MitoEM 데이터셋: 전자현미경 이미지에서의 대규모 3D 미토콘드리아 인스턴스 세그멘테이션

전자현미경(EM)은 미토콘드리아와 같은 세포 내 기관을 식별할 수 있어 임상 및 과학 연구에 중요한 통찰을 제공한다. 그러나 기존의 공개된 미토콘드리아 세그멘테이션 데이터셋은 단순한 형태를 가진 수백 개의 인스턴스만 포함하고 있다. 이러한 소규모 데이터셋에서 인간 수준의 정확도를 달성한 기존 방법들이 실제 적용 상황에서도 안정적인 성능을 보이는지 여부는 명확하지 않다. 이를 해결하기 위해 우리는 인간 및 쥐 대뇌 피질에서 채취한 각각 (30μm)³ 크기의 3차원 미토콘드리아 인스턴스 세그멘테이션 데이터셋인 MitoEM을 제안한다. 이 데이터셋은 기존 벤치마크보다 약 3,600배 더 큰 규모를 지닌다. 약 4만 개의 인스턴스를 포함하며, 형태와 밀도 측면에서 미토콘드리아의 높은 다양성을 확인할 수 있었다. 평가를 위해 3차원 데이터에 적합한 평균 정밀도(AP) 지표의 구현을 개선하여 처리 속도를 45배 향상시켰다. MitoEM에서 기존의 인스턴스 세그멘테이션 방법들이 복잡한 형태를 가진 미토콘드리아나 다른 인스턴스와 근접한 접촉을 가진 경우 정확하게 세그멘테이션하지 못하는 경향을 발견하였다. 따라서 본 MitoEM 데이터셋은 분야에 새로운 도전 과제를 제시한다. 본 연구에서 제안하는 코드와 데이터는 다음과 같은 링크를 통해 공개된다: https://donglaiw.github.io/page/mitoEM/index.html.