用于多重免疫组化和免疫荧光全玻片成像的互信息配准方法

多重免疫组织化学/免疫荧光(mIHC/mIF)是一种新兴技术，可在保持组织结构的同时，以单细胞分辨率实现多种蛋白质表达的同步评估。这些方法在生物标志物发现方面展现出巨大潜力，但仍面临诸多挑战。值得注意的是，将多重免疫荧光图像与其他成像模式及免疫组化(IHC)进行高效交叉配准，能够通过增强下游处理（如细胞分割）来提高数据通量和/或质量。为解决这一问题，本研究设计了一套全自动流程，用于实现多重数字全玻片图像(WSI)的分层、可并行化及可变形配准。我们将互信息计算作为配准准则推广至任意维度，使其特别适用于多重成像。同时，利用特定免疫荧光通道的自信息作为选择最优配准通道的标准。此外，由于细胞膜的原位精确标记对稳健的细胞分割至关重要，我们开发了一种泛膜免疫组化染色方法，可整合到mIF检测组合中，或作为独立IHC染色后进行交叉配准。本研究通过将全玻片6重/7色mIF图像与全玻片明场mIHC图像（包含CD3和泛膜染色）进行配准，验证了该流程。我们的算法——全玻片互信息配准(WSIMIR)——实现了高精度配准，能够回溯生成8重/9色全玻片图像，并通过Jaccard指数和Dice相似系数评估，其性能优于两种自动化交叉配准方法（WSIMIR对比自动化WARPY：P<0.01和P<0.01；对比HALO+transformix：P=0.083和P=0.049）。此外，将泛膜IHC染色与mIF检测组合交叉配准后，显著提升了全玻片mIF图像的自动化细胞分割效果，具体表现为正确检测率显著提高、Jaccard指数（0.78对比0.65）和Dice相似系数（0.88对比0.79）的显著提升。