seededclustR: Using Cluster Analysis of Mitochondria to Improve Cell Segmentation and Automated Quantification of mtDNA in Smooth Muscle Cells.
Notice bibliographique
Résumé
Intro Segmentation of fluorescently labelled cells is essential to pipelines of automated image analysis. Identifying regions of interest (ROIs) around labelled nuclei is relatively easy using tools available in ImageJ/Fiji, but determining the bounds of cells can be much harder. We asked if fluorescently labelled mitochondria could be used to improve the automated generation of cellular ROIs. Method The perimeter coordinates of nuclear ROIs and the centroid coordinates, area, mean intensity, angle, and solidity of ROIs around MitoTracker Orange (MTO)‐labelled mitochondria were generated in ImageJ and exported to R. Using the nuclei as seeds for a recursive k‐Nearest Neighbour search extending from each nucleus, MTO particles were assigned to their nearest‐neighbouring cells. A concave hull was created around MTO particles assigned to each cell using the concaveman package. We determined the sensitivity of this algorithm by comparing the accuracy of the generated concave hulls to the corresponding hand‐drawn ROIs, and ROIs from Voronoi expanded distance maps Results When we compared seededClustR ROIs to those drawn by hand, the Intersection‐Over‐Union (IOU) was 68 ± 8% (mean ± SD), Precision was 88 ± 6% and Recall 95 ± 3%. In contrast, Voronoi expansion of nuclei resulted in the IOU of 46 ± 18%, Precision of 83 ± 17%, and Recall of 91 ± 11%. Optimal IOU and Recall were observed when each MTO particle was compared to its 7–10 nearest neighbours. IOU and Recall were maximized using recursive steps of 40–200 μm, while Precision decreased from 94% to 88% as step size increased from 7–40 μm. Unexpectedly, extending seededClustR to an n‐dimensional kd‐tree calculation that included varying weights of MTO particle mean intensity, area, standard deviation, angle and solidity reduced cell tracing accuracy. Similarly, using Wilks’‐test to identify outliers decreased IOU by 17 percentage points (pp) and Recall by 20 pp, though it increased Precision by 6 pp. Finally, we tested whether if the more accurate cell ROI from seededClustR versus Voronoi ROIs could improve our ability to detect changes in optical measures of mtDNA in A7r5 smooth muscle cells treated with angiotensin II, 5,6‐dideoxycytidine, and H2O2, where results showed promising gains. Conclusion seededClustR is a generalizable algorithm that can use simple XY coordinates of puncta‐like features of cells to generate cellular ROIs around labelled nuclei with measures of accuracy that exceed simple dilation of nuclear ROIs. This approach should facilitate improved precision in automated screens of cellular phenotypes. Support or Funding Information Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,007 | 0,016 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,003 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,003 | 0,004 |
| Bibliométrie | 0,004 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,002 | 0,001 |
| Communication savante | 0,004 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,004 | 0,005 |
| Intégrité de la recherche | 0,003 | 0,003 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,006 | 0,005 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».