Unraveling Spatial Heterogeneity in Mass Spectrometry Imaging Data with GraphMSI

计算机科学 分割 稳健性(进化) 背景(考古学) 空间分析 质谱成像 人工智能 数据挖掘 质谱法 遥感 化学 生物 生物化学 色谱法 基因 地质学 古生物学
作者
Lei Guo,Peisi Xie,X. Y. Shen,Thomas Ka Yam Lam,Lingli Deng,Chengyi Xie,Xiangnan Xu,Chris K.C. Wong,Jingjing Xu,Jiacheng Fang,Xiaoxiao Wang,Zhuang Xiong,Shangyi Luo,Jianing Wang,Jiyang Dong,Zongwei Cai
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202410840
摘要

Abstract Mass spectrometry imaging (MSI) provides valuable insights into metabolic heterogeneity by capturing in situ molecular profiles within organisms. One challenge of MSI heterogeneity analysis is performing an objective segmentation to differentiate the biological tissue into distinct regions with unique characteristics. However, current methods struggle due to the insufficient incorporation of biological context and high computational demand. To address these challenges, a novel deep learning‐based approach is proposed, GraphMSI, which integrates metabolic profiles with spatial information to enhance MSI data analysis. Our comparative results demonstrate GraphMSI outperforms commonly used segmentation methods in both visual inspection and quantitative evaluation. Moreover, GraphMSI can incorporate partial or coarse biological contexts to improve segmentation results and enable more effective three‐dimensional MSI segmentation with reduced computational requirements. These are facilitated by two optional enhanced modes: scribble‐interactive and knowledge‐transfer. Numerous results demonstrate the robustness of these two modes, ensuring that GraphMSI consistently retains its capability to identify biologically relevant sub‐regions in complex practical applications. It is anticipated that GraphMSI will become a powerful tool for spatial heterogeneity analysis in MSI data.

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