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公開番号2025167143
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-07
出願番号2024071491
出願日2024-04-25
発明の名称波形解析方法及び波形解析装置
出願人株式会社島津製作所
代理人弁理士法人京都国際特許事務所
主分類G01N 30/86 20060101AFI20251030BHJP(測定;試験)
要約【課題】解析対象波形に含まれる、幅が異なるピークを正しく検出する。
【解決手段】第1参照波形データに第1ウィンドウを適用した機械学習により構築され第1部分データに対しピーク部分又は非ピーク部分の第1指標を出力する第1学習済モデルが保存された第1学習済モデル記憶部(44)と、第2参照波形データに第1ウィンドウと異なる第2ウィンドウを適用した機械学習によって構築され第2部分データに対しピーク部分又は非ピーク部分の指標を出力する第2学習済モデルが保存された第2学習済モデル記憶部(44)と、第1解析対象部分データを第1学習済モデルに入力し第1指標を出力させる第1指標出力処理部(55)と、第2解析対象部分データを第2学習済モデルに入力し第2指標を出力させる第2指標出力処理部(56)と、第1指標と第2指標からピーク部分を推定するピーク部分推定部(58)を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
分析装置を用いて試料を測定することにより取得された解析対象データから構成され、横軸に第１のパラメータを持ち、縦軸に第２のパラメータを持つ波形を解析する波形解析方法であって、
横軸に前記第１のパラメータを持ち、縦軸に前記第２のパラメータを持ち、ピーク部分の位置である前記第１パラメータの値と前記第２パラメータの値の組が既知である第１参照波形を構成する第１参照波形データを教師データとし、該第１参照波形データから前記横軸方向に所定範囲のデータを抽出する第１ウィンドウを適用した機械学習によって、該第１ウィンドウに対応する第１部分データが入力されると該第１部分データを構成する複数の第１部分データ要素のそれぞれに対してピーク部分又は非ピーク部分を表す第１指標を出力する第１学習済モデルを構築する第１学習済モデル構築ステップと、
横軸に前記第１のパラメータを持ち、縦軸に前記第２のパラメータを持ち、ピーク部分の位置である前記第１パラメータの値と前記第２パラメータの値の組が既知である第２参照波形を構成する第２参照波形データを教師データとし、該第２参照波形データから前記横軸方向に、前記第１ウィンドウと異なる幅の所定範囲のデータを抽出する第２ウィンドウを適用した機械学習によって、該第２ウィンドウに対応する第２部分データが入力されると該第２部分データを構成する複数の第２部分データ要素のそれぞれに対してピーク部分又は非ピーク部分を表す第２指標を出力する第２学習済モデルを構築する第２学習済モデル構築ステップと、
前記解析対象データから前記第１ウィンドウに対応する第１解析対象部分データを抽出して前記第１学習済モデルに入力し、該第１解析対象部分データを構成する複数の第１解析対象データ要素のそれぞれについて前記第１指標を出力させる第１指標出力ステップと、
前記解析対象データから前記第２ウィンドウに対応する第２解析対象部分データを抽出して前記第２学習済モデルに入力し、該第２解析対象部分データを構成する複数の第２解析対象データ要素のそれぞれについて前記第２指標を出力させる第２指標出力ステップと、
前記第１指標出力ステップにおいて出力された前記第１指標と、前記第２指標出力ステップにおいて出力された前記第２指標に基づいて、前記解析対象データからピーク部分を推定するピーク部分推定ステップと
を備える、波形解析方法。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
分析装置を用いて試料を測定することにより取得された解析対象データから構成され、横軸に第１のパラメータを持ち、縦軸に第２のパラメータを持つ波形を解析するために用いられる波形解析装置であって、
横軸に前記第１のパラメータを持ち、縦軸に前記第２のパラメータを持ち、ピーク部分の位置である前記第１パラメータの値と前記第２パラメータの値の組が既知である第１参照波形を構成する第１参照波形データを教師データとし、該第１参照波形データから前記横軸方向に所定範囲のデータを抽出する第１ウィンドウを適用した機械学習によって構築され、該第１ウィンドウに対応する第１部分データが入力されると該第１部分データを構成する複数の第１部分データ要素のそれぞれに対してピーク部分又は非ピーク部分を表す第１指標を出力する第１学習済モデルが保存された第１学習済モデル記憶部と、
横軸に前記第１のパラメータを持ち、縦軸に前記第２のパラメータを持ち、ピーク部分の位置である前記第１パラメータの値と前記第２パラメータの値の組が既知である第２参照波形を構成する第２参照波形データを教師データとし、該第２参照波形データから前記横軸方向に、前記第１ウィンドウと異なる幅の所定範囲のデータを抽出する第２ウィンドウを適用した機械学習によって構築され、該第２ウィンドウに対応する第２部分データが入力されると該第２部分データを構成する複数の第２部分データ要素のそれぞれに対してピーク部分又は非ピーク部分を表す第２指標を出力する第２学習済モデルが保存された第２学習済モデル記憶部と、
前記解析対象データから前記第１ウィンドウに対応する第１解析対象部分データを抽出して前記第１学習済モデルに入力し、該第１解析対象部分データを構成する複数の第１解析対象データ要素のそれぞれについて前記第１指標を出力させる第１指標出力処理部と、
前記解析対象データから前記第２ウィンドウに対応する第２解析対象部分データを抽出して前記第２学習済モデルに入力し、該第２解析対象部分データを構成する複数の第２解析対象データ要素のそれぞれについて前記第２指標出力処理部と、
前記第１指標出力部により出力された前記第１指標と、前記第２指標出力部により出力された前記第２指標に基づいて、前記解析対象データからピーク部分を推定するピーク部分推定部と
を備える、波形解析装置。
【請求項３】
前記解析対象データに、当該解析対象データを取得した測定におけるサンプリングレートの情報が対応付けられており、
前記第１ウィンドウの幅が、前記サンプリングレートに基づいて決められる、請求項２に記載の波形解析装置。
【請求項４】
前記解析対象データに、当該解析対象データを取得した測定で使用された検出器の種類の情報が対応付けられており、
前記第２ウィンドウの幅が、前記検出器の種類に応じて予め決められている、請求項２に記載の波形解析装置。
【請求項５】
前記第２ウィンドウが、前記解析対象データの全体を抽出する、請求項２に記載の波形解析装置。
【請求項６】
前記第１学習済モデルと前記第２学習済モデルが、異なるアーキテクチャで構成されている、請求項２に記載の波形解析装置。
【請求項７】
前記ピーク部分推定部は、同一の測定データ要素について、前記第１指標出力ステップから出力された指標と前記第２指標出力ステップから出力された指標が異なる場合に、ピーク部分を表す指標を優先して前記解析対象データからピーク部分を推定する、請求項２に記載の波形解析装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析装置を用いて試料を測定することにより取得された波形を解析する方法及び装置に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
試料に含まれる成分を同定したり定量したりするために、液体クロマトグラフやガスクロマトグラフが用いられている。クロマトグラフでは、試料中の成分をカラムで分離し、カラムから順に流出する成分を検出する。その後、横軸を時間、縦軸を検出強度とするクロマトグラムを作成してピークを検出し、その面積や高さから、当該ピークに対応する化合物の濃度や含有量を求める。また、液体クロマトグラフやガスクロマトグラフからスペクトル波形を取得する手法も広く用いられており、スペクトル波形は横軸を波長や質量電荷比、縦軸を検出強度とするものであり、物質同定に用いられることが多い。
【０００３】
クロマトグラムのピークを検出する方法として、これまで様々な方法が実用に供されているが、近年、新たなピーク検出方法として、機械学習を利用した方法が提案され実用化されている（例えば、特許文献１、非特許文献１、２）。
【０００４】
特許文献１には、ピーク部分の位置が既知である複数の参照波形のデータを教師データとする機械学習を行うことにより学習済モデルを構築し、その学習済モデルを用いて解析対象の波形のデータに含まれるピーク部分を推定する波形解析技術が記載されている。その例として、画像解析の分野で使用されているセマンティックセグメンテーションを使用した学習モデルに、選択イオンモニタリング（SIM）測定や多重反応モニタリング（MRM）測定により取得されピーク部分の位置が既知である複数の抽出イオンクロマトグラム（EIC）のデータを教師データとする機械学習を実行させて学習済モデルを構築し、その学習済モデルに、SIM測定やMRM測定により取得された解析対象の抽出イオンクロマトグラムから抽出された、予め決められた点数の測定データを入力し、ピーク部分に属するものであるか、非ピーク部分に属するものであるかを示す指標（ラベル）を出力させることが記載されている。解析対象の波形を構成する一次元のデータから、学習済モデルに入力する予め決められた点数の測定データを抽出する際に用いられる枠（抽出範囲）は、ウィンドウと呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０２１／０６４９２４号
【非特許文献】
【０００６】
「Peakintelligence for GCMS LabSolutions Insight向け波形処理ソフトウェア」、[online]、[2024年3月14日検索]、株式会社島津製作所、インターネット＜URL：https://www.an.shimadzu.co.jp/products/gas-chromatograph-mass-spectrometry/gc-ms-software/peakintelligence-for-gcms/index.html＞
「Peakintelligence for LCMS LabSolutions LCMS、LabSolutions Insight 向け波形処理オプションソフトウェア」、［online］、［2024年3月14日検索]、株式会社島津製作所、インターネット＜URL: https://www.an.shimadzu.co.jp/products/liquid-chromatograph-mass-spectrometry/lc-ms-software/peakintelligence/index.html＞
「Peakintelligence for GCMSによる農薬データ解析時間の短縮」、［online］、［2024年3月14日検索]、株式会社島津製作所、インターネット＜URL: https://www.an.shimadzu.co.jp/sites/an.shimadzu.co.jp/files/pim/pim_document_file/an_jp/applications/application_note/21749/an_01-00585-jp.pdf＞
「Nexera-i MT による欧州薬局方に準拠した医薬品不純物分析の高速化」、［online］、［2024年3月14日検索]、株式会社島津製作所、インターネット＜URL: https://www.an.shimadzu.co.jp/sites/an.shimadzu.co.jp/files/pim/pim_document_file/an_jp/applications/application_note/17727/an_l518.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
試料に含まれる既知の目的成分を分析（ターゲット分析）する場合には、例えば、検出器として質量分析計を使用し、当該目的成分から生成されるイオンをターゲットイオンとするSIM測定やMRM測定を行って抽出イオンクロマトグラムを作成する。ターゲット分析では、クロマトグラフの全測定時間のうち、どのような目的成分であったとしても保持時間に対応する限られた時間帯の波形（例えば1.5分間のピーク部分を含む波形）からピークを検出すればよい（例えば非特許文献３）。また、SIM測定やMRM測定では目的成分の選択性が高く、幅が狭いシャープなピークが得られる。こうした波形からピークを検出する際には、特許文献１に記載の波形解析技術を好適に用いることができる。
【０００８】
一方、試料に含まれる未知成分を網羅的に分析（ノンターゲット分析）する場合には、ピークが現れる位置（保持時間）が不明であるため、クロマトグラフの全測定時間（例えば60分超）の波形からピークを検出する必要がある。また、クロマトグラフの検出器としてPDA検出器やUV検出器を用いると、ピーク開始点からピーク終了点までの時間が短いもの（例えばピーク幅が0.5分程度）から長いもの（例えばピーク幅が5分超）まで、様々な幅を持つピークが現れうる（例えば非特許文献４）。本発明者がこのようなクロマトグラムに対して特許文献１に記載の波形解析技術を適用したところ、ピークを正しく検出することができない場合があることが分かった。
【０００９】
ここではクロマトグラフを用いて取得されるクロマトグラムからピークを検出する場合を例に説明したが、他の種類の波形からピークを検出する場合にも上記同様の問題があった。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、分析装置を用いて試料を測定することにより取得された波形に含まれる、幅が異なるピークを正しく検出することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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