MSI-Segmentation: A Web-based MicroApp for Automated Exploration and Material Segmentation of MS Imaging Data

Význam tématu

Mass spectrometry imaging (MSI) umožňuje prostorové mapování tisíců analyzů v biologických a materiálových vzorcích, avšak generuje rozsáhlá vícerozměrná data, která vyžadují pokročilé nástroje pro efektivní interpretaci.

Cíle a přehled studie / článku

Představení webové mikroaplikace MSI-Segmentation určené k automatizovanému průzkumu MSI datasetů prostřednictvím nesupervidovaného strojového učení. Aplikace nabízí tři hlavní moduly: segmentaci pixelů, seskupování analyzů a tvorbu spektroskopických korelačních map.

Použitá metodika a instrumentace

• Vstupní data: ASCII soubory s (x,y) souřadnicemi a intenzitami m/z z HDI softwaru.
• Metody strojového učení: redukce dimenzionality pomocí UMAP, shlukování HDBSCAN a hierarchické shlukování metodou Ward.
• Instrumentace: DESI XS na SELECT SERIES MRT (ionizace DESI, negativní mód, pixely 30 µm, rychlost 2 pix/s, konusové napětí 40 V, kapilární napětí 0,8 kV, dusík 0,8 bar).
• Vzorek: čerstvě zmražený řez mozku myši (18 µm, −20 °C), analyzovaný po vysušení.

Hlavní výsledky a diskuse

• Modul "Tissue Segmentation" automatizovaně rozděluje pixely do klastrů na základě spektrálních charakteristik a exportuje průměrné spektrum klastru.
• Modul "Analyte Clustering" seskupuje iontové obrazy se podobnou distribucí, umožňuje nastavení počtu klastrů a export seznamu píků a masek analyzů.
• Spektrální korelační mapa poskytuje interaktivní vizualizaci korelace všech spekter k vybranému referenčnímu pixelu.
• Výstupy (.csv, masky analyzů) lze integrovat s HDI nebo dalším zpracováním dat.

Přínosy a praktické využití metody

• Zjednodušení průzkumu komplexních MSI datasetů bez nutnosti specializovaných lokálních nástrojů.
• Rychlá vizualizace a identifikace chemicky odlišných oblastí vzorku.
• Možnost integrace do širších pipeline pro cílenou analýzu prostorových regionů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Implementace dalších algoritmů strojového učení a hluboké analýzy spekter.
• Rozšíření formátové podpory a cloudového hostingu pro škálovatelnost.
• Integrace s nástroji pro molekulární anotaci a umělou inteligenci pro automatizované označování píků.

Závěr

MSI-Segmentation představuje intuitivní webový nástroj, který zrychluje a zjednodušuje analýzu MSI dat pomocí nesupervidovaných metod, podporuje objevování relevantních chemických regionů a usnadňuje následné cílené studie.