Quantitatively characterizing the spatial organization of cells and their interaction is essential for understanding cancer progression and immune response. Recent advances in machine intelligence have enabled large-scale segmentation and classification of cell nuclei from digitized histopathology slides, generating massive point pattern and marked point pattern datasets. However, accessible tools for quantitative analysis of such complex cellular spatial organization remain limited. In this paper, we first review 27 traditional spatial summary statistics, areal indices, and topological features applicable to point pattern data. Then, we introduce SASHIMI (Spatial Analysis for Segmented Histopathology Images using Machine Intelligence), a browser-based tool for real-time spatial analysis of artificial intelligence (AI)-segmented histopathology images. SASHIMI computes a comprehensive suite of mathematically grounded descriptors, including spatial statistics, proximity-based measures, grid-level similarity indices, spatial autocorrelation measures, and topological descriptors, to quantify cellular abundance and cell-cell interaction. Applied to two cancer datasets, oral potentially malignant disorders (OPMD) and non-small-cell lung cancer (NSCLC), SASHIMI identified multiple spatial features significantly associated with patient survival outcomes. SASHIMI provides an accessible and reproducible platform for single-cell-level spatial profiling of tumor morphological architecture, offering a robust framework for quantitative exploration of tissue organization across cancer types.


翻译:定量表征细胞的空间组织及其相互作用对于理解癌症进展和免疫反应至关重要。机器学习智能的最新进展使得从数字化组织病理学切片中实现细胞核的大规模分割与分类成为可能,从而生成了海量的点模式和标记点模式数据集。然而,针对此类复杂细胞空间组织进行定量分析的可访问工具仍然有限。本文首先回顾了适用于点模式数据的27种传统空间汇总统计量、区域指数和拓扑特征。随后,我们介绍了SASHIMI(基于机器智能的分割组织病理学图像空间分析工具),这是一个用于对人工智能(AI)分割的组织病理学图像进行实时空间分析的浏览器工具。SASHIMI计算一套全面的数学基础描述符,包括空间统计量、基于邻近度的度量、网格级相似性指数、空间自相关度量和拓扑描述符,以量化细胞丰度及细胞间相互作用。应用于口腔潜在恶性病变(OPMD)和非小细胞肺癌(NSCLC)两种癌症数据集时,SASHIMI识别出多个与患者生存结果显著相关的空间特征。SASHIMI为肿瘤形态结构的单细胞级空间分析提供了一个可访问且可重复的平台,为跨癌症类型的组织组织定量探索提供了稳健框架。

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