质谱仪

摘要

本发明涉及质谱仪。当试样板(3)安置在试样台(2)上时，照射痕迹形成控制器(22)适当移动试样台，并且投射高功率激光束的短脉冲以在试样板的预定位置产生照射痕迹。该照射痕迹具有独有的形状。获取照射痕迹的显微图像并将该显微图像保存在图像存储部(32)中。在将试样板从台(2)临时取出以对试样施加基质之后，将试样板再次安置在试样台上。然后，根据拍摄于该时间点的图像和先前存储在图像存储部(32)中的图像之间照射痕迹的位置的差来计算试样板相对于其原始位置的位移。基于该计算结果，分析位置校正器(24)修正操作员选择的区域的位置信息。因而，可以精确地检测再次安置的试样板的位移。无需使用为了创建位移检测用标记而预先处理过的特殊的试样板。

权利要求

1.一种质谱仪，其包括能够安置可拆装的试样板的设备本体和利用基质辅助激光解吸电离法使试样离子化的离子源，所述基质辅助激光解吸电离法包括以下的一系列步骤：对从所述设备本体取出的试样板上持有的试样施加基质，将试样板安置在所述设备本体中，并且使来自激光照射单元的激光束投射到施加有基质的试样上以使该试样离子化，所述质谱仪还包括：a)照射痕迹形成部件，用于当试样板被安置在所述设备本体中时，通过使来自所述激光照射单元的激光束投射到该试样板的预定位置来在该试样板上形成照射痕迹，其中，该激光束的能量比使试样离子化的处理所使用的激光束的能量高；

b)参考图像获取部件，用于在载有未施加基质的试样且形成有照射痕迹的试样板被安置在所述设备本体中时，获取包括该试样板上的照射痕迹的显微图像，并且保存所获取到的图像作为参考图像；

c)位移检测部件，用于基于从所述参考图像和以下的包括试样板上的照射痕迹的显微图像这两者观察到的照射痕迹的x-y平面内的位置的变化，来计算该试样板在被再次安置在所述设备本体中时发生的x-y平面内的位移的大小和方向，其中，该包括试样板上的照射痕迹的显微图像是在该试样板在载有施加了基质的试样的情况下被安置在所述设备本体中时获得的；以及d)位移校正部件，用于在对试样的分析区域进行质谱分析之前，改变来自所述激光照射单元的激光束和该试样之间的x-y平面内的相对位置，以消除由所述位移检测部件计算出的x-y平面内的位移，其中，所述分析区域是参考在获取所述参考图像的同时获取到的该试样的显微图像所选择的。

2.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，还包括：

信息存储部件，用于将由所述照射痕迹形成部件形成在试样板上的照射痕迹的视觉特征用作识别符，将与该试样板、测量或试样有关的信息与所述识别符相关联，并且存储该信息；以及信息查找部件，用于在试样板的取得于该试样板被安置在所述设备本体中时的显微图像上识别所述照射痕迹的视觉特征，并且参考所述信息存储部件来查找并输出与所关注的试样板相对应的信息。

3.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，与试样板或测量有关的信息与由所述照射痕迹形成部件形成在该试样板上的多个照射痕迹的布局或图案相关联，从而该试样板本身能够保持前述信息。

4.一种质谱仪，其包括能够安置可拆装的试样板的设备本体和利用基质辅助激光解吸电离法使试样离子化的离子源，所述基质辅助激光解吸电离法包括以下的一系列步骤：对从所述设备本体取出的试样板上持有的试样施加基质，将试样板安置在所述设备本体中，并且使来自激光照射单元的激光束投射到施加有基质的试样上以使该试样离子化，所述质谱仪还包括：a)参考图像获取部件，用于在载有未施加基质的试样的试样板被安置在所述设备本体中时，获取该试样板的表面的显微图像，并且保存所获取到的图像作为参考图像；

b)位移检测部件，用于基于从所述参考图像和以下的试样板的表面的显微图像这两者识别出的划痕图案的x-y平面内的位置的变化，计算该试样板在被再次安置在所述设备本体中时发生的x-y平面内的位移的大小和方向，其中，该试样板的表面的显微图像是在该试样板在载有施加了基质的试样的情况下被安置在所述设备本体中时获得的，并且所述划痕图案是在该试样板的制造过程中形成在该试样板的表面上的；以及c)位移校正部件，用于在对试样的分析区域进行质谱分析之前，改变来自所述激光照射单元的激光束和该试样之间的x-y平面内的相对位置，以消除由所述位移检测部件计算出的x-y平面内的位移，其中，所述分析区域是参考在获取所述参考图像的同时获取到的该试样的显微图像所选择的。

5.一种质谱仪，其包括能够安置可拆装的试样板的设备本体和利用基质辅助激光解吸电离法使试样离子化的离子源，所述基质辅助激光解吸电离法包括以下的一系列步骤：对从所述设备本体取出的试样板上持有的试样施加基质，将试样板安置在所述设备本体中，并且使来自激光照射单元的激光束投射到施加有基质的试样上以使该试样离子化，所述质谱仪还包括：a)参考图像获取部件，用于在载有未施加基质的试样的试样板被安置在所述设备本体中时，获取包括该试样板的角部的显微图像，并且保存所获取到的图像作为参考图像；

b)位移检测部件，用于基于从所述参考图像和以下的包括试样板的角部的显微图像这两者识别出的角部的x-y平面内的位置的变化，计算该试样板在被再次安置在所述设备本体中时发生的x-y平面内的位移的大小和方向，其中，该包括试样板的角部的显微图像是在该试样板在载有施加了基质的试样的情况下被安置在所述设备本体中时获得的；以及c)位移校正部件，用于在对试样的分析区域进行质谱分析之前，改变来自所述激光照射单元的激光束和该试样之间的x-y平面内的相对位置，以消除由所述位移检测部件计算出的x-y平面内的位移，其中，所述分析区域是参考在获取所述参考图像的同时获取到的该试样的显微图像所选择的。

说明书

质谱仪

技术领域

[0001] 本发明涉及质谱仪(mass spectrometer)，尤其涉及使用通过基质辅助激光解吸/电离(MALDI，matrix assisted laserdesorption/ionization)来使试样离子化的离子源的成像质谱仪。

背景技术

[0002] 质谱成像是这样一种技术：该技术通过对诸如一块生物组织等的试样的二维区域内的多个微小区域分别进行质谱分析，来调查具有特定质荷比(m/z)的物质的分布。期望该技术应用于例如药物发现、生物标志物发现和各种疾病的病因调查。设计用来质谱成像的质谱仪通常被称为成像质谱仪。由于该装置的操作通常包括对试样的任意区域进行显微观察、基于显微观察图像选择关注区域并对所选择的区域进行质谱分析，因此该装置还可被称为质谱显微镜。例如，在以下参考文献1-3中公开了公知的质谱显微镜的结构以及利用这些质谱显微镜所获得的分析例子：

[0003] 参考文献1：国际公开WO 2008/068847；

[0004] 参 考 文 献 2：Kiyoshi OGAWA et al.，“Kenbi ShitsuryouBunseki Souchi No Kaihatsu(Research and Development of MassMicroscope)”，Shimadzu Hyouron(Shimadzu Review)，Vol.62，No.3/4，pp.125-135，March 31，2006；以及[0005] 参考文献3：Harada et al.，“Kenbi Shitsuryou Bunseki SouchiNi Yoru Seitai Soshiki Bunseki(Biological Tissue Analysis usingMass Microscope”，Shimadzu Hyouron(Shimadzu Review)，Vol.64.No.3/4，pp.139-145，April 24，2008。

[0006] 质谱显微镜基本上包括：显微观察部件，用于对试样的二维区域进行显微观察；和质谱分析部件，用于对试样的二维区域内的多个部位分别进行质谱分析。显微观察部件可分成两大类：一类具有摄像部件(例如，CCD照相机)和显示单元(例如，监视器)，其中，该显示单元具有能够显示利用该摄像部件拍摄到的图像的屏幕，由此使得操作员能够观察试样图像；另一类是具有目镜的普通显微镜。质谱分析部件包括：离子化部件，用于使试样中包含的成分离子化；离子分离/检测部件，用于根据从试样产生的离子的质荷比来分离这些离子并检测各离子；以及离子输送部件，用于将从试样产生的离子引导并输送至离子分离/检测部件。显微观察部件和质谱分析部件并非总是设置在同一系统中；可以将显微观察部件和质谱分析部件各自配置为独立的单元。

[0007] 质谱显微镜的主要分析对象是生物试样。生物试样在被激光照射时容易受损。因此，通常使用基质辅助激光解吸离子源(MALDI离子源)来使这类试样离子化。当试样是组织切片时，利用诸如喷射或涂布等的适当方法向以(厚度为几微米到几十微米)的超薄切片形式放置在试样板上的试样施加基质溶液。在任何施加方法中，试样表面在溶液干燥之后被结晶的基质所覆盖。因此，在大多情况下，所观察到的试样的图像相当模糊。

[0008] 当在于施加基质之后获得的这种模糊的试样图像上选择用于质谱成像的关注区域时，难以正确地选择想要的区域。为了精确且适当地进行质谱成像，必须基于在施加基质之前获得的清晰的试样图像来确定目标区域。因此，质谱成像的过程通常包括以下一系列步骤：将其上放置有试样的试样板安置在质谱仪中；拍摄试样的图像并且保存所拍摄到的图像作为施加基质之前的试样图像；从设备临时取出试样板；对试样表面施加基质；将试样板再次安置在设备中；以及对参考拍摄于施加基质之前的试样图像所确定的区域进行质谱分析。

[0009] 在将试样板再次安置在设备中时，该试样板可能被安置在相对于其被取出之前所在的位置移动了的位置处。如果发生这种情况，则实际的分析区域将相对于已经参考拍摄于施加基质之前的试样图像所选择的目标区域存在位移。再次安置的试样板的位移比能够以等于或小于几十微米的空间分辨率进行质谱成像的质谱显微镜的空间分辨率大得多。因此，前述位移成为精确进行质谱成像的重大问题。

[0010] 在将显微观察部件配置为独立显微镜的情况下，利用显微镜拍摄到的放置在试样板上的试样的图像最初保存在该显微镜的存储器中并随后由质谱仪读出该图像。在将试样板从显微镜取出并在试样表面施加基质之后，将试样板再次安置在质谱仪中。质谱仪对基于试样的显微图像所确定的区域进行质谱分析。

[0011] 在该系统中，安置在质谱仪中的试样板的位置可能相对于拍摄到试样板的显微图像的位置移动了。如果发生这种情况，则实际的分析区域将相对于基于拍摄于施加基质之前的试样图像所选择的目标区域存在位移。

[0012] 在如下参考文献4中公开了一种目的在于解决前述问题的方法。根据该方法，在获取显微图像之前，操作员利用笔等在试样板上设置用于位置识别的标记。在将试样板安置在质谱仪中之后，操作员通过质谱仪附带的摄像装置定位试样板上的位置识别标记并指示标记的位置。随后，使用如此在安置于设备中的试样板上观察到的标记的位置作为用于控制试样台的位置的基准点，以使得将分析在显微图像上选择的测量范围。

[0013] 参考文献4：“flexControl User Manual”，First Edition，Bruker Daltonics，Bremen，Germany，2006，pp.3-35。

[0014] 然而，由操作员手动设置在试样板上的标记不可避免地变大。此外，用于定位安置在质谱仪中的试样板上的标记的处理使用在未使用显微镜的情况下产生的低分辨率图像。使用大标记和低分辨率图像使得难以提高定位精度。

[0015] 在参考文献1中公开的被配置为具有显微镜和质谱分析单元的单个设备的质谱仪中，用于位置识别的标记原本设置在试样板上。通过比较分别在试样板位于最初被安置的第一位置时和该试样板位于在被再次安置在设备中之后所在的第二位置时拍摄到的两个图像，来计算试样板在第一位置和第二位置之间的位移的大小和方向。在分析期间，对试样台的位置进行控制以消除所计算出的位移。前述文献还公开了利用即使在施加基质之后也可识别出的特定图案或颜色来计算位移的大小和方向的技术。

[0016] 制造具有用于位置识别的标记的试样板需要特殊的加工/处理工作，这使得试样板更加昂贵并且提高了分析的执行成本。此外，由于比较施加基质前后的试样图像的部分受到所施加的基质的状态和试样的状况的影响，因此该方法不是总能令人满意地提供位移的精确信息。由于这些原因，期望研发以下方法：在该方法中，可以使用不需要特殊处理的传统的试样板，并且可以利用与比较拍摄于施加基质前后的试样图像的方法不同的技术来精确地检测并消除试样板的位移。

[0017] 在一些情况下，例如对通过连续切片同一生物组织所制备的一组试样进行分析，所制备的试样在形状、图案和颜色方面彼此极其相似并因此难以在视觉上区分开。结果，在进行分析或存储试样时，有可能将一个试样误认为另一试样。已经期望防止该问题的方法。

[0018] 在将载有施加了基质的试样的试样板再次安置在设备中之后，如果进行分析，需要从存储装置中查找拍摄于施加基质之前的试样图像并确定分析区域。如果要顺次分析的试样的数量庞大，则查找所关注的试样图像相当耗时耗力。可以通过重复各试样的分析工作来避免该问题。然而，由于施加并干燥基质通常需要一定的时间，因此该方法将大大降低分析的处理量。

[0019] 考虑到前面所述的问题而研发了本发明。本发明的第一目的是提供以下的质谱仪：该质谱仪允许使用不需要特殊处理的廉价的试样板，却仍可以正确地检测并消除由于将试样板从设备取出和将试样板再次安置在设备中所引起的试样板的位移，从而能够对想要的区域进行质谱成像。

[0020] 本发明的第二目的是提供以下的质谱仪：即使存在大量外观相似的试样，该质谱仪也能够正确地识别各试样并对各试样进行分析。

[0021] 本发明的第三目的是提供以下的质谱仪：即使要分析大量的试样，该质谱仪也能够快速且正确地查找到拍摄于施加基质之前的试样图像并确定分析区域。

发明内容

[0022] 目的在于解决先前所述的问题的本发明的第一方面是一种质谱仪，其包括能够安置可拆装的试样板的设备本体和利用基质辅助激光解吸电离法使试样离子化的离子源，所述基质辅助激光解吸电离法包括以下的一系列步骤：对从所述设备本体取出的试样板上持有的试样施加基质，将试样板安置在所述设备本体中，并且使来自激光照射单元的激光束投射到施加有基质的试样上以使该试样离子化，所述质谱仪还包括：

[0023] a)照射痕迹形成部件，用于当试样板被安置在所述设备本体中时，通过使来自所述激光照射单元的激光束投射到该试样板的预定位置来在该试样板上形成照射痕迹，其中，该激光束的能量比使试样离子化的处理所使用的激光束的能量高；

[0024] b)参考图像获取部件，用于在载有未施加基质的试样且形成有照射痕迹的试样板被安置在所述设备本体中时，获取包括该试样板上的照射痕迹的显微图像，并且保存所获取到的图像作为参考图像；

[0025] c)位移检测部件，用于基于从所述参考图像和以下的包括试样板上的照射痕迹的显微图像这两者观察到的照射痕迹的位置的变化，来计算该试样板在被再次安置在所述设备本体中时发生的位移的大小和方向，其中，该包括试样板上的照射痕迹的显微图像是在该试样板在载有施加了基质的试样的情况下被安置在所述设备本体中时获得的；以及[0026] d)位移校正部件，用于在对试样的分析区域进行质谱分析之前，改变来自所述激光照射单元的激光束和该试样之间的相对位置，以消除由所述位移检测部件计算出的位移，其中，所述分析区域是参考在获取所述参考图像的同时获取到的该试样的显微图像所选择的。

[0027] 参考图像获取部件可以包括使用诸如CCD传感器或CMOS传感器等的图像传感器的摄像部件。

[0028] 试样板可以由玻璃或金属制成，但不限于这些材料。只要可以通过使细的激光束投射到试样板上来在该试样板上形成坑状的照射痕迹，可以使用任何材料。

[0029] 在根据本发明的质谱仪中，例如，当载有未施加基质的试样的试样板被安置在设备本体中时(例如，当该试样板放置在试样台上时)，在参考图像获取部件获取到图像之前，利用照射痕迹形成部件在该试样板的预定位置处形成照射痕迹。如果需要清晰识别照射痕迹的形状，则照射痕迹应形成在试样板上未施加基质的位置处。

[0030] 对于具有按前述方式形成的照射痕迹的试样板，参考图像获取部件获取并保存至少包括该照射痕迹的显微图像。随后，从设备本体临时取出试样板，并然后在对试样施加基质之后将试样板再次安置在本体中。如果试样板的位置相对于该板先前所在的位置移动了，则照射痕迹的位置也将移动。因此，位移检测部件通过将拍摄于取出板之前的参考图像和当前获取到的图像进行比较来检测照射痕迹的位移，并且计算该位移的大小和方向。可以在仅考虑平动位移或者同时考虑平动位移和转动位移这两者的情况下进行该计算。

[0031] 操作员例如通过参考拍摄于取出试样板之前的试样观察图像来选择试样的分析区域。当对该区域进行质谱分析时，位移校正部件通过例如使激光束偏斜或校正其上放置有试样板的试样台的移动量来校正前述位移。因此，即使再次安置的试样板相对于其原始位置移动了，也将以高位置精度对所选择的试样的区域进行分析。

[0032] 即使激光束在相同的条件(例如，束的能量和光斑直径)下投射到同一类型的试样板上，由激光束在试样板上形成的各照射痕迹通常也将具有不同的视觉特征(例如，形状、大小和/或颜色)。也就是说，与人的指纹或子弹的线型弹痕一样，照射痕迹是独有的，从而可以使用照射痕迹来识别各试样板(以及板上的试样)。

[0033] 因此，在本发明的第一方面中，位移计算部件在通过诸如图像比较等的图像分析来检测照射痕迹的位移的处理中识别照射痕迹的视觉特征及其位置，并且基于照射痕迹的视觉特征来进行与试样板的同一性有关的判断。

[0034] 例如，当将施加了基质的试样板安置在设备本体中时，可以查找具有与试样板上的照射痕迹的视觉特征相同的视觉特征的参考图像，并且可以参考该图像来进行位移检测。作为另一例子，当将施加了基质的试样板安置在设备本体中时，如果不存在参考图像示出具有与试样板上的照射痕迹的视觉特征相同的视觉特征的照射痕迹，则该设备可以判断为不能执行正确的分析所需的位移校正，并因此提醒操作员注意该情况或禁止启动分析。

[0035] 利用该方法，即使在测量大量的试样的情况下，在施加基质前后也不会将一个试样误认为另一个试样。由于可以从拍摄于施加基质之前并且保存在存储装置等中的大量参考图像中自动查找到正确的参考图像，因此操作员不用进行搜索参考图像的任务。即使以任意的顺序对大量的试样进行分析，也可以通过使用拍摄于施加基质之前的当前所选择的试样板的参考图像来检测各试样板的位移。因此，提高了分析的处理量。

[0036] 如前面所述，可以使用照射痕迹来识别各试样板。因此，可以将照射痕迹用作用于区分试样板(和试样)的识别符。因而，在本发明的第一方面的一个模式中，所述质谱仪还包括：信息存储部件，用于将由所述照射痕迹形成部件形成在试样板上的照射痕迹的视觉特征用作识别符，将与该试样板、测量或试样有关的信息与所述识别符相关联，并且存储该信息；以及信息查找部件，用于在试样板的取得于该试样板被安置在所述设备本体中时的显微图像上识别所述照射痕迹的视觉特征，并且参考所述信息存储部件来查找并输出与所关注的试样板相对应的信息。

[0037] 例如，在存储时与识别符相关联的测量信息包括测量的日期和时间、测量条件、试样识别编号、试样来源或者任何其它信息。该技术使试样的管理简便并且还有助于使管理自动化。该技术还便于试样的再测量或检验以及其它任务。

[0038] 可以在试样板的任意部位以任意的位置数量形成通过激光照射所产生的照射痕迹。因此，可以产生布局或图案直接表示特定含义的多个照射痕迹。因此，在根据本发明的第一方面的质谱仪的另一模式中，将与试样板或试样有关的测量信息与由照射痕迹形成部件形成在该试样板上的多个照射痕迹的布局或图案相关联，以使得该试样板本身可以保持测量信息。

[0039] 在这种情况下，可以将各照射痕迹看作成仅为坑(孔)。与识别照射痕迹的视觉特征并基于该视觉特征来识别试样板相比，识别这种照射痕迹比较容易。因此，本模式有利于提高图像识别的速度和减轻硬件组件和软件组件的负荷。

[0040] 在根据本发明的第一方面的质谱仪中，使用通过激光照射特意形成在试样板上的照射痕迹来进行位移检测。还可以使用在制造试样板的过程中随意形成在该试样板上的特征性微结构。

[0041] 因而，目的在于解决前面所述的问题的本发明的第二方面是一种质谱仪，其包括能够安置可拆装的试样板的设备本体和利用基质辅助激光解吸电离法使试样离子化的离子源，所述基质辅助激光解吸电离法包括以下的一系列步骤：对从所述设备本体取出的试样板上持有的试样施加基质，将试样板安置在所述设备本体中，并且使来自激光照射单元的激光束投射到施加有基质的试样上以使该试样离子化，所述质谱仪还包括：

[0042] a)参考图像获取部件，用于在载有未施加基质的试样的试样板被安置在所述设备本体中时，获取该试样板的表面的显微图像，并且保存所获取到的图像作为参考图像；

[0043] b)位移检测部件，用于基于从所述参考图像和以下的试样板的表面的显微图像这两者识别出的划痕图案的位置的变化，计算该试样板在被再次安置在所述设备本体中时发生的位移的大小和方向，其中，该试样板的表面的显微图像是在该试样板在载有施加了基质的试样的情况下被安置在所述设备本体中时获得的，并且所述划痕图案是在该试样板的制造过程中形成在该试样板的表面上的；以及

[0044] c)位移校正部件，用于在对试样的分析区域进行质谱分析之前，改变来自所述激光照射单元的激光束和该试样之间的相对位置，以消除由所述位移检测部件计算出的位移，其中，所述分析区域是参考在获取所述参考图像的同时获取到的该试样的显微图像所选择的。

[0045] 目的在于解决前面所述的问题的本发明的第三方面是一种质谱仪，其包括能够安置可拆装的试样板的设备本体和利用基质辅助激光解吸电离法使试样离子化的离子源，所述基质辅助激光解吸电离法包括以下的一系列步骤：对从所述设备本体取出的试样板上持有的试样施加基质，将试样板安置在所述设备本体中，并且使来自激光照射单元的激光束投射到施加有基质的试样上以使该试样离子化，所述质谱仪还包括：

[0046] a)参考图像获取部件，用于在载有未施加基质的试样的试样板被安置在所述设备本体中时，获取包括该试样板的角部的显微图像，并且保存所获取到的图像作为参考图像；

[0047] b)位移检测部件，用于基于从所述参考图像和以下的包括试样板的角部的显微图像这两者识别出的角部的位置的变化，计算该试样板在被再次安置在所述设备本体中时发生的位移的大小和方向，其中，该包括试样板的角部的显微图像是在该试样板在载有施加了基质的试样的情况下被安置在所述设备本体中时获得的；以及

[0048] c)位移校正部件，用于在对试样的分析区域进行质谱分析之前，改变来自所述激光照射单元的激光束和该试样之间的相对位置，以消除由所述位移检测部件计算出的位移，其中，所述分析区域是参考在获取所述参考图像的同时获取到的该试样的显微图像所选择的。

[0049] 在根据本发明的第二方面的质谱仪中，将试样板的表面上随意形成的划痕图案作为前述用于位移检测的特征性微结构。制造试样板的工艺包括抛光处理以最终获得平滑的表面。抛光处理在各试样板的表面留下微细的特征性的划痕。抛光划痕的图案对于肉眼而言不可见，但在显微图像上可以清晰地观察到。因此，例如，从分别拍摄于施加基质前后的试样板的表面的两个显微图像提取抛光划痕的轮廓，并且在这两个图像上识别出相同的轮廓以检测位移。

[0050] 另一方面，在根据本发明的第三方面的质谱仪中，使用试样板的角部的微细形状作为前述用于位移检测的特征性微结构。通常通过将大的板状材料分割成较小的块来制造试样板。该工作不可避免地产生各自具有特征性形式的微细结构(例如，毛刺)。因此，例如，从分别拍摄于施加基质前后的试样板的表面的两个显微图像提取角部的边缘轮廓等，并且在这两个图像上识别出相同的轮廓以检测位移。

[0051] 当然，可以同时使用本发明的第一方面和第二方面这两者。

[0052] 在本发明的第一至第三方面的任何一个中，通过使用试样板的多个部位而非仅一个部位来进行位移检测，可以更加正确且容易地计算位移的大小和方向。在这种情况下，优选在这些部位之间设置最大可能距离。

[0053] 根据本发明的第一至第三方面的质谱仪可以在不使用试样本身的任何显微图像的情况下精确地检测由于取出和再次安置操作所引起的试样板的位移，从而允许使用不需要特殊处理的廉价的试样板。因此，可以通过使用普通的廉价的试样板来抑制分析的运行成本，同时还可以正确选择试样上的期望点或区域以确保获得预期的质谱分析结果或物质分布图像。即使试样的图案或颜色因所施加的基质而模糊，也可以正确地检测位移。这意味着选择施加基质的方法和要施加的基质的量的自由度较大，从而有利于高效地进行分析工作。

[0054] 在根据本发明的第一方面的质谱仪中，可以通过使用照射痕迹的视觉特征或者多个照射痕迹的布局或图案来将测量信息与各试样板相关联，由此即使在处理大量的试样或分析外观极其相似的多个试样的情况下，也可以正确地识别出各试样并防止将各试样误认为另一试样。此外，即使存在数量庞大的参考图像，也可以在不增加操作员的任何工作负荷的情况下查找到与目标试样相对应的参考图像。这还有助于提高分析的处理量。

附图说明

[0055] 图1是示出根据本发明第一实施例的成像质谱仪的主要组件的结构图。

[0056] 图2是示出第一实施例的成像质谱仪的分析过程和处理操作的流程图。

[0057] 图3是示出形成在由玻璃制成的试样板上的激光照射痕迹的示例的摄像图像。

[0058] 图4是示出第一实施例的成像质谱仪的位移校正方法的图。

[0059] 图5是示出根据第二实施例的成像质谱仪的主要组件的结构图。

[0060] 图6是示出根据第三实施例的成像质谱仪的主要组件的结构图。

[0061] 图7是示出根据第四实施例的成像质谱仪的主要组件的结构图。

[0062] 图8示出试样板的角部的显微图像的示例。

具体实施方式

[0063] 第一实施例

[0064] 以下将参考图1～4来说明作为根据本发明的质谱仪的一个实施例(第一实施例)的成像质谱仪。图1是示出根据本实施例的成像质谱仪的主要组件的结构图。

[0065] 试样台2配置在气密性的非真空室1内部，其上将安置放置有试样4的试样板3。室1连接至可以通过真空泵(未示出)被抽成真空的真空室7。真空室7容纳有离子输送光学系统8、质谱分析器9、离子检测器10和其它组件。在非真空室1和真空室7外部配置有激光照射单元11、激光会聚光学系统13、CCD照相机14、观察光学系统15和其它组件。
例如，离子输送光学系统8是静电电磁透镜、多极型射频离子引导件或这些装置的组合。作为质谱分析器9，可以利用诸如四极滤质器、离子阱、飞行时间型质谱分析器或磁场磁区型分析器等的各种类型的装置。

[0066] 试样台2配置有包括步进马达和其它组件的驱动机构(未示出)，该驱动机构用于在与相互正交的x轴和y轴平行的两个方向上精确地驱动试样台2。利用台驱动器17来驱动该机构。

[0067] 在控制/处理单元20的控制下，激光照射单元11发射离子化激光束，该离子化激光束被激光会聚光学系统13聚焦并且通过配置在非真空室1的一侧上的照射窗5投射到试样4上。例如，试样4上的激光束的光斑直径为1微米到几十微米。可以通过在x-y平面内移动试样台2来改变激光束在试样4上的照射点(即，试样4上要进行质谱分析的微小区域)。以这种方式，使要进行质谱分析的点在试样4上二维移动。对任意形状的二维区域内以网格状图案布置的各个微小区域进行质谱分析。

[0068] CCD照相机14通过观察光学系统15和配置在非真空室1的一侧上的观察窗6拍摄试样板3上的预定范围的图像。将由CCD照相机14产生的图像信号发送至控制/处理单元20，并且如果需要，将这些图像信号存储在试样图像存储部31或照射痕迹图像存储部32中。控制/处理单元20还包括图像比较分析器33、位移存储器34、分析控制器21、照射痕迹形成控制器22、分析位置选择器25、分析位置校正器24和分析位置确定器23。另外，操作单元40和显示单元41连接至控制/处理单元20，其中，操作单元40用于使得操作员能够操作系统并输入命令，并且显示单元41用于示出试样4的表面观察图像或二维物质分布图像。

[0069] 由于激光束的短脉冲照射而从试样4释放出的离子被引导至真空室7并且通过离子输送光学系统8被传送至质谱分析器9中，质谱分析器9根据不同类型的离子的质荷比(m/z值)来分离这些离子。当分离后的离子到达离子检测器10时，离子检测器10产生与入射离子的量相对应的检测信号。将该信号发送至数据处理器16，数据处理器16将检测信号转换成数字数据并且适当处理这些数据。例如，在对试样4上的一个或多个局部点进行质谱分析的情况下，数据处理器16可以创建各局部点的质谱并且基于所获得的质谱进行定性或定量分析，以识别存在于该点的物质或估计这些物质的含量。在对试样4上的特定区域进行质谱分析的情况下，每当激光照射点根据前面所述的试样台2的移动而移动时，确定特定m/z值的信号强度，并且处理所获得的数据以创建示出所测得的信号强度的二维分布的映射图像。

[0070] 可以通过在个人计算机上运行专用软件程序来实现前面所述的控制/处理单元20和数据处理器16的功能的至少一部分。在这种情况下，控制/处理单元20中包括的组件与该软件所实现的功能块相对应。

[0071] 以下参考图2来说明使用本实施例的成像质谱仪进行分析的过程和设备在分析期间的处理操作。图2是示出本成像质谱仪的分析过程和与该过程相关联的处理操作的示例的流程图。

[0072] 首先，操作员将要分析的试样4(例如，生物组织的切片)放置在位于非真空室1外部的试样板3上，并将试样板3安置在试样台2上(步骤S1)。

[0073] 当通过操作单元40输入了预定命令时，控制/处理单元20判断所安置的试样板3上是否已经存在激光照射痕迹(步骤S2)。为了进行该判断，优选配置如下的部件：利用该部件，操作员可通过操作单元40输入表示试样板3是已用过的试样板还是未使用的试样板的信息。还可以在控制/处理单元20的控制下进行以下的自动图像识别：在该自动图像识别中，检查利用CCD照相机14拍摄到的试样板3的表面的显微图像，以判断是否已经存在激光照射痕迹。如果试样板3上不存在激光照射痕迹，则操作从步骤S2进入步骤S3。如果已经发现了激光照射痕迹，则操作跳过步骤S3并进入步骤S4。

[0074] 在步骤S3中，照射痕迹形成控制器22控制台驱动器17，以使试样台2移动至使得试样板3上的预定点与激光照射点相一致的位置。在试样板3上的预定点已经到达激光照射点之后，激光照射单元11将输出能量增加至比分析所使用的正常水平高的水平，由此向试样板3投射高功率激光束。在激光照射点附近的部位，试样板3由于热而熔融，由此形成坑状的照射痕迹。

[0075] 图3示出通过高功率激光束的照射形成在由玻璃制成的试样板上的照射痕迹的例子。尽管将功率相同且光斑直径相同的激光束投射到该图像所示的每个点上，但照射痕迹的外观(例如，大小、轮廓形状和颜色)大大不同。在实际情况中，几乎不可能形成外观相同的两个以上的照射痕迹。因此，与人的指纹或子弹的线型弹痕相同，照射痕迹可以用来识别各试样板。由于不存在将具有准确的圆形的照射痕迹，因此对于利用后面将说明的方法来检测转动位移而言，形成1个照射痕迹就足够了。

[0076] 优选配置用于使得操作员能够任意选择试样板3上将形成照射痕迹的位置的部件。由于通常将试样4放置于试样板3的中央，因此可以以使得将在试样板3的端部、例如试样板3的角部附近形成照射痕迹的方式来选择前述的位置，由此防止照射痕迹被基质所覆盖。

[0077] 当操作员通过操作单元40输入摄像命令时，控制/处理单元20接收该命令、控制CCD照相机14以拍摄试样4的显微图像并将该显微图像显示在显示单元41的屏幕上。如此显示在显示单元41上的显微图像是实时图像。通过观察该图像，操作员改变显微镜的倍率和/或改变试样台2的位置。当显示了试样板3上的适当区域时，操作员进行图像确定操作。在该操作中，将当前的显微图像存储在试样图像存储部31中(步骤S4)。在该处理中，将试样台2的位置信息(例如，x方向和y方向上的地址)与试样观察图像相关联并存储。

[0078] 接着，将试样台2移动至使形成在试样板3上的照射痕迹包括在利用CCD照相机14观察到的视野中的位置。在该位置处，CCD照相机14获取包括照射痕迹的显微图像，并且将该图像作为参考图像存储在照射痕迹图像存储部32中(步骤S5)。该参考图像无需包括试样4。还将在获取该参考图像时的试样台2的位置信息与该图像相关联并存储。例如，如图4的(a)所示，将试样台2移动至使照射痕迹P的中心(例如，重心)51与视野50的中心相一致的位置，并且存储在该位置的显微图像作为参考图像。

[0079] 接着，操作员从试样台2临时取出试样板3以对试样4施加基质溶液。可以通过使用任何基质施加法来进行该任务。然而，在大多情况下，喷射基质溶液的方法对于实现高空间分辨率是有用的。在向试样4施加基质之后，将试样板3再次安置在试样台2上(步骤S6)。由于粗略指定了试样台2上可放置试样板3的位置，因此再次安置的试样板3相对于其在施加基质之前所在的位置将不会移动太多。然而，可能容易发生等于或大于空间分辨率的位移。

[0080] 在将试样板3返回到试样台2之后，当操作员通过操作单元40进行了预定操作时，使试样台2移动至由拍摄照射痕迹的显微图像时获得的试样台2的位置信息所表示的位置。在该位置处，CCD照相机14再次拍摄照射痕迹的显微图像(步骤S7)。如果不存在由于取出和再次安置引起的试样板3的位移，则在该步骤拍摄到的照射痕迹的显微图像将与照射痕迹图像存储部32中存储的先前的照射痕迹的显微图像完全重叠。相反，当试样板3移动了时，这两个显微图像中的照射痕迹将位于不同的位置。因此，图像比较分析器33比较这两个图像。更具体地，图像比较分析器33比较照射痕迹的形状、颜色和/或其它视觉特征，计算转动位移和平动位移作为位移值，并且将这些值保存在位移存储器34中(步骤S8)。

[0081] 例如，考虑如下的情况，即在已经使试样台2移动至基于在得到图4的(a)所示的显微图像时获得的位置信息的位置之后，已经获得了图4的(b)所示的显微图像。通过图像比较分析器33比较图4的(a)和(b)的图像发现，应当位于视野50的中心51的照射痕迹P’的中心在平动方向上移动了(Δx，Δy)，并且在转动方向上移动了角度θ。保存分别与平动位移和转动位移相对应的这两类位移。

[0082] 分析位置选择器25在试样图像存储部31中查找所关注的试样板3上的试样4的显微图像，并且将该图像显示在显示单元41的屏幕上。因而，在显示单元41上示出拍摄于施加基质之前的清晰的试样4的显微图像(步骤S9)。即使实际安置在试样台2上的试样4被基质所覆盖并且不能实时得到清晰的图像，也将未被基质所覆盖的试样的清晰图像显示在显示单元41的屏幕上。

[0083] 在试样4的显微图像上，操作员选择期望的分析区域(步骤S10)。例如，可以通过以下来实现该操作：对分析位置选择器25进行设计，以使得可以利用诸如鼠标等的操作单元40在试样观察图像上绘制任何线条，并且选择该线包围着的区域作为分析区域。当然，这不是选择分析区域的唯一可行的方法。例如，还可以选择通过键盘数值输入坐标值。图4的(c)是示出试样观察图像上所选择的矩形分析区域的画面图像的例子。

[0084] 在确定了分析区域之后，可以基于拍摄于施加基质之前的试样的显微图像的位置信息来获得该分析区域的位置信息。分析位置校正器24临时存储该信息(步骤S11)。随后，分析位置校正器24通过使用存储在位移存储器34中的位移信息(平动位移和转动位移)来校正分析区域的位置信息。分析位置确定器23存储校正后的位置信息(步骤S12)。校正后的位置信息与操作员在当前安置在试样台2上的试样4上选择的期望区域相对应。
图4的(d)示出该时间点的试样4上所选择的分析区域。如果不进行校正，则分析区域将如虚线框所示。由实线框来表示正确地与图4的(c)所示的所选择的分析区域相对应的校正后的区域。

[0085] 在接收到用于启动分析的命令时，分析控制器21基于存储在分析位置确定器23中的校正后的分析区域位置信息，通过台驱动器17控制驱动机构，以使得被激光束照射的微小区域将在分析区域内以步进方式移动。通过该操作，试样台2以每次移动微小距离的方式逐步移动。每当试样台2在移动了微小距离之后暂停时，从激光照射单元11发出脉冲激光束，以对试样4上的微小区域进行质谱分析(步骤S13)。在对试样4上所选择的分析区域内的所有微小区域进行了质谱分析之后，数据处理器16创建例如以特定m/z值示出信号强度的分布的映射图像并将该图像显示在显示单元41的屏幕上(步骤S14)。

[0086] 即使在对试样4上的单个点或多个位置分离的点而不是二维区域进行分析的情况下，分析过程和处理操作也基本相同。

[0087] 在前面所述的例子中，在施加了基质的试样板3被安置在试样台2上之后进行在试样4上选择分析区域的操作。然而，还可以在获得了将用于选择分析区域的试样图像之后的任何时间点进行该操作，例如即使在施加基质之前的试样板3被安置在试样台2上或试样台2上不存在试样板3时也可进行该操作。

[0088] 在前面的实施例中，使用单个照射痕迹来计算位移量。然而，根据该照射痕迹的形状可能难以正确地确定转动位移量。因此，优选产生两个或更多个照射痕迹，并且根据这些照射痕迹的位置信息的差来计算转动位移。

[0089] 例如，考虑如下的情况：即作为试样板移动的结果，一个照射痕迹的中心(例如，重心)Q1和另一个照射痕迹的中心Q2已经分别移动至点Q1’和Q2’。在这种情况下，可以绘制出两个矢量。假设仅在转动方向和平动方向上发生了位移，而图像既未放大也未缩小，则可以根据这两个矢量计算出从一个图像S到另一个图像S’的转动移动量和平动移动量。

[0090] 第二实施例

[0091] 如已经说明的，照射痕迹的形状对各试样板而言是独有的。因此，可以使用照射痕迹来确定(识别)一组试样板中的各个试样板并管理这些试样板。根据第二实施例的成像质谱仪附加设置有该功能。图5是根据第二实施例的成像质谱仪的主要组件的结构图。利用相同的附图标记来表示与第一实施例的系统所使用的组件相同的组件。

[0092] 第二实施例的质谱仪包括作为包括在控制/处理单元20中的功能块的照射痕迹识别器35以及板相关数据存储和管理部36。照射痕迹识别器35分析试样板3上的照射痕迹的显微图像，从该照射痕迹的形状提取特征点，并且将表示这些特征点的数据(以下该数据被称为“形状特征数据”)作为板相关数据的一部分存储在板相关数据存储和管理部36中，或者将所获得的数据与先前保存的板相关数据进行比较。板相关数据是这样一组数据：针对各试样板记录诸如与放置在板上的试样有关的信息(例如，试样来源、采样日期和试样识别编号)以及与测量有关的信息(例如，测量条件、测量日期、测量者姓名和测量系统识别编号)等的各种类型的信息。将前述的照射痕迹的形状特征数据用作用于识别外观上难以区分的各个试样板的信息。

[0093] 在第二实施例的质谱仪中，例如，当在步骤S5获取未施加基质的试样板3上的照射痕迹的显微图像时，照射痕迹识别器35从所获取到的图像获得照射痕迹的形状特征数据，并且在板相关数据存储和管理部36中搜索所获得的数据。如果没有发现与所获得的数据相对应的数据，则创建以照射痕迹的形状特征数据作为搜索关键字的新的数据区域。操作员可以在任何时间点通过操作单元40输入前述的与试样板有关的信息。将所输入的信息存储于设置在板相关数据存储和管理部36中的数据区域，并且可以通过使用照射痕迹的形状特征数据作为关键字来搜索并查找到该信息。

[0094] 存储在板相关数据存储和管理部36中的信息可用作各种用途和应用。例如，当将施加了基质的试样板安置在试样台2上以启动分析时，照射痕迹识别器35可以在板相关数据存储和管理部36中搜索与形成在当前安置的试样板3上的照射痕迹的形状相关联的信息，并且在显示单元41上示出查找到的信息。根据该信息，操作员可以确认当前安置的试样是正确的要分析的试样。如果所关注的试样具有先前的分析的记录，则可以使用该记录来示出先前的分析的条件和结果。

[0095] 第三实施例

[0096] 第二实施例的系统包括专用于存储与各试样板相关的详细信息的部件(即，板相关数据存储和管理部36)，以使得对要存储的信息的量几乎没有限制。然而，该系统的局限在于所存储的信息仅可以在直接保持该信息的系统上显示或使用。第三实施例的质谱仪通过如下措施来解决该问题，即在试样板3上形成多个照射痕迹，使用每个照射痕迹作为一个坑，从而利用坑的布局和数量来表现所需的信息。图6是示出根据第三实施例的成像质谱仪的主要组件的结构图。利用相同的附图标记来表示与第一或第二实施例中使用的组件相同的组件。

[0097] 第三实施例的质谱仪包括作为包括在控制/处理单元20中的功能块的照射痕迹坑阅读器37、板相关数据存储和管理部38以及照射痕迹坑信息创建器26。当操作员在任何时间点通过操作单元40输入诸如测量日期、测量条件和试样识别编号等的测量信息时，针对所输入的信息，照射痕迹坑信息创建器26根据预定的算法确定要刻录(write)的坑的数量和布局，并且指示照射痕迹形成控制器22刻录这些坑。照射痕迹形成控制器22对激光照射单元11的激光束发射和台驱动器17在x-y平面内对试样台2的定位进行控制，以使得将形成指定的坑布局。结果，在试样板3上形成了保持信息用的多个坑。

[0098] 在将其上形成有多个这种坑的试样板3安置在试样台2上之后，如果通过操作单元40进行了特定操作，则照射痕迹坑阅读器37阅读并解码坑布局，以恢复信息并将该信息显示在显示单元41上。因而，与第二实施例相同，可以获得例如与试样有关的信息、先前测量的条件。当然，由于可以在有限的区域内以低于特定水平的密度形成照射痕迹，因此，试样板3所能保持的信息量有限。例如，具有以8×8的网格图案形成的64个坑的试样板可以保持8字节的信息。

[0099] 第四实施例

[0100] 以下说明根据第四实施例的成像质谱仪。本实施例与第一实施例的不同之处在于计算将试样板再次安置在试样台上时发生的位移的方法。图7是根据第四实施例的成像质谱仪的结构图。在第一实施例中，将通过使激光束投射到试样板上而形成的照射痕迹用作位移检测用标记。在第四实施例中，将在试样板制作过程中形成在各试样板的表面上的抛光划痕的图案用作位移检测用标记。

[0101] 最常使用的试样板材料是石英玻璃和诸如不锈钢等的金属材料。在制造这种板的最后阶段，通常进行用于使板表面平坦和平滑的抛光处理。抛光处理使用研磨剂，从而产生大量的微观级的微细划痕且各个板的划痕图案不同。图8的(a)是试样板的一个角部的显微图像的例子。在试样板的表面可以看到微细的条纹图案。这就是抛光划痕。

[0102] 在第四实施例的成像质谱仪中，将任何试样板上原本存在的抛光划痕用作位移检测用标记。因此，第四实施例的成像质谱仪不具有第一实施例的系统中所设置的照射痕迹形成控制器22。此外，将照射痕迹图像存储部32替换为用于存储形成在试样板3的表面的特定部位(通常为一个角部)上的抛光划痕的图案的显微图像的定位基准图像存储部39。对于分析过程，除了省略了图2中的步骤S2和S3以及使用试样板3的表面的特定部位上的抛光划痕的图案的显微图像代替试样板3上的照射痕迹的显微图像以外，用于在再次安置试样板之后计算并校正位移的方法与第一实施例中的基本相同。与仅使用一个图案相比，在本情况下，还优选使用两个或更多个抛光划痕图案来计算位移量。

[0103] 第五实施例

[0104] 如在图8的(a)中可以看出，试样板具有形成在其角部的边缘上的毛刺(突起)。这些毛刺的形状是该板独有的。因此，代替试样板的表面上的抛光划痕的图案，可以将试样板的角部处的微细形状用作位移检测用标记。这可以通过图7所示的系统实现为如下：在将试样板3的一个角部附近的部位的显微图像保存在定位基准图像存储部39中之后，如果施加了基质的试样板被安置在试样台2上，则图像比较分析器33将在该时间点拍摄到的试样板3的角部附近的部位的显微图像与定位基准图像存储部39中存储的先前的显微图像进行比较，以根据可被看作为同一部位的两个部位在位置上的差来计算位移。

[0105] 图8的(b)示出以下的图像分析的结果：将显露出图8的(a)所示显微图像中的试样板的角部附近的部位的图像用作用于位移检测的参考图像，并且在对试样板施加基质之后，从该试样板的显微图像提取可被看作为与前述部位相同的部位。图8的(b)中由标记为“U”的矩形框所表示的范围表示通过图像识别提取出的试样板的角部的边缘和表面图案的轮廓线。通过这样正确识别出同一部位，可以根据两个图像之间的该部位的位置的差来精确地计算位移量。

[0106] 与第一实施例相同，还可以通过将表示试样板的表面上的抛光划痕的独特图案或试样板的角部的独特形状的数据与板相关数据相关联并存储的方式，在第四和第五实施例中使用该特征性的图案或形状。利用该数据管理方法，可以快速显示正确的、与要分析的试样板有关的一组信息。

[0107] 应当注意，前面的实施例仅是本发明的例子，并且在本发明的精神内适当进行的任何改变、修改或添加自然都包括在本专利申请的权利要求的范围内。