論文の概要: ST-DAI: Single-shot 2.5D Spatial Transcriptomics with Intra-Sample Domain Adaptive Imputation for Cost-efficient 3D Reconstruction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.21516v1
- Date: Tue, 29 Jul 2025 05:46:37 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-30 17:08:55.752156
- Title: ST-DAI: Single-shot 2.5D Spatial Transcriptomics with Intra-Sample Domain Adaptive Imputation for Cost-efficient 3D Reconstruction
- Title(参考訳): ST-DAI : コスト効率3次元再構成のためのサンプル内ドメイン適応インプットを用いた単発2.5次元空間転写学
- Authors: Jiahe Qian, Yaoyu Fang, Xinkun Wang, Lee A. Cooper, Bo Zhou,
- Abstract要約: コスト効率のよい2.5Dサンプリングスキームをサンプル内ドメイン適応型計算フレームワークと組み合わせた,3D transcriptomics用単ショットフレームワークST-DAIを紹介する。
まず、コスト効率2.5Dサンプリング段階において、1つの基準部(中央部)を完全にサンプリングし、他の部(隣接部)を疎サンプリングする。
第2に、このコスト効率のよい2.5D STスキームから完全な3D STを生成できる単発3D計算学習法を提案する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 1.7603474309877931
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: For 3D spatial transcriptomics (ST), the high per-section acquisition cost of fully sampling every tissue section remains a significant challenge. Although recent approaches predict gene expression from histology images, these methods require large external datasets, which leads to high-cost and suffers from substantial domain discrepancies that lead to poor generalization on new samples. In this work, we introduce ST-DAI, a single-shot framework for 3D ST that couples a cost-efficient 2.5D sampling scheme with an intra-sample domain-adaptive imputation framework. First, in the cost-efficient 2.5D sampling stage, one reference section (central section) is fully sampled while other sections (adjacent sections) is sparsely sampled, thereby capturing volumetric context at significantly reduced experimental cost. Second, we propose a single-shot 3D imputation learning method that allows us to generate fully sampled 3D ST from this cost-efficient 2.5D ST scheme, using only sample-specific training. We observe position misalignment and domain discrepancy between sections. To address those issues, we adopt a pipeline that first aligns the central section to the adjacent section, thereafter generates dense pseudo-supervision on the central section, and then performs Fast Multi-Domain Refinement (FMDR), which adapts the network to the domain of the adjacent section while fine-tuning only a few parameters through the use of Parameter-Efficient Domain-Alignment Layers (PDLs). During this refinement, a Confidence Score Generator (CSG) reweights the pseudo-labels according to their estimated reliability, thereby directing imputation toward trustworthy regions. Our experimental results demonstrate that ST-DAI achieves gene expression prediction performance comparable to fully sampled approaches while substantially reducing the measurement burden.
- Abstract(参考訳): 3次元空間転写学 (ST) では, 全組織領域を完全採取する高い取得コストが大きな課題である。
近年のアプローチでは、組織像から遺伝子発現を予測しているが、これらの手法には大きな外部データセットが必要である。
本稿では,ST-DAIについて述べる。ST-DAIは,コスト効率のよい2.5Dサンプリングスキームとサンプル内ドメイン適応型計算フレームワークを結合した3次元ST用単ショットフレームワークである。
まず、コスト効率2.5Dサンプリング段階において、1つの基準部(中央部)を完全にサンプリングし、他の部(隣接部)をスパースサンプリングし、ボリュームコンテキストを実験コストを大幅に低減する。
第2に,このコスト効率のよい2.5D STスキームから,単発3Dインパゲーション学習法を提案する。
位置ずれや領域差を観察する。
これらの問題に対処するため,我々は,まず中央部を隣接部と整列し,その後中央部に密集した擬似スーパービジョンを生成し,次に,パラメータ効率の良いドメインアライメント層(PDL)を用いて,少数のパラメータのみを微調整しながら,隣接部の領域にネットワークを適応させる高速マルチドメインリファインメント(FMDR)を実行するパイプラインを採用した。
この改良の間、信頼スコア発生器(CSG)は、その推定信頼性に応じて擬似ラベルを再重み付けし、信頼に値する領域に向けて計算を行う。
実験の結果,ST-DAIは全サンプル法に匹敵する遺伝子発現予測性能を達成し,測定負担を大幅に低減することがわかった。
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