02 - Analyse d'images bio-cellulaires : reconnaissance morphologique et comptage - Sylvie LELANDAIS SAMOS - Colloquium "Statistiques pour le traitement de l'image" (Conférences, 2009)

Dans cet exposé nous présentons un travail qui est mené conjointement par deux équipes du laboratoire IBISC : l'équipe DYNAMIC, constituée de biologistes expérimentaux, et l'équipe TADIB, spécialisée en traitement de données et d'images. L'objectif final de ce travail est de proposer aux biologistes un logiciel d'analyse automatique d'images qui, à partir de vues prises sur un microscope apotome ZEISS, permette d'évaluer le pourcentage de cellules appartenant à des classes prédéterminées. En effet, l'équipe DYNAMIC étudie les occurrences de cellules morphologiquement différentes et potentiellement plus invasives. Pour cela ils travaillent sur la potentialité de migration de cellules cancéreuses mises en culture. A ce stade, les cellules saines ayant évolué vers l'état cancéreux peuvent opter pour deux types de migration cellulaire : la migration mésenchymateuse, migration lente caractérisée par des cellules de forme allongée, ou la migration amiboïde, migration rapide caractérisée par des cellules de forme ronde et "blebbante" qui est conjointe à un échappement cellulaire de la tumeur primaire avec comme pronostic une forte probabilité de création de métastase. La question qui se pose aux biologistes est de savoir pourquoi des cellules passent du mode de migration mésenchymateuse au mode de migration amiboïde. L'hypothèse faite par l'équipe DYNAMIC est que cette évolution du comportement est liée au micro-environnement cellulaire et en particulier à la présence de la molécule PAI-1 (Plasminogen Activator Inhibitor-1) qui "encouragerait" ce comportement "métastatique". La validation d'une telle hypothèse permettrait d'envisager de modifier le micro-environnement d'une tumeur primaire pour éviter la multiplication des sites cancéreux à travers le développement de métastases. Le problème est que, pour valider cette hypothèse, de nombreuses observations sont nécessaires. Ces observations se font sur des cultures de cellules vivantes photographiées au microscope. Sur ces images, on va compter le nombre de cellules de chaque classe : non migrante (ronde et lisse), mésenchymateuse (allongée) et amiboïde (ronde et blebbante), et évaluer les pourcentages de chaque classe en fonction de la composition du micro-environnement et de la durée écoulée. Le travail de culture est déjà long et délicat. Rajouter à cela des opérations de comptage et de classification "manuelle" rendent le travail particulièrement fastidieux. Après avoir exposé le mode opératoire permettant d'acquérir les images, nous nous attarderons sur les différentes difficultés liées à ces images : gradient de luminosité d'orientation variable, faible rapport signal à bruit, éclairage rasant provoquant une rupture des contours. Si chacun de ces problèmes peut être résolu, la présence de l'ensemble de ces difficultés nécessite la mise en place d'une chaîne complète de prétraitements permettant d'obtenir une image correcte des écarts-types, image servant de support au calcul des composantes connexes présentes dans l'image. Par ailleurs, un filtrage par une différence de gaussiennes appliqué sur l'image des écarts-type permet d'obtenir une image dite de "halo" mettant en évidence la position du centre des cellules et rendant possible l'opération de comptage. Cette approche par filtrage est comparée à une approche par transformée de Hough. Les résultats présentés illustrent les limites respectives de chaque méthode. Enfin, une segmentation par Ligne de Partage des Eaux (LPE) est opérée sur une carte des distances réalisée sur chaque composante connexe, les germes de la LPE étant les centres précédemment obtenus. Il est ainsi possible d'isoler un maximum de cellules sur lesquelles seront calculés cinq paramètres morphologiques utilisés dans l'étape de classification. D'où l'intérêt du développement d'un logiciel automatique de traitement et analyse des