出平均质谱或者在不同的感兴趣区域之间进行比较解析和差异解析。

如上所述,根据本实施方式的成像质量分析系统,用户不仅能够确认源自特定物质的离子的强度分布,而且能够确认在其中的特定位置中的该物质的正确的浓度和该物质的正确的浓度分布。

[本实施方式的系统的变形例]

在上述实施方式的系统中,为了定量分析而利用了LC/MS分析,但只要是可得到与一般的成像质量分析相比定量精度更高的分析方法,就能够利用LC/MS分析以外的分析方法。例如,能够利用使用了光电二极管阵列检测器和紫外-可见光检测器等作为检测器的液相色谱分析、气相色谱分析、气相色谱质量分析、拉曼分光分析、红外分光分析、荧光分析、染色定量法等的任一个。

此外,在使用MALDI法作为电离法的质量分析装置中,也在如下的装置中对一个样品多次重复测量,通过积算由各测量得到的数据来生成质谱,上述装置对预先将试样和基质溶液混合后滴加至样品板的孔中使其干燥固化从而制备的样品进行质量分析。因此,在这样的质量分析方法中,与成像质量分析相比能够提高定量性能,因此也可以将这种质量分析方法利用于定量分析。

此外,成像质量分析装置100并不限于使用MALDI法作为电离法,也可以使用激光解离电离法、表面辅助激光解离电离法等。

此外,在上述实施方式的系统中,切片试样从成像质量分析装置100向LMD装置200的交接、试样溶液从LMD装置200向LC-MS装置300的交接,也可以设为分别自动进行而无需通过人力。

此外,上述实施方式和变形例仅为是本发明的一例,在本发明的主旨的范围内进行适当变形、修正、追加等当然也包含在本发明权利要求的范围中。

[各种方案]

本领域技术人员可理解上述的示例性的实施方式为以下方案的具体例。

(第1项)本发明的成像质量分析系统的一方案,具备:

成像质量分析部,分别对设定在目标试样上的测量区域内的多个微小区域执行质量分析来收集数据,基于该数据获取示出关于特定的质荷比或质荷比范围的信号强度的分布的图像;

定量分析部,对于如下所述地采集的试样执行由示出比由所述成像质量分析部进行的质量分析更高定量性的规定的分析方法进行的分析,利用该分析结果求出定量值,所述试样是对于所述目标试样或者与该目标试样不同但物质的分布被视作与该目标试样实质上相同的类似试样从所述测量区域内或者与该测量区域相对应的实质上的测量区域内的规定的部位采集的试样;

处理部,基于在所述定量分析部中求出的相对于所述规定的部位的试样的定量值与由所述成像质量分析部得到的信号强度分布中的与所述规定的部位相对应的位置的信号强度,求出由所述成像质量分析部得到的信号强度与由所述定量分析部得到的定量值之间的关系,利用该关系来推定所述信号强度分布内的任意位置的定量值。

(第8项)此外,利用本发明的成像质量分析系统的分析方法的一方案,其具有:

第1分析执行步骤,对目标试样上的测量区域执行成像质量分析,获取示出关于特定的质荷比或质荷比范围的信号强度的分布的图像;

第2分析执行步骤,对于如下所述地采集的试样执行由示出比由所述第1分析执行步骤进行的分析更高定量性的规定的分析方法进行的分析,利用该分析结果求出定量值,所述试样是对于所述目标试样或者与该目标试样不同但物质的分布被视作与该目标试样实质上相同的类似试样从所述测量区域内或者与该测量区域相对应的实质上的测量区域内的规定的部位采集的试样;

处理步骤,基于在所述第2分析执行步骤中求出的相对于所述规定的部位的试样的定量值与在所述第1分析执行步骤中得到的信号强度分布中的与所述规定的部位相对应的位置的信号强度,求出由所述成像质量分析得到的信号强度与规定的分析方法中由分析得到的定量值的关系,利用该关系推定所述信号强度分布内的任意位置的定量值。

根据第1项所述的系统以及第8项所述的分析方法,与由In-tissue法等进行的定量分析相比,在减少繁琐复杂且耗费人力的作业的同时,能够获取在MS成像图像中的规定的部位中的特定物质的高精度的定量结果。此外,也能够获取示出与对应于目标试样上的测量区域的MS成像图像整体或者该图像的一部分相对应的规定的物质的高精度的浓度(存在量)分布的图像。

在第1项所述的系统,以及第8项所述的分析方法中,作为所述规定的分析方法,能够使用通常用于定量分析的各种方法。

(第2项、第9项)即,在第1项所述的系统或者第8项所述的分析方法中,所述规定的分析方法能够为液相色谱分析、气相色谱分析、液相色谱质量分析、气相色谱质量分析、基质辅助激光解吸电离质量分析、拉曼分光分析、红外分光分析、紫外-可见光分光分析、荧光分析、或者染色定量中的任一种。

(第3项)在第1项或第2项所述的系统中,能够进一步具备定量部位决定部,利用由所述成像质量分析部获取的示出特定的一个或多个质荷比中的信号强度的分布的图像,决定采集作为所述定量分析部的分析对象的试样的所述规定的部位。

(第10项)此外,在第8项或9项所述的分析方法中,能够进一步具有定量部位决定步骤,利用在所述第1分析执行步骤中获取的示出特定的一个或多个质荷比中的信号强度的分布的图像,决定采集作为在所述第2分析执行步骤的定量分析的对象的试样的所述规定的部位。

在第3项所述的系统中,定量部位决定部例如在特定的一个质荷比中的信号强度分布图像即在质量分析成像图像上对于彼此不同的多个信号强度分别将强度基本相同的小面积的范围决定为所述规定的部位。由此,根据第3项所述的成像质量分析系统以及第10项所述的分析方法,能够高精度地求出由成像质量分析部得到的信号强度与由定量分析部得到的定量值之间的关系。具体地,即使在该信号强度与定量值的关系为非线性的情况下,也能够确切地求出该关系并高精度地计算浓度值和浓度分布。

(第4项)在第3项所述的系统中,所述目标试样是从块状试样中以薄片状切出的切片试样之一,所述定量分析部中的分析对象为所述类似试样,该类似试样可以设为与所述目标试样相邻或靠近的其他切片试样。

(第11项)此外,同样地,在第10项所述的分析方法中,所述目标试样是从块状试样中以薄片状切出的切片试样之一,所述第2分析执行步骤的分析对象为所述类似试样,该类似试样可以设为与所述目标试样相邻或靠近的其他切片试样。

在MALDI法和LDI法等的使用了激光的电离法中,存在试样成分在碰到激光照射的部分耗尽的情况,若为了提高成像质量分析的空间分辨率而在目标试样上使测量点较为密集,则可能无法从该目标试样中提取足够量的成分用于定量分析。相较之下,根据第4项所述的系统以及第11项所述的分析方法,由于能够使用与目标试样不同的类似试样进行定量分析,因此容易确保足够量的试样成分,提高定量精度。

(第5项)在第4项所述的系统中,进一步具备图像变形处理部,对于针对所述目标试样的质量分析成像图像或观察图像与所述类似试样中的试样采集前的观察图像,进行基于图像配准的图像变形,所述定量部位决定部能够利用该变形后的图像决定采集作为定量分析的对象的试样的所述规定的部位。

(第6项)更具体地,在第5项所述的系统中,所述图像变形处理部将针对所述目标试样的质量分析成像图像与所述类似试样中的试样采集前的观察图像相匹配来变形,所述定量部位决定部能够将该变形后的质量分析成像图像上设定的区域与所述类似试样中的试样采集前的观察图像上的区域相关联,由此决定采集作为定量分析的对象的试样的所述规定的部位。

(第12项)此外,在第11项所述的分析方法中,进一步具有图像变形步骤,对于针对所述目标试样的质量分析成像图像或观察图像与所述类似试样中的试样采集前的观察图像进行基于图像配准的图像变形,能够在所述定量部位决定步骤中,利用该变形后的图像决定采集作为定量分析的对象的试样的所述规定的部位。

(第13项)更具体地,在第12项所述的分析方法中,在所述图像变形步骤中,将针对所述目标试样的质量分析成像图像与所述类似试样中的试样采集前的观察图像相匹配来变形,能够在所述定量部位决定步骤中,将该变形后的质量分析成像图像上设定的区域与所述类似试样中的试样采集前的观察图像上的区域相关联,决定采集作为定量分析的对象的试样的所述规定的部位。

根据第5项及第6项所述的系统以及第12项及第13项所述的分析方法,即使在将与目标试样不同的类似试样利用于定量分析的情况下,也能够减轻同一组织的位置偏差和大小、形状的差异等的影响,实现高定量性。

(第7项)在第5项或6项所述的系统中,能够将由所述图像变形处理部进行变形后的质量分析成像图像上设定的区域确定为在解析由所述成像质量分析部收集的数据时的感兴趣区域。

(第14项)且在第12项或第13项所述的分析方法中,能够将图像变形步骤中的变形后的质量分析成像图像上设定的区域确定为在解析所述第1分析执行步骤中收集的数据时的感兴趣区域。

根据第7项所述的系统以及第14项所述的分析方法,能够将与定量分析的区域相对应的目标试样上的区域作为成像质量分析的感兴趣区域而进行详细解析。

附图标记说明

100 成像质量分析装置

110 测量部

120 电离室

121 试样台

122 切片试样

123 激光照射部

124 显微拍摄部

130 真空腔室

131 毛细管

132 离子导向器

133 离子阱

134 飞行时间型质量分离器

135 离子检测器

140 分析控制部

200激光显微切割装置

201 显微拍摄部

202 试样采集部

203 试样前处理部

300 液相色谱质量分析装置

310 液相色谱部

311 流动相容器

312 送液泵

313 自动进样器

314 注射器

315 柱

320 质量分析部

321 电离室

322 ESI探针

330 分析控制部

400 数据处理部

401 显示处理部

402 图像变形处理部

403 采集部位决定部

404 浓度换算信息生成部

405 浓度图像生成部

410 数据存储部

411 成像图像生成部

412 光学显微图像生成部

420 数据存储部

421 色谱图生成部

422 校准线存储部

423 定量运算部

500 主控制部

600 输入部

700 显示部。

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