Contribution à l'amélioration des outils de restauration d'images et de caractérisation de l'instrument en microscopie 3D par Fluorescence

Contribution to improvement of image restoration and instrument characterisation in 3D fluorescence microscopy

• Auteur / Autrice : Arnaud De Meyer
• Direction : Alain Dieterlen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie de fluorescence

Résumé

Les travaux présentés dans ce manuscrit visent à améliorer la précision, la justesse et la reproductibilité des mesures et analyses quantitatives en microscopie par fluorescence. Au cours de l’acquisition des données, le photoblanchiment induit une perte de la capacité du colorant à émettre de la lumière. L’influence de ce phénomène sur l’image est dramatique et dégrade fortement la précision des analyses. Dans ce manuscrit, différentes approches de compensation présentes dans la littérature sont comparées et leurs performances sont évaluées en fonctions des conditions expérimentales. Une deuxième partie vise à stabiliser le processus de déconvolution en filtrant la réponse impulsionnelle optique (RIO) du système. Pour supprimer le bruit de mesure, ce traitement utilise un descripteur morphologique : les moments de Zernike. Cette étape améliore la reproductibilité et la précision des données restaurées. Une troisième partie des travaux présentés traite de la comparaison de différents instruments ou analyses. La complexité des microscopes modernes rend ce point délicat. Pour quantifier les différences entre deux jeux de données, il est nécessaire de les normaliser par rapport à l’instrument utilisé pour l’acquisition. Au cours de cette thèse, nous avons développé une lame étalon pour la microscopie. Celle-ci permet d’extraire certaines caractéristiques de l’instrument à partir d’une analyse de sa RIO, en utilisant les moments géométriques. Cette calibration permet de comparer différents microscopes et de certifier du bon fonctionnement de l’instrument. L’ensemble de ces travaux contribuent à assurer la validité d’analyses quantitatives en microscopie par fluorescence.

Results presented in this document aim to improve precision, accuracy and reproducibility of measurements and quantitative analyses in fluorescence microscopy. During data acquisition, the photobleaching induces a loss in the ability of the dye to emit light. The influence of this phenomenon on the image is crucial and highly decreases analyses precision. In this document, different approaches for compensation proposed in literature are compared and their efficiency is evaluated according to experimental conditions. A second part aims to stabilise déconvolution process by filtering system’s point spead function (PSF). To suppress noise this treatment uses a shape descriptor tool: Zernike moments. This step improves reproducibility and precision of restored data. A third part of presented works is related to comparison of instruments and analyses. The important complexity of modern microscopes makes this point difficult. In order to quantify differences between different stacks of data, it is necessary to normalise them according to the instrument used for the acquisition. During this thesis, we developed a standard sample for microscopy. It allows identification of instrument characteristics based on the analysis of its PSF, using geometrics moments. This calibration allows comparing different microscopes and certifying instrument proper functioning. All these works contribute to assess the validity of quantitative analyses in fluorescence microscopy.