Proseg项目中的3D细胞分割技术解析

Proseg项目中的3D细胞分割技术解析

概述

Proseg作为一款优秀的生物信息学软件，在空间转录组数据分析中发挥着重要作用。本文将深入探讨Proseg在3D细胞分割方面的技术实现细节和使用建议，特别是针对MERSCOPE和seqFISH等3D空间转录组数据的处理。

3D分割的体素层配置

Proseg采用了一种渐进式的3D分割策略，默认从单层体素开始，逐步增加体素分辨率直至达到4层。这种设计既考虑了计算效率，又保证了分割精度。

关键参数解析

1. --voxel-layers：指定初始体素层数，默认值为1
2. --initial-voxel-size：设置初始x/y方向体素大小（微米级）
3. --schedule：定义体素分辨率翻倍的迭代间隔

值得注意的是，最终输出的体素层数会是初始设置的4倍。例如，初始设置为3层时，输出将包含12层（3×4）。这种设计允许用户在计算资源和分割精度之间找到平衡点。

3D形态学数据存储格式

Proseg将3D细胞形态学数据存储在cell-polygons-layers.geojson文件中，其数据结构具有以下特点：

• 每个细胞在每个体素z层上都有一个多面体表示
• 每个特征包含两个关键属性：
  • "cell"：细胞编号
  • "layer"：z层标识

这种存储方式既保留了3D信息，又保持了与标准地理空间数据格式的兼容性。

3D先验分割的应用

Proseg当前版本支持通过考虑先验转录本分配来利用3D先验分割结果。虽然未来版本可能会增加体素级先验支持，但目前用户可以直接使用3D分割结果（如来自Cellpose的3D分割）作为输入，无需特殊处理。

实际应用建议

1. MERSCOPE数据处理：由于MERSCOPE仅有7个焦距层，转录本分配到这些层的精度有限，建议谨慎评估3D形态学结果的准确性。

2. seqFISH数据处理：对于具有更多z层（如94层）的数据，可以通过调整--voxel-layers参数来匹配实际层数需求。例如，设置为24可获得约92层输出。

3. 参数优化：用户应根据数据特点调整体素层数和分辨率，在计算成本和分割精度之间寻找最佳平衡点。

技术展望

随着空间转录组技术的进步，3D数据分析需求日益增长。Proseg的渐进式分割策略和灵活的体素配置为处理不同分辨率的3D数据提供了良好基础。未来版本中体素级先验支持的加入将进一步提升3D分割的准确性。

通过深入理解这些技术细节，研究人员可以更有效地利用Proseg处理3D空间转录组数据，获得更准确的细胞分割和转录本分配结果。