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Faculté des Sciences appliquées
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Mémoire

Structured Representation Learning for Cytometry: Cell Annotation and Population Discovery

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Bodart, Fanny ULiège
Promoteur(s) : Louppe, Gilles ULiège
Date de soutenance : 30-jui-2025/1-jui-2025 • URL permanente : http://hdl.handle.net/2268.2/23237
Détails
Titre : Structured Representation Learning for Cytometry: Cell Annotation and Population Discovery
Titre traduit : [fr] Apprentissage par représentation structurée pour la cytométrie : Annotation des cellules et découverte de populations
Auteur : Bodart, Fanny ULiège
Date de soutenance  : 30-jui-2025/1-jui-2025
Promoteur(s) : Louppe, Gilles ULiège
Membre(s) du jury : DE VOEGHT, Adrien ULiège
Geurts, Pierre ULiège
Huynh-Thu, Vân Anh ULiège
Langue : Anglais
Nombre de pages : 78
Mots-clés : [fr] Generative AI
[fr] Deep Learning
[fr] Cytometry
[fr] Representation Learning
Discipline(s) : Ingénierie, informatique & technologie > Multidisciplinaire, généralités & autres
Public cible : Chercheurs
Professionnels du domaine
Etudiants
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Diplôme : Master en ingénieur civil biomédical, à finalité spécialisée
Faculté : Mémoires de la Faculté des Sciences appliquées

Résumé

[en] Flow cytometry enables the characterization of cell types based on the expression of specific surface and intracellular markers. It is widely used in both research and clinical settings to analyze cell populations. Recent advances in the field now allow the simultaneous measurement of numerous markers, resulting in high-dimensional datasets. Thus, the conventional manual gating approach is no longer suitable for analyzing such complex data. While several machine learning methods have been proposed for automated cell classification, most focus solely on known populations. Conversely, unsupervised methods can discover novel subpopulations but lack interpretability and do not support direct annotation.

In this work, we propose a model capable of addressing these complementary goals within a unified semi-supervised framework. Our approach leverages structured representation learning through a deep generative model to achieve (1) accurate classification of known immune cell populations, (2) discovery of novel subpopulations, and (3) characterization of immune population dynamics across experimental conditions.

We introduce MARVIN - Structured Representation Learning for Cytometry: Cell Annotation and Population Discovery, a mixture-based variational autoencoder with a latent space explicitly structured by cell type. By modeling the latent space as a Gaussian mixture, MARVIN enables both annotation and subpopulation discovery within a unified framework.

To evaluate its performance, we benchmark MARVIN on public cytometry datasets and compare it to Scyan (Blampey et al.) a recent generative model designed for cytometry data. We assess MARVIN's ability to recover masked subpopulations specific to peanut allergy and analyze immune response dynamics before and after allergen exposure. MARVIN reliably identifies relevant novel (unseen) subpopulations and captures their shifts across different experimental conditions.

This dual functionality makes MARVIN a powerful tool for both exploratory research and routine clinical analysis. We plan to apply this framework to investigate immune activation patterns in an ongoing clinical trial focused on vaccine response in immunocompromised patients.


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Auteur

  • Bodart, Fanny ULiège Université de Liège > Master ing. civ. biom. fin. spéc.

Promoteur(s)

Membre(s) du jury

  • DE VOEGHT, Adrien ULiège Centre Hospitalier Universitaire de Liège - CHU > Département de médecine interne > Service d'hématologie clinique
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  • Geurts, Pierre ULiège Université de Liège - ULiège > Dép. d'électric., électron. et informat. (Inst.Montefiore) > Algorith. des syst. en interaction avec le monde physique
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Huynh-Thu, Vân Anh ULiège Université de Liège - ULiège > Dép. d'électric., électron. et informat. (Inst.Montefiore) > Informatique
    ORBi Voir ses publications sur ORBi








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