A practical framework for super-resolution of mass spectrometry images via adaptation of deep learning models

人工智能 深度学习 计算机科学 模式识别(心理学) 适应(眼睛) 极限(数学) 质谱法 计算机视觉 机器学习 图像分辨率 高分辨率 深层神经网络 人工神经网络
作者
Yinghao Cao,Yuting Tan,Chang Li,Erping Long,Lin‐Fa Wang
出处
期刊:Analyst [Royal Society of Chemistry]
卷期号:151 (10): 2935-2944
标识
DOI:10.1039/d6an00012f
摘要

Achieving high spatial resolution is critical for revealing tissue-specific metabolite distributions in mass spectrometry imaging (MSI), yet practical constraints often limit achievable resolution. While deep learning offers promising post-acquisition enhancement, the relative efficacy of different generative architectures for MSI data remains inadequately explored. This study establishes a comparative evaluation of three advanced deep learning architectures (SwinIR, MambaIR, and ResShift) against the established GAN-based model MOSR. Evaluated across three MSI datasets and six image quality metrics, MOSR and a bicubic pre-trained ResShift model demonstrated superior capacity in reconstructing complex textural details. Capitalizing on this, we developed a focused transfer-learning strategy to adapt the pretrained ResShift model using only ten mouse brain sagittal section images. The fine-tuned model achieved a 41.5% improvement in a composite performance score over its pre-trained state and a 14.0% improvement over MOSR. Remarkably, this model generalized effectively to distinct anatomical planes (horizontal brain sections) and entirely different tissue types (mouse kidney), as validated using multiple metabolites. Our work provides a benchmark for generative models in MSI super-resolution and proposes a practical, data-efficient fine-tuning framework that enhances image fidelity across diverse biological samples, offering a computational tool for spatially resolved metabolomics.
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