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Une approche de l'analyse d'images en biologie moléculaire
sont dksormais refroidies, les r&solutions de tow types de scanner sent am&orCes. I1 est, en effet, illusoire de penser qu’un logiciel, aussi bon soit-il, permettra de corriger compkement les dkfauts de capture des images. Un logiciel ne traite que I’information qu’il re$oit, il calcule, transforme et prksente des donnkes mais n’en cr.&e pas ! Interface entre l’utilisateur et son instrument, un logiciel de traitement d’images doit Gtre complet, convivial et facile d’utilisation mais ne peut en aucun cas masquer les dCfi-
ciences d’un systkme d’acquisition. Ceux-ci sont, en effet, la cl6 de vofite de I’analyse d’images.
(1) N Marl eta/(1986)
Proc Xlth
Int Cong on Electron
Microscopy,
pp 29-32. (2) Ce qul correspond
A une fourchette
de 1 a 100 000 electrons
par
pixel. (3) V Tarazona Le Technoscope
(1994)
In Images des systemes
68, B!ofutur
A la carte, Biofutur
136,
136.
Une approche de l’analyse d’images en biologie mokcwlaire * Microvision Instruments, Le Magellan, 7, rue Montespan, QlOOOhy.
‘ClectrophorPse est une technique qui trouve de nombreuses applications tant dans le domaine de la biochimie que de la biologie mokulaire. Or, ces deux ktapes cruciales que sont l’observation et l’analyse de gels d’6lectrophorPse connaissent de nos jours une profonde kvolution. 11est dksormais possible de remplacer les Cquipements photographiques traditionnels, dont l’unique intCrCt etait de fixer rapidement sur papier une information obtenue sur un support iphkmkre (par exemple un gel color6 au bromure d’tthidium), par un systkne de reprographie et d’analyse vidtonumkrique d’un cofit raisonnable. Les performances des micro-ordinateurs et des logiciels leur &ant d&d&, leur apport g la rksolution des problkmes pratiques et la baisse des prix du matkiel d’analyse d’images ont contribuk i l’adoption de ces kquipements dans de nombreux laboratoires.
I--
Les supports mis en ceuvre dans le cadre de certains protocoles nkessitent une observation rapide sous des conditions d’kclairage particulkes (table d’ultraviolets). L’utilisation d’une cam&a apporte un confort
MICROVISION
Construisez syst6me
votre
At-chimed
de vision
de facon modulaire avec Photomat pour l’acquisition Archimed
DensyLab
et I’archivage,
pour la gestion de la
base de don&es
images
non nkgligeable puisque I’opirateur place son gel sur la table lumineuse et observe, en temps reel, l’image de son gel sur l’kran du moniteur de l’ordinateur. I1 est nkessaire que la camera soit CquipCe d’une fonction d’intkgration (d’accumulation d’images) qui, d’un principe de fonctionnement similaire au temps d’exposition d’un appareil photo, permettra de rPvCler les bandes de faible intensitk. Cette fonction d’intkgration doit Ctre pilotable par le logiciel. La camka est fixie sur un bane de reproduction de photographie au-dessus de la table lumineuse g une hauteur qui peut kre ajustke en fonction de la taille du gel. Ii ce sujet, les avis sont t&s partag& sur l’utilisation d’un objectif i focale fixe ou d’un zoom. Uobjectif i focale fixe est Cquipk d’une seule lentille et se caracdrise par une meilleure sensibilid pour les bandes faiblement r6v6lies. En revanche, sa mise en ceuvre requiert l’ajustement de la hauteur de la camera h chaque fois que l’on change la taille du gel. Cette mkthode permet d’enregistrer diffkents ktalonnages ce qui est impossible avec un zoom qui est continfiment variable. Ce dernier type d’objectif prksente, toutefois, l’avantage de rtduire l’encombrement du sysdme en hauteur, ce qui permet de loger facilement l’ensemble des ces composantes dans une enceinte exempte de lumike.
et
pour la quantification
MIC PROVISION INSTRUMENTS Le Magellan
- 7, rue Montespan.
Tel : (33) CO)169 47 60 24Fax : (33) (0)l 69 47 60 70
des gels. 8 LETECHNOSCOPE
DEBlOFUTUR169
l
Julllet-aoiit
1997
F-91000 EVRY - FRANCE
L’image est numCri&e au moyen de la carte d’acquisition Cquipant l’ordinateur. Une fois cette opCration rCalisCe, la reprographie de I’image peut &re assurCe par deux types d’appareils : une imprimante numtrique supportant les frCquences des ordinateurs, ou une imprimante laser, attractive par son prix tr&s abordable. Les temps d’impression oscillent entre 5 secondes et 1 minute. L’Cconomie des consommables est substantielle. En effet, les impressions laser et numirique ont des co&s de revient respectifs de 20 et 80 centimes la photo alors que le prix du cliche sur papier argentique se situe aux environs d’une dizaine de francs. En g&&al, la fonction d’analyse est nettement moins utilisPe que la fonction d’archivage et de reprographie. Les fournisseurs prCsentent des fonctions t&s simples pour acquirir l’image, l’amiliorer, la sauvegarder dans diffkrents formats (Tiff, BMP, Jpeg) et I’imprimer. Uinterface des logiciels (voiv figure) est le plus souvent conCue de facon i maximaliser la surface visible de l’image sur 1’Ccran du moniteur. Selon les formules, des modules intigris ou des programmes ComplPmentaires permettent la quantification des bandes. Ces programmes peuvent p&enter des interfaces utilisateurs plus ou moins conviviales et leurs fonctions permettent de mesurer des dt!placemerits relatifs de bandes, des poids molPculaires ou des densit& intCgrCes (surface relative sous le pit du profil de la bande analyske). I1 est souvent plus
Gel
colon2
au
BET, application
DensyLabTM.
agreable d’utlhser un logiciel tr?s manuel avec une ergonomie astucieuse et &dike, que de corriger manuellement une analyse dite ccautomatique ~j qui serait din&e du jugement de I’ceil humain. Dans tous les cas, ces programmes doivent offrir des corrections de fond, des outils de correction des variations de migrations, des fonctions d’ktalonnape et de dPfinition des marqueurs avec une interface simple g memoriser car on ne quantifie pas tous les jours...
L’analyse d’images au service de la taxonomie epuis dija plusieurs dizaines d’annCes, l’analyse d’images constitue, en complkment de la microscopie, un outil essentiel pour les Ctudes microbiologiques g carac&re fondamental (taxonomie) ou appliquC (hygikne alimentaire, suivi de fermentation). L’ttude morphologique des cellules et de leurs agrCgats (par exemple les biofilms), le comptage de colonies peuvent ctre rPalis& sur des syst?mes relativement simples. Un de ces systkmes est actuellement utilist, dans le cadre d’Ctudes de carac&isation des cyanobactCries (voir en&r& au sein de I’UnitC de physiologie microbienne (CNRS URA 1129) de biochimie et gPn&ique mol&ulaire de 1’Institut Pasteur. Les travaux rCalisPs s’inscrivent dans le programme d’Ctude europten BASIC (Biodiversity Applied and Systematic lnvestigation of Cyanobacteria) mis en place en septembre 1996. L’analyse d’images y joue un r6le important. En effet, I’Ctude morphologique de ce groupe bactCrien regroupant des cellules de formes t&s varikes (cellule isolCe, forme filamenteuse pluricellulaire) est un 61Cment fondamental pour la taxonomie. Les bactCries CtudiCes appartiennent i une collection de 642 souches en culture pure, la Pasteur Culture Collection of Axenic Cyanobacterial Strains ou PCC.
Le laboratoire dispose d’un poste d’analyse constitue! d’un microscope optique Zeiss &quip6 d’une cam&a tri-CCD couleur, couplPe i un analyseur d’images dont le logiciel Kontron (Kontron Elektronik GMBH) peut Ctre configurC par l’utilisateur en fonction de ses besoins. Pour les Ctudes de routine, le choix s’est port& sur une cam&a directement connectCe h un moniteur vidCo, indipendante du systt-me informatique. Le temps de pause est g&C automatiquement par la cam&a en fonction des conditions de 1uminositC propres aux diffkrents pro&d& de microscopie optique : fond clair, fond noir, contraste de phase et fluorescence. Les images sont numCrisCes sur PC (r&solution 768 x 576 points) en vraie couleur, rouge, vert, bleu, par une carte fonctionnant i la frCquence vidCo, c’est-&dire i hauteur de 25 images par seconde, ce qui permet leur visualisation en temps rCe1 sur P&ran du moniteur. Les images num&isees sont destinPes h l’archivage ou g l’analyse morphomttrique. L’analyse morphomitrique se dCcompose en plusieurs &apes : la segmentation de l’image, l’ttalonnage gtomCtrique, qui permet de calibrer I’image en fonction de l’objectif du microscope, et l’ttalonnage densimetrique (pour LE TECHNOSCOPE DE BIOFLJTUR 169
l
Groupe
Pro
Image, nue du
10, ave-
l
BP 537, Apis
Qukbec, bit
technolo-
gy, F4 91946 Les
Ulis
Juillet-aoOt1997
9
cedex.
ciences d’un systkme d’acquisition. Ceux-ci sont, en effet, la cl6 de vofite de I’analyse d’images.
(1) N Marl eta/(1986)
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pp 29-32. (2) Ce qul correspond
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par
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(1994)
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68, B!ofutur
A la carte, Biofutur
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136.
Une approche de l’analyse d’images en biologie mokcwlaire * Microvision Instruments, Le Magellan, 7, rue Montespan, QlOOOhy.
‘ClectrophorPse est une technique qui trouve de nombreuses applications tant dans le domaine de la biochimie que de la biologie mokulaire. Or, ces deux ktapes cruciales que sont l’observation et l’analyse de gels d’6lectrophorPse connaissent de nos jours une profonde kvolution. 11est dksormais possible de remplacer les Cquipements photographiques traditionnels, dont l’unique intCrCt etait de fixer rapidement sur papier une information obtenue sur un support iphkmkre (par exemple un gel color6 au bromure d’tthidium), par un systkne de reprographie et d’analyse vidtonumkrique d’un cofit raisonnable. Les performances des micro-ordinateurs et des logiciels leur &ant d&d&, leur apport g la rksolution des problkmes pratiques et la baisse des prix du matkiel d’analyse d’images ont contribuk i l’adoption de ces kquipements dans de nombreux laboratoires.
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Les supports mis en ceuvre dans le cadre de certains protocoles nkessitent une observation rapide sous des conditions d’kclairage particulkes (table d’ultraviolets). L’utilisation d’une cam&a apporte un confort
MICROVISION
Construisez syst6me
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At-chimed
de vision
de facon modulaire avec Photomat pour l’acquisition Archimed
DensyLab
et I’archivage,
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images
non nkgligeable puisque I’opirateur place son gel sur la table lumineuse et observe, en temps reel, l’image de son gel sur l’kran du moniteur de l’ordinateur. I1 est nkessaire que la camera soit CquipCe d’une fonction d’intkgration (d’accumulation d’images) qui, d’un principe de fonctionnement similaire au temps d’exposition d’un appareil photo, permettra de rPvCler les bandes de faible intensitk. Cette fonction d’intkgration doit Ctre pilotable par le logiciel. La camka est fixie sur un bane de reproduction de photographie au-dessus de la table lumineuse g une hauteur qui peut kre ajustke en fonction de la taille du gel. Ii ce sujet, les avis sont t&s partag& sur l’utilisation d’un objectif i focale fixe ou d’un zoom. Uobjectif i focale fixe est Cquipk d’une seule lentille et se caracdrise par une meilleure sensibilid pour les bandes faiblement r6v6lies. En revanche, sa mise en ceuvre requiert l’ajustement de la hauteur de la camera h chaque fois que l’on change la taille du gel. Cette mkthode permet d’enregistrer diffkents ktalonnages ce qui est impossible avec un zoom qui est continfiment variable. Ce dernier type d’objectif prksente, toutefois, l’avantage de rtduire l’encombrement du sysdme en hauteur, ce qui permet de loger facilement l’ensemble des ces composantes dans une enceinte exempte de lumike.
et
pour la quantification
MIC PROVISION INSTRUMENTS Le Magellan
- 7, rue Montespan.
Tel : (33) CO)169 47 60 24Fax : (33) (0)l 69 47 60 70
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DEBlOFUTUR169
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1997
F-91000 EVRY - FRANCE
L’image est numCri&e au moyen de la carte d’acquisition Cquipant l’ordinateur. Une fois cette opCration rCalisCe, la reprographie de I’image peut &re assurCe par deux types d’appareils : une imprimante numtrique supportant les frCquences des ordinateurs, ou une imprimante laser, attractive par son prix tr&s abordable. Les temps d’impression oscillent entre 5 secondes et 1 minute. L’Cconomie des consommables est substantielle. En effet, les impressions laser et numirique ont des co&s de revient respectifs de 20 et 80 centimes la photo alors que le prix du cliche sur papier argentique se situe aux environs d’une dizaine de francs. En g&&al, la fonction d’analyse est nettement moins utilisPe que la fonction d’archivage et de reprographie. Les fournisseurs prCsentent des fonctions t&s simples pour acquirir l’image, l’amiliorer, la sauvegarder dans diffkrents formats (Tiff, BMP, Jpeg) et I’imprimer. Uinterface des logiciels (voiv figure) est le plus souvent conCue de facon i maximaliser la surface visible de l’image sur 1’Ccran du moniteur. Selon les formules, des modules intigris ou des programmes ComplPmentaires permettent la quantification des bandes. Ces programmes peuvent p&enter des interfaces utilisateurs plus ou moins conviviales et leurs fonctions permettent de mesurer des dt!placemerits relatifs de bandes, des poids molPculaires ou des densit& intCgrCes (surface relative sous le pit du profil de la bande analyske). I1 est souvent plus
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DensyLabTM.
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L’analyse d’images au service de la taxonomie epuis dija plusieurs dizaines d’annCes, l’analyse d’images constitue, en complkment de la microscopie, un outil essentiel pour les Ctudes microbiologiques g carac&re fondamental (taxonomie) ou appliquC (hygikne alimentaire, suivi de fermentation). L’ttude morphologique des cellules et de leurs agrCgats (par exemple les biofilms), le comptage de colonies peuvent ctre rPalis& sur des syst?mes relativement simples. Un de ces systkmes est actuellement utilist, dans le cadre d’Ctudes de carac&isation des cyanobactCries (voir en&r& au sein de I’UnitC de physiologie microbienne (CNRS URA 1129) de biochimie et gPn&ique mol&ulaire de 1’Institut Pasteur. Les travaux rCalisPs s’inscrivent dans le programme d’Ctude europten BASIC (Biodiversity Applied and Systematic lnvestigation of Cyanobacteria) mis en place en septembre 1996. L’analyse d’images y joue un r6le important. En effet, I’Ctude morphologique de ce groupe bactCrien regroupant des cellules de formes t&s varikes (cellule isolCe, forme filamenteuse pluricellulaire) est un 61Cment fondamental pour la taxonomie. Les bactCries CtudiCes appartiennent i une collection de 642 souches en culture pure, la Pasteur Culture Collection of Axenic Cyanobacterial Strains ou PCC.
Le laboratoire dispose d’un poste d’analyse constitue! d’un microscope optique Zeiss &quip6 d’une cam&a tri-CCD couleur, couplPe i un analyseur d’images dont le logiciel Kontron (Kontron Elektronik GMBH) peut Ctre configurC par l’utilisateur en fonction de ses besoins. Pour les Ctudes de routine, le choix s’est port& sur une cam&a directement connectCe h un moniteur vidCo, indipendante du systt-me informatique. Le temps de pause est g&C automatiquement par la cam&a en fonction des conditions de 1uminositC propres aux diffkrents pro&d& de microscopie optique : fond clair, fond noir, contraste de phase et fluorescence. Les images sont numCrisCes sur PC (r&solution 768 x 576 points) en vraie couleur, rouge, vert, bleu, par une carte fonctionnant i la frCquence vidCo, c’est-&dire i hauteur de 25 images par seconde, ce qui permet leur visualisation en temps rCe1 sur P&ran du moniteur. Les images num&isees sont destinPes h l’archivage ou g l’analyse morphomttrique. L’analyse morphomitrique se dCcompose en plusieurs &apes : la segmentation de l’image, l’ttalonnage gtomCtrique, qui permet de calibrer I’image en fonction de l’objectif du microscope, et l’ttalonnage densimetrique (pour LE TECHNOSCOPE DE BIOFLJTUR 169
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