Améliorations de l’assemblage d’images sur le microscope à fluorescence de paillasse APEXVIEW™ APX100

Introduction

Le microscope à fluorescence de paillasse APEXVIEW^™ APX100 est utilisé pour observer des échantillons de cellules et de tissus. Pour les échantillons de tissus en particulier, il peut être utile d’avoir une vue d’ensemble de toute la structure de l’échantillon afin de pouvoir y chercher des régions d’intérêt qui sont plus grandes que le champ d’observation du microscope.

L’assemblage de plusieurs images du champ d’observation pour obtenir une image en haute résolution couvrant une grande surface est une fonction essentielle pour l’observation des échantillons de tissus. Les trois points suivants sont essentiels pour l’assemblage d’images.

1. Précision de l’assemblage

L’image assemblée est générée par décalages successifs de la platine XY motorisée de l’ordre d’un champ d’observation à chaque prise de vue.

Cependant, étant donné que la platine XY n’est pas toujours parfaitement alignée, si la position d’assemblage est déterminée uniquement par les coordonnées XY de chaque champ d’observation, l’image assemblée présentera un décalage entre les champs d’observation assemblés. Par conséquent, le traitement des images est utilisé pour déterminer la position d’assemblage en effectuant une recherche dans l’image. Il faut éviter tout décalage lors de l’assemblage des images, car cela affectera l’analyse ultérieure des images.

2. Qualité des images assemblées

Dans la périphérie du champ d’observation, les facteurs optiques affectent la qualité de l’image de diverses manières. Il faut éviter la dégradation de la qualité de l’image lorsqu’on génère une image assemblée.

3. Cadence

L’assemblage d’images exige précision et qualité, ce qui rallonge le temps requis pour acquérir les images de chacun des champs d’observation nécessaires à la création d’une image assemblée. Le traitement des images assemblées après l’acquisition prend encore plus de temps, ce qui entrave les procédures expérimentales. L’acquisition d’images assemblées doit concilier qualité d’image et cadence afin d’obtenir des données expérimentales de manière efficace.

Améliorations apportées à l’assemblage d’images sur le microscope APX100

L’acquisition d’images assemblées est l’une des applications clés du microscope APX100.

Pour cette raison, nous avons amélioré la qualité des images assemblées en mettant à niveau le logiciel et, par la même occasion, optimisé davantage l’efficacité expérimentale découlant de l’utilisation du microscope APX100.

La version 4.3.1 du logiciel cellSens™ APEX, le logiciel de pilotage du microscope APX100, apporte trois améliorations clés à la fonction d’assemblage d’images.

1. Précision améliorée de l’assemblage

Amélioration de l’algorithme d’assemblage

L’assemblage d’images adjacentes dans le champ d’observation est réalisé par traitement d’image. Jusqu’à la version précédente, les images étaient assemblées les unes aux autres au fur et à mesure de leur acquisition, une méthode appelée « assemblage séquentiel ».

Avec cette méthode, la zone assemblée ne contient qu’une petite quantité d’informations lorsque la partie assemblée des images des champs d’observation adjacents n’est qu’une zone d’arrière-plan sans échantillon. Cela provoque un désalignement dans l’assemblage.

Dans la version 4.3.1 du logiciel cellSens APEX, nous avons amélioré l’alignement. L’algorithme d’assemblage garde désormais en tampon les images d’une certaine plage de champs d’observation tant que la position optimale n’est pas obtenue, puis trouve la position optimale dans la plage conservée (figure 1).

Dans la méthode d’assemblage séquentiel, seules les images déjà positionnées peuvent être utilisées pour l’alignement. Dans la méthode d’assemblage qui conserve une image d’une certaine plage de champs d’observation, l’image à aligner peut être positionnée par rapport à l’image déjà positionnée et à l’image située dans la plage gardée en tampon.

Avec cette méthode actualisée, l’algorithme intégré dans la version logicielle 4.3.1 permet désormais d’acquérir une image assemblée sans décalage, même dans la zone assemblée incluant l’arrière-plan (figure 2).

Le temps nécessaire pour obtenir des images assemblées reste le même dans la version 4.3.1.

Correction des phénomènes optiques qui affectent la précision de l’assemblage

Des facteurs optiques, tels que l’erreur de grossissement, peuvent influer sur la précision de l’assemblage. Le logiciel cellSens APEX dispose d’une fonction permettant de compenser ce phénomène optique.

Fonction de correction du grossissement

Comme les objectifs présentent une légère erreur de grossissement, il faut corriger cette erreur pour obtenir un assemblage plus précis.

Avec le microscope APX100, le grossissement total de l’ensemble du microscope, objectif inclus, peut être corrigé à l’aide de la fonction de correction du grossissement introduite dans la version 4.2 du logiciel cellSens APEX. Cela permet de générer des images assemblées très précises (figure 3).

Étant donné que le processus de correction du grossissement est effectué en temps réel chaque fois qu’une image est prise, le temps d’acquisition ne change pas avec ou sans correction.

2. Amélioration de la qualité d’image de l’assemblage

Des facteurs optiques, tels que la distorsion, peuvent influer sur la qualité d’image de l’assemblage. Le logiciel cellSens APEX dispose d’une fonction permettant de compenser ce phénomène.

Fonction de correction de la distorsion

Lorsque des images sont formées à travers l’objectif d’un microscope, un phénomène appelé « distorsion » se produit dans le champ d’observation (figure 4).

Si l’assemblage d’images est effectué alors qu’une distorsion est présente dans le champ d’observation, les structures apparaîtront deux fois aux quatre coins de la position d’assemblage. Cette double apparition de structures dans les coins augmente le risque de dégradation de la qualité de l’image.

Pour éviter la distorsion et obtenir une image assemblée de haute qualité, une méthode consiste à n’utiliser que le centre de l’image. Cependant, cette approche implique d’augmenter le nombre d’images acquises et réduit la cadence (figure 5).

Dans la version 4.3.1 de cellSens APEX, une fonction a été ajoutée pour compenser cette distorsion (figure 6). Cette fonction permet de mesurer le degré de distorsion pour chaque objectif à l’aide d’une lame d’étalonnage dédiée. Ensuite, lors de l’acquisition d’une image assemblée, la distorsion est corrigée en fonction du degré de distorsion mesuré pour chaque image dans un champ d’observation.

3. Amélioration du processus d’assemblage d’images

Le microscope APX100 exécute automatiquement l’ensemble du processus, de l’acquisition d’images à l’assemblage, sous la forme d’une série de procédures, ce qui permet d’acquérir efficacement des images assemblées.

Le microscope APX100 dispose également d’un localisateur d’échantillons intelligent qui raccourcit le processus expérimental. Le localisateur d’échantillons intelligent peut détecter automatiquement les échantillons à partir de l’acquisition d’images macro en 10 secondes. LLa fonction « « Convert Sample Area to Scan Area » » (Convertir la zone de l’échantillon en zone de balayage) intégrée dans la version 4.2 du logiciel cellSens APEX permet à l’utilisateur de définir la zone d’échantillon détectée comme zone d’acquisition d’images pour l’assemblage (figure 7).

Cela écourte considérablement le processus, de la préparation préalable à l’observation à l’acquisition des images, en passant par le réglage de la position d’assemblage.

Conclusion

Le microscope à fluorescence de paillasse APEXVIEW APX100 offre désormais une qualité d’image améliorée et une précision accrue des images assemblées, ainsi qu’une efficacité expérimentale optimisée, de la configuration de l’image à l’acquisition. En plus d’améliorer l’algorithme d’assemblage du logiciel, nos ingénieurs ont pris en compte la correction des facteurs optiques pour assurer des performances optimales.

En résumé, les améliorations apportées à l’assemblage d’images incluent :

• L’amélioration de la précision dans la zone d’assemblage, y compris le cadre de l’arrière-plan.
• L’amélioration de la précision grâce à la correction d’erreur de grossissement
• L’amélioration de la qualité d’image grâce à la correction de la distorsion
• Un processus plus court pour l’acquisition d’images assemblées de grandes surfaces en haute résolution

Auteur

Takuma Kimura

R&D, Développement de logiciels, Evident