DRACCAR Quantification de l’ADN et analyse de la ploïdie
Quantification de l’ADN et application en ploïdie pour la recherche contre le cancer
ADCIS et le Centre François Baclesse à Caen ont développé en partenariat un système complet pour quantifier l’ADN et analyser la ploïdie. il faut savoir que cette application est effectuée en routine dans des laboratoires impliqués dans la cyto-pathologie et l’oncologie. Partant d’algorithmes développés dans les années 90 sur un système sous UNIX, 1, ADCIS a porté tous les algorithmes de traitement d’images dans l’environnement d’Aphelion™ sur un PC sous Microsoft Windows®. Le portage de l’application sur un PC a grandement amélioré la performance et la facilité d’utilisation du logiciel basé sur les composants ActiveX d’Aphelion. L’utilisation d’Aphelion a également permis de réduire de manière importante le coût global du système.
Le système inclut un microscope optique équipé d’une platine automatisée pouvant se déplacer selon les directions X, Y et Z ; une caméra noir et blanc montée sur le microscope et un PC dans l’environnement Microsoft Windows® avec une carte d’acquisition et numérisation.
Les techniques de traitement d’images impliquées dans l’application sont plutôt complexes et peuvent être décomposées selon les étapes suivantes :
- Acquisition d’une série d’images à partir d’un échantillon placé sur la platine motorisée. Le déplacement de la platine est totalement géré par le logiciel, où chaque étape de l’initialisation de la platine est définie depuis une interface utilisateur extrêmement conviviale basée sur des assistants multiples qui aident à configurer le système.
- Les images issues de la caméra sont calibrées en utilisant des techniques basées sur l’analyse de la densité optique afin de s’assurer que la densitomètrie à l’intérieur des cellules est quasiment constante.
- Ensuite, une segmentation est réalisée afin de générer une série d’imagettes contenant chacune une cellule, et une grille est remplie avec les attributs associés à chaque cellule.
- Un ensemble de 19 paramètres basés sur la forme, l’intensité et la texture est calculé et sauvegardé dans la grille. Chaque ligne de la grille contient les données relatives à une cellule et l’ensemble correspond à un Objectset d’Aphelion.
- Une classification manuelle est réalisée une fois pour toute pour chaque cancer analysé. Au cours de cette phase de classification, chaque cellule est placée dans une catégorie en fonction de la morphologie du noyau : cellules normales épitheliales, lymphocytes, cellules stromales et anormales, cellules de taille et texture non standard, etc.
- Un modèle est dérivé de la base d’apprentissage, en utilisant des techniques basées sur l’analyse par composantes principales.
- Lors de l’utilisation de l’application en routine, la classification automatique est réalisée en utilisant les mêmes méthodes statistiques et en partant du modèle issu de la phase d’apprentissage.
- Après analyse de l’échantillon dans sa globalité, les différents histogrammes de ploïdie sont calculés pour les cellules normales et anormales et visualisés dans l’interface utilisateur.
Durant la phase de développement du logiciel, tous les résultats obtenus ont été comparés à ceux obtenus avec un cytomètre en flux. La souplesse d’utilisation du système basé sur l’analyse d’images a permis de montrer l’intérêt d’un tel système capable d’identifier et éliminer les débris et les cellules stromales non désirables. Il faut noter que les échantillons de formaline fixée et de paraffine ont pu être analysés avec le système développé dans le cadre de cette étude.
Les captures d’écran ci-dessous illustrent deux des fenêtres du logiciel.
Le développement spécifique réalisé par les ingénieurs de la société ADCIS a inclus la définition de l’interface utilisateur, l’implémentation des algorithmes de segmentation d’images, le contrôle complet de la platine motorisée et enfin le développement du module de classification qui est maintenant disponible sous forme d’un composant ActiveX autonome. L’application a été développée en langage Visual Basic et fait appel aux composants ActiveX et les Toolkits d’Aphelion.
Les développements futurs effectués sur le produit vont porter sur des analyses statistiques plus poussées comme l’analyse de la dispersion et les nuées dynamiques.
Cette application met en valeur la puissance des composants ActiveX du logiciel Aphelion utilisés dans le cadre de cette analyse automatique de la ploïdie. Le système a ainsi pu être développé rapidement et il est maintenant suffisamment ouvert pour être facilement maintenu et enrichi de nouvelles fonctionnalités.
ADCIS et le GRECAN (bioticla) du Centre anti-cancéreux François Baclesse sont actuellement en train de développer une application en biologie basée sur l’analyse des immuno-marqueurs et des outils spécifiques pour la pathologie clinique et expérimentale.
