LIVRE BLANC
Révolutionner la microscopien confocale
Le logiciel FLUOVIEW Smart™ introduit des workflows intuitifs et améliorés par l’IA
Les microscopes à balayage laser confocaux sont devenus des outils indispensables dans les sciences de la vie et la recherche médicale, permettant une observation à haute résolution et une analyse tridimensionnelle d'échantillons biologiques tels que des cellules et des tissus.
Ils sont largement utilisés dans des domaines tels que la biologie cellulaire, les neurosciences, et la biologie du développement, constituant une technologie fondamentale qui soutient la qualité et la reproductibilité de la recherche.
Pour répondre aux divers besoins de la recherche, les microscopes confocaux ont évolué pour offrir des fonctionnalités de plus en plus avancées et une plus grande flexibilité dans les conditions d’imagerie. Cependant, cette évolution a également entraîné des interfaces logicielles plus complexes, créant des défis importants—en particulier pour les utilisateurs novices— tels qu’une configuration fastidieuse, un risque accru d’erreurs opérationnelles et une efficacité réduite dans les flux de travail de recherche.
Défis posés par les interfaces logicielles confocales complexes
- Courbe d'apprentissage élevée: La maîtrise de l'opération exige un temps considérable, ce qui retarde le début des recherches. Les débutants ont souvent du mal à savoir par où commencer, ce qui les amène à solliciter fréquemment l'aide d'utilisateurs expérimentés ou de formateurs.
- Efficacité réduite due à une mauvaise utilisation: Avec de nombreux paramètres et des fonctions difficiles à trouver, les flux de travail deviennent fragmentés. Les erreurs peuvent entraîner une perte de données ou une détérioration des échantillons, nécessitant une réimagerie ou une nouvelle expérimentation coûteuses.
- Problèmes liés aux environnements partagés: Lorsque plusieurs utilisateurs ayant des niveaux d'expérience différents partagent le même système, des modifications de paramètres non remarquées peuvent entraîner des conditions d'imagerie non souhaitées, des échantillons gaspillés et la nécessité de répéter les expériences.
La résolution de ces problèmes nécessite une interface logicielle intuitive, rationalisée et centrée sur les flux de travail des utilisateurs.
Optimiser l'expérience utilisateur avec FLUOVIEW Smart™ Logiciel confocal
Le logiciel confocal FLUOVIEW Smart d’Evident est conçu pour aider les utilisateurs, quel que soit leur niveau d’expérience, à utiliser le microscope à balayage laser FLUOVIEW™ FV5000 avec confiance et efficacité. Elle utilise trois approches clés pour réduire la charge opérationnelle et améliorer la productivité de la recherché et sa reproductibilité.
Interface utilisateur graphique et guidage àl'écran pour réduire les coûts d'apprentissage
Les opérations de base du microscope, telles que le réglage de la plage Z et la sélection de l'objectif, ne sont pas de simples configurations, mais des informations essentielle pour comprendre l'état actuel du système. FLUOVIEW Smart visualise ces paramètres graphiquement, permettant aux utilisateurs de saisir intuitivement leur signification et leur impact (Figures 1 et 2).
Les guides à l'écran aident davantage les utilisateurs à effectuer leurs tâches sans confusion, réduisant ainsi le besoin de supervision constante et permettant l'acquisition autonome de données.
Figure 1. Écran de réglage de la plage Z. Les positions de départ et d'arrivée de l'imagerie, ainsi que la position d'observation actuelle, sont clairement visibles en un
coup d'oeil.
Figure 2. Écran de sélection de l'objectif. Les utilisateurs peuvent sélectionner intuitivement l'objectif souhaité, et l'objectif actuellement actif est facilement identifiable.
Organisation basée sur la priorité fonctionnelle
Au lieu de regrouper toutes les fonctions sur une seule interface, le logiciel FLUOVIEW Smart™ les organise de façon hiérarchique selon leur fréquence d’utilisation et leur importance. Les contrôles essentiels—tels que la puissance du laser, la plage de balayage et les réglages de pile Z— sont toujours facilement accessibles, alignés avec le flux de travail naturel (détection de l’échantillon → configuration des conditions → imagerie). Cette conception minimise le temps de recherche et réduit considérablement le risque d'erreurs.
Réinitialisation et agencement automatique selon l'usage
Pour éviter tout problème dans les environnements partagés, le logiciel FLUOVIEW Smart réinitialise les paramètres à leurs valeurs par défaut au démarrage. Parallèlement, il permet aux utilisateurs de sauvegarder et de rappeler des configurations précédentes à des fins de reproductibilité. De plus, la sélection d’une finalité d’imagerie (par exemple, Z-stack, time-lapse, assemblage multi-zones) ajuste automatiquement la disposition et les indications à l’écran, offrant ainsi une interface optimale aussi bien pour les débutants que pour les experts (Figure 3).
Figure 3. Écran de sélection de la finalité La mise en page et les indications à l'écran s'adaptent automatiquement en fonction de l'objectif sélectionné.
Assistance basée sur l'IA pour les utilisateurs novices
En plus de simplifier l'interface, le logiciel FLUOVIEW Smart™ s'appuie sur l'IA pour automatiser et optimiser des étapes particulièrement complexes pour les utilisateurs novices.
Détection automatique des échantillons
En raison des principes optiques de la microscopie confocale, si l’échantillon est hors mise au point en XY ou Z, l’écran peut apparaître vide, laissant les utilisateurs novices incertains quant à l’origine du problème—qu’il s’agisse des paramètres ou d’un dysfonctionnement matériel.
Pour relever ce défi, Evident et Epistra, forts de leur expertise éprouvée dans le développement d’IA pour les sciences de la vie, ont conjointement développé un algorithme de reconnaissance d’images qui place automatiquement le microscope dans un état optimal pour la recherche d’échantillons et identifie la zone de l’échantillon. Cela simplifie et accélère considérablement un processus qui était auparavant difficile pour les débutants (Figure 4).
Figure 4. La grande difficulté de recherche d'échantillons en microscopie confocale à balayage laser peut conduire à un écran blanc (image de droite)
La figure 5 illustre le flux de travail global pour l'estimation de la position de l'échantillon.
Le système est conçu pour imiter l'approche de l'utilisateur expert : Effectuer un alignement grossier des axes Z et XY à l'aide d'un objectif à faible grossissement (4X), suivi d'ajustements fins avec un objectif à fort grossissement (10X).
Plus précisément, le système exécute successivement les quatre étapes suivantes pour déterminer automatiquement la position optimale de l'échantillon.
RECHERCHE Z (4X)
Cette étape effectue une recherche séquentielle à l'aide d'un objectif 4X afin d'identifier approximativement la position Z optimale dans la plage de recherche. Pour chaque position Z candidate, une image est capturée et l'IA évalue son score de mise au point. Sur la base de ces résultats, le système met à jour de façon autonome la prochaine position Z à explorer, en itérant jusqu'à atteindre la position avec le score de mise au point le plus élevé. La plage de recherche Z est correctement définie en fonction de la sélection de l'utilisateur dans l'assistant.
RECHERCHE XY (4X)
À partir de l'image acquise avec l'objectif 4X, la platine XY est déplacée de façon à centrer sur l'écran la région présentant la plus forte luminosité locale. Avant ce processus, le système détecte des artefacts prédéfinis (p. ex., les bords du conteneur). Si des artefacts sont détectés, une alerte s'affiche et le processus s'arrête. L'utilisateur peut alors ajuster manuellement la position XY de l'échantillon selon ses besoins.
RECHERCHE Z (10X)
Après avoir basculé sur un objectif 10X, le système effectue une recherche séquentielle afin de déterminer la position Z optimale dans la plage. La plage de recherche Z est déterminée en fonction de la position Z optimale trouvée à 4X et de la résolution Z de l'objectif 4X.
RECHERCHE XY (10X)
Sur l'image 10X, la platine XY est déplacée de manière à ce que la région présentant la luminosité locale la plus élevée soit centrée sur l'écran. Une fois ce processus terminé, le système affiche à l'utilisateur l'image actuelle du microscope, finalisant la procédure de recherche.
Figure 5. Flux de travail global pour l'estimation de la position de l'échantillon :
RECHERCHE Z (4X)
- Effectuez un balayage grossier de l'échantillon le long de l'axe Z avec l'ouverture confocale ouverte.
- Réglez l'ouverture confocale sur 1 unité Airy et ajustez la position Z pour une mise au point optimale.
RECHERCHE XY (4X)
- Détection d'anomalies par IA (si l'échantillon n'est pas détecté ou si le bord de la lamelle/du puits est détecté).
- Déplacez la platine vers un endroit plus lumineux de l'échantillon.
- Affichez l'image 4X sur la carte.
RECHERCHE Z (10X)
- Effectuez un balayage grossier de l'échantillon le long de l'axe Z avec l'ouverture confocale ouverte.
- Ajustez avec précision la position Z grâce à une ouverture confocale d'une unité Airy pour une mise au point optimale.
RECHERCHE XY (10X)
- Déplacez la platine vers un endroit plus lumineux de l'échantillon
*Recherche séquentielle : une méthode qui explore la position de l'échantillon en capturant des images de manière séquentielle sur une plage de recherche définie.
Optimisation des conditions d'imagerie
Dans la microscopie confocale à balayage laser conventionnelle, il existe un compromis inhérent entre la sensibilité du détecteur et la puissance du laser, ce qui nécessite des essais et des erreurs pour trouver les réglages optimaux. Les débutants sont souvent confrontés au dilemme suivant : augmenter la sensibilité introduit davantage de bruit, tandis qu’augmenter la puissance du laser risque d’endommager l’échantillon (Figure 6). En conséquence, la détermination des conditions d'imagerie appropriées peut être chronophage.
Evident relève ce défi grâce à sa technologie de détecteur SilVIR™ de nouvelle génération exclusive, qui élimine le besoin de régler la sensibilité du détecteur. Cela réduit le nombre de paramètres que les utilisateurs doivent configurer, ce qui simplifie l'utilisation. Par conséquent, le réglage de la puissance du laser pour obtenir le contraste approprié devient le facteur le plus critique influençant la qualité de l'image.
FLUOVIEW Smart™ logiciel détermine automatiquement la puissance laser optimale en fonction de l'analyse d'image en temps réel et des prédictions d'apprentissage automatique. Les utilisateurs peuvent facilement appliquer des paramètres adaptés à leurs besoins en sélectionnant un mode selon la priorité accordée à la minimisation des dommages à l’échantillon et à la maximisation du contraste.
PUISSANCE LASER TROP ÉLEVÉE
Une puissance laser trop élevée entraîne une phototoxicité importante.
Figure 6. Compromis entre la puissance du laser et la qualité de l'image.
PUISSANCE LASER TROP FAIBLE
Une puissance laser trop faible entraîne des images bruitées.
Le processus global est le suivant :
SÉLECTION DU MODE
L'utilisateur choisit l'un des trois modes — Doux, Équilibré ou Qualité — en fonction de la priorité entre la protection de l'échantillon et le contraste de l'image.
RÉGLAGE AUTOMATIQUE DE LA PUISSANCE DU LASER
Lorsque l'utilisateur clique sur le bouton d'exécution, le système règle automatiquement la puissance optimale du laser et termine le processus. Pendant l’exécution, les étapes suivantes se déroulent en interne:
- Quatre images sont capturées à différents niveaux de puissance laser.
- Pour chaque image, le système calcule un score d'IA comme le système calcule un score d'IA comme indicateur de qualité d’image (étapes 1 à 3 de la figure 7). Les scores de l'IA sont tracés et, sur la base du graphique et du mode sélectionné, le système estime la puissance laser optimale (étape 4 de la figure 7).
Figure 7.Concept sous-jacent à l'estimation de la puissance laser avec les étapes suivantes : 1: Prédire des images nettes et peu bruitées à partir de l’image brute à l’aide de l’IA 2. Comparer l'image prédite avec l'image brute d'origine. 3. Calculer un coefficient de corrélation (score IA) : un score élevé indique une image stable avec peu de bruit, un score faible indique une image instable avec beaucoup de bruit). 4. Estimez la puissance laser optimale selon le mode sélectionné
Remarques:Le score d'IA est similaire au rapport signal/bruit (SNR) de l'image, bien que légèrement différent. Le score augmente avec la puissance du laser, reflétant une meilleure qualité d'image grâce à la réduction du bruit. La zone de plateau de la courbe de score de l'IA indique un réglage de puissance laser approprié: dans cette plage, toute augmentation supplémentaire de la puissance du laser n'apporte que des améliorations négligeables en termes de qualité d'image, ce qui les rend inefficaces.
Conclusion
Le logiciel confocal FLUOVIEW Smart™ simplifie l'interface des microscopes à balayage laser FLUOVIEW™ FV5000 et améliore les flux de travail grâce à la technologie d'IA (Figure 8).
- Les interfaces logicielles complexes constituent un obstacle important pour les utilisateurs novices.
- La simplification est obtenue grâce à des fonctionnalités priorisées, une conception des opérations basée sur les flux de travail et une interface utilisateur graphique.
- L’IA automatise la détection des échantillons et le réglage de la puissance du laser, réduisant considérablement la complexité opérationnelle.
En combinant une interface logicielle centrée sur l'utilisateur avec des fonctionnalités d'assistance intelligente alimentées par l'IA, le logiciel FLUOVIEW Smart permet même aux débutants d'acquérir des images de haute qualité en peu de temps, améliorant considérablement la productivité et la reproductibilité dans les environnements de recherche.
Figure 8. Rationalisation de l'observation par microscopie confocale grâce à un flux de travail assisté par l'IA.
Chef de produit mondial, Systèmes d'imagerie haut de gamme, Sciences de la vie
Ryoji Kitamura a obtenu son master à l'École supérieure des sciences de l'information et de la technologie de Hokkaido University, où il s'est spécialisé dans l'imagerie in vivo par microscopie multiphotons. Il a commencé sa carrière chez Evident en tant qu’ingénieur logiciel, puis est devenu responsable produit du scanner universel d’imagerie de lames SLIDEVIEW™ VS200. Il a également été chef de produit mondial pour le système de microscope inversé IXplore™ IX85. Actuellement, il est chef de produit mondial pour la série de microscopes confocaux FLUOVIEW™, dirigeant la stratégie, la planification et le développement des produits.