Analyser des centaines de cellules à la vitesse grand V

Un jeune chercheur de l’EPFL a mis au point une méthode permettant d’analyser des centaines d’images de cellules en seulement quelques clics.

De plus en plus perfectionnés, les microscopes utilisés dans le monde de l’imagerie biomédicale fournissent aux biologistes des images 3D de milliers de cellules souvent entassées. En extraire les propriétés -taille, forme, densité- en un temps restreint est une performance impossible en utilisant la méthode informatique traditionnelle. Développé par Ricard Delgado-Gonzalo, doctorant au sein du Laboratoire d’imagerie biomédicale (LIB) à l’EPFL, un nouvel outil virtuel va changer la donne : il permet d’analyser en une heure des dizaines d’images -soit des centaines de cellules, par exemple- sur un simple ordinateur.

Baptisé « Active Cells » ou « snake », ce petit bijou virtuel est le résultat de calculs mathématiques complexes, et d’algorithmes sophistiqués. Sur un écran, il apparaît semblable à une sphère aplatie, déformable et couverte de lignes, à l’image d’un globe terrestre. A l’aide d’une souris, il est possible de la balader sur une image numérique en trois dimensions, prise à l’aide de microscopes. Cette sphère a la particularité de pouvoir repérer et isoler une cellule de l’image, alors même qu’elle est imbriquée dans un amas. La sphère s’arrime au sujet de manière extrêmement précise et adopte son pourtour, ce qui lui permet d’en déduire instantanément la forme, la taille et la densité. Des informations très utiles lorsque l’on souhaite suivre l’évolution d’une cellule subissant un traitement.
La méthode peut également servir pour l’analyse d’images d’organes ou de tout autre élément à caractère plus ou moins ellipsoïde. Elle fait l’objet d’une publication dans la revue IEEE Transactions on Image Processing.

Des résultats stables et extrêmement précis
« Jusqu’ici, les biologistes étaient obligés d’encercler manuellement la cellule souhaitée, en cliquant de nombreuses fois autour de sa forme, à l’exemple de ce qui se fait lors d’une sélection d’objet dans le programme Photoshop », raconte Ricard Delgado-Gonzalo « Dans le cas présent, il suffit de placer la sphère à proximité de la cellule désirée, de cliquer sur la cellule en question, et le travail se fait tout seul. »

Mise à disposition gratuitement sur le web
Dans le but de partager leurs résultats, les chercheurs de l’EPFL ont rendu leur outil public sur la plateforme open-source Icy, qui contient l’équivalent d’un Apple-store, mais dédié à la bio-imagerie. Le tout a été élaboré en consultation avec des biologistes. La version en 2D est d’ores et déjà utilisée par la communauté scientifique, tandis que la version 3D et en passe d’être perfectionnée. « Nous travaillons par ailleurs sur la conception d’un site internet expliquant le fonctionnement de notre outil, et nous sommes en train de créer une version utilisable sur tablettes», commente Ricard Delgado-Gonzalo.

Le logiciel séduit déjà les scientifiques
Pour l’heure, le « snake », d’une précision de l’ordre du dixième de pixel fait l’unanimité. « Je l’ai utilisé pour mon projet de master, lorsque j’étais à l’EPFL », explique Mustapha Al Kharfane, ingénieur au sein de la compagnie Biosensors Europe SA. « Nous avons pu passer à la loupe une IRM d’aorte, et en déduire son élasticité, ainsi que le flux sanguin qui la traverse. Deux paramètres qui sont tous deux des indices utiles en clinique pour évaluer le risque cardiovasculaire. «Le « snake » m’a fait gagner des heures de travail», explique-t-il.

Autre utilisateur, Nicolas Dénervaud, doctorant au Laboratoire de caractérisation des réseaux biologiques (LBNC) de l’EPFL, confirme : « Nous nous en servons pour analyser de grandes quantités d’images de cellules de levures, sur lesquelles la densité de l’échantillon est maximale. Cet algorithme est particulièrement rapide et robuste. »
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Prix et distinctions
Directeur du laboratoire d’imagerie biomédicale (LIB) et co-auteur de la publication, Michael Unser souligne le fait que le travail de son doctorant -devenu post-doctorant- allie à la fois des mathématiques très sophistiquées, et des applications tangibles. «Ricard Delgado-Gonzalo, qui a étudié à l’Universitat Politècnica de Catalunya à Barcelone, possède une double formation : il est ingénieur et mathématicien, ce qui est peu commun. Cette interdisciplinarité a été très utile dans l’élaboration de ce projet complet». A noter que son outil virtuel lui a déjà valu le prix du meilleur poster à l’école d’été 2012 IEEE EMBS International Summer School on Biomedical Imaging, et qu’il a été présenté lors de diverses conférences. Ricard Delgado-Gonzalo a par ailleurs reçu pour sa thèse le 2013 SSBE Research Award, délivré par la Societé Suisse de Génie Biomédical.

Plus d’information : –Spline-based deforming ellipsoids for interactive 3D Bioimage Segmentation

                             –Mode d’emploi

Texte: Laure-Anne Pessina