Segmentation of Tissues and Proliferating Cells in Light-Sheet Microscopy Images using Convolutional Neural Networks
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Background and Objective A variety of genetic mutations are known to affect cell proliferation and apoptosis during organism development, leading to structural birth defects such as facial clefting. Yet, the mechanisms how these alterations influence the development of the face remain unclear. Cell proliferation and its relation to shape variation can be studied in high detail using Light-Sheet Microscopy (LSM) imaging across a range of developmental time points. However, the large number of LSM images captured at cellular resolution precludes manual analysis. Thus, the aim of this work was to develop and evaluate automatic methods to segment tissues and proliferating cells in these images in an accurate and efficient way. Methods We developed, trained, and evaluated convolutional neural networks (CNNs) for segmenting tissues, cells, and specifically proliferating cells in LSM datasets. We compared the automatically extracted tissue and cell annotations to corresponding manual segmentations for three specific applications: (i) tissue segmentation (neural ectoderm and mesenchyme) in nuclear-stained LSM images, (ii) cell segmentation in nuclear-stained LSM images, and (iii) segmentation of proliferating cells in Phospho-Histone H3 (PHH3)-stained LSM images. Results The automatic CNN-based tissue segmentation method achieved a macro-average F-score of 0.84 compared to a macro-average F-score of 0.89 comparing corresponding manual segmentations from two observers. The automatic cell segmentation method in nuclear-stained LSM images achieved an F-score of 0.57, while comparing the manual segmentations resulted in an F-score of 0.39. Finally, the automatic segmentation method of proliferating cells in the PHH3-stained LSM datasets achieved an F-score of 0.56 for the automated method, while comparing the manual segmentations resulted in an F-score of 0.45. Conclusions The proposed automatic CNN-based framework for tissue and cell segmentation leads to results comparable to the inter-observer agreement, accelerating the LSM image analysis. The trained CNN models can also be applied for shape or morphological analysis of embryos, and more generally in other areas of cell biology.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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 tête enseignante, 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 ».