基于抽样几何的多路复用成像中三维空间分析

高度多路复用的显微镜技术可实现单细胞分辨率的组织空间表征，但大多数分析仍依赖二维切片，尽管组织本质上是三维组织化。获取空间蛋白质学的稠密体积数据成本高昂且技术难度大，导致实践者在有限的成像预算下只能在二维切片或三维串联切片之间做出选择。本文研究抽样几何对常用空间统计稳定性的影响，并引入一种几何感知的重建模块，实现从串联切片中稀疏且一致的三维分析。通过受控仿真，我们展示平面抽样可可靠恢复全局细胞类型丰度，但对局部统计（如细胞簇聚和细胞间相互作用）具有高方差，尤其是针对稀有或空间局部化的细胞群体。我们在真实多路复用数据集中观察到类似现象，其中相互作用指标和邻域关系在各单个切片间波动显著。为支持稀疏的三维分析，本文提出一种重建方法，通过表型和距离约束将细胞投影关联至相邻切片，并利用细胞类型特定的形状先验恢复单细胞三维质心。我们进一步分析切片间距、覆盖范围与冗余度之间的权衡，识别在固定成像预算下最大化重建效用的获取 regime。我们在拥有密集轴向抽样的公开成像质子银数据集上验证了重建模块，并在自建的CODEX数据集上展示其下游效用，通过实现可靠的结构级三维分析，克服了二维分析的不可靠性。总体而言，我们提供了诊断工具和实用指导，帮助决定何时使用二维抽样，何时需要稀疏三维重建。