Brevet FR2555754A1 — publié le 19850531

Procédé et dispositif d'analyse automatique d'échantillons biologiques L'invention concerne l'analyse automatique d'échan- tillons biologiques. Elle s'applique en particulier aux échantil- lons des laboratoires d'hémo-biologie, ou de biologie animale ou végétale, en vue de l'identification et du comptage des constituants cellulaires du sang, par exemple, des microbes ou des parasites, et de façon générale des micro-organismes tels que ceux du plancton par exemple. Pour prendre le cas du sang humain, il est usuel avant d'analyser un échantillon, de lui faire subir des traite- ments mécaniques tels que séparation, dilution ou traitement aux ultrasons par exemple, et/ou des traitements chimiques, tels que fixation ou coloration par exemple. Après ces traitements, un opérateur, au moyen d'un microscope, procède à l'analyse de l'échantillon et au comptage des cellules recherchées. Cette analyse conduit généralement, dans la différenciation des cellu- les telles que les globules blancs par exemple, à un taux d'er- reur compris entre 20 et 30%. Un but de la présente invention est de fournir un dispositif d'analyse automatique d'échantillons biologiques avec un taux d'erreur très faible et inférieur à 5% par exem- ple. Un autre but de la présente invention est de procu- rer un dispositif d'analyse automatique d'échantillons biolo- giques à cadence de fonctionnement élevée. L'invention a pour objet un procédé d'analyse auto- matique d'échantillons biologiques pour l'identification et le comptage d'objets, caractérisé en ce qu'il comporte une premie- re phase de traitement mécanique et chimique des objets; une deuxième phase d'acquisition par microscope et camera video, de l'image brute des objets traités; une troisième phase de symbolisation des objets pour en donner une image traitée; et une quatrième phase de formalisation des objets. Selon l'invention, la troisième phase du procédé comprend les étapes suivantes: - un filtrage en dimensions, - une érosion par tri visuel pour éliminer les 2 2555754 impuretés, - une dilatation ou grossissement des objets, - un contour par points correspondant à des inter- valles angulaires réguliers, - une polygonalisation avec pour sommets les points dudit contour, - une convolution, non linéaire, pour exagérer les écarts de forme de l'objet examiné, - une binarisation ou numérisation des coordonnées des sommets du contour de l'image résultant de la convolution, - une squelettisation ou recalage de la suite bi- naire des coordonnées sur le module le plus grand pris comme référence pour toutes les images. L'invention a également pour objet un dispositif d'analyse automatique d'échantillons biologiques caractérisé en ce qu'il comporte, sous le contrôle d'un micro-ordinateur, une chaine de traitement mécanique et chimique des objets, une chaîne d'acquisition de l'image des objets par microscope et camera video, une chaîne de symbolisation des objets par trai- tement de leur image brute pour en donner une image traitée et une chaîne de formalisation des objets. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le dispositif comporte un écran de visualisation de l'image brute des objets, et un écran de vi- sualisation de l'image traitée, - la chaîne de formalisation des objets comprend une unité d'extraction de paramètres formels, une unité de comptage, et une unité d'identifi-. cation par comparaison avec une banque de réfé- rence, - le dispositif comporte en outre une unité d'ex- pression des résultats d'analyse. D'autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description qui suit faite avec référence au dessin anne- xé sur lequel on peut voir: Figure 1 - un schéma organique des différentes étapes du procédé d'analyse automatique selon l'invention; Figure 2 - une représentation schématique des différents composants du dispositif d'analyse automatique selon l'invention. En appelant "objets" les cellules ou les micro-or- ganismes que l'on cherche à identifier, le procédé d'analyse selon l'invention comporte essentiellement quatre phases: le traitement des objets, l'acquisition d'une image brute des objets traités, la symbolisation des objets par traitement de l'image brute afin d'obtenir une image symbolique des objets, et la formalisation des objets. Sur le schéma de la figure 1, on peut suivre le processus de traitement, du haut vers le bas. La constitution d'un échantillon d'objets bruts intervient en 1, puis son conditionnement en 2. La première phase du procédé, le traitement des objets (16) comprend les traitements mécaniques 3 et les traitements chimiques 4. Parmi les traitements mécaniques utilisés on peut citer la sé- paration, l'action des ultra-sons, ou la dilution par exemple, ainsi que la dissociation de cellules, l'homogénéisation du milieu pour éviter les agrégats, le bullage ou le brassage. Comme traitements chimiques, on peut utiliser la fixation, ou de préférence la coloration, liée aux objets eux-mêmes, à leur nature, ou aux observations souhaitées (membranes ou noyaux par exemple). En 5 intervient un nouveau conditionne- ment de l'échantillon, en éprouvette, en tube, ou autre, pour faciliter la phase ultérieure du procédé. La deuxième phase du procédé, l'acquisition de l'image brute des objets traités (17) consiste en l'acquisition de l'image des objets grâce à un microscope 6 et à une caméra video 7, qui permet d'obtenir une image sur un écran de télévision. Pour le micros- cope, il faut faire apparaître les structures discriminantes, le mieux possible, et prévoir un grossissement optimal tenant compte de la réduction d'information due à la résolution ima- ge, et du nombre d'images à traiter pour avoir un échantillon représentatif du milieu initial. Il faut régler l'éclairement par son angle d'incidence et son intensité, les filtres et le grossissement. Pour la camera video 7, il faut régler les niveaux de gris, la lumière, le contraste et le seuillage. Cette camera fournit une image brute 8 qui va être traitée dans la troisième phase du procédé: la symbolisation des ob- jets (18), dont le but est d'obtenir une image traitée ou symboliques, à partir de-l'image brute. Au cours de cette troisième phase du procédé, on procède à un traitement de l'image 9 comprenant un certain nombre d'opérations et notam- ment: a/ un filtrage: c'est une pré-sélection des formes par définition de dimensions minimales et maximales des objets recensés. Ainsi, lorsqu'on recherche certains globules blancs du sang comme les monocytes, la définition des dimensions mi- nimales permet d' éliminer tous les globules rouges, et la défi- nition des dimensions maximales permet d' éliminer les globu- les polynucléaires par exemple; b/ une érosion: c'est un tri visuel pour éliminer les impuretés et les artefacts, ou éléments étrangers au milieu dans lequel ils se trouvent; c/ une dilatation ou grossissement des objets pré-sélectionnés; d/ un contour point par point: en partant du centre de l'image de l'objet sur l'écran, il s'agit de relever en coordonnées polaires, et pour des intervalles angulaires de 10 à 15 environ, les coordonnées des points du contour de l'image brute, c'est-à- dire de réécrire par points le contour de l'image brute sur un écran video; e/ une polygonalisation: ou inscription de l'ima- ge dans une figure géométrique ayant pour sommets les points du contour; f/ une convolution: c'est une transformation non linéaire, en coordonnées polaires, qui a pour objet d'a- grandir l'image en éxagérant les écarts de forme. Par exemple, le plus grand module de l'image est multiplié par 2,5 et le plus petit par 1, 5 seulement pour accentuer l'écart de forme; g/ une binarisation: c'est la traduction en lan- gage binaire du signal video correspondant par exemple aux coordonnées des sommets du contour de l'image résultant de la convolution h/ une squelettisation: il s'agit de définir une image traitée, ne ressemblant pas forcément à l'image brute sur le plan visuel, mais commune à tous les éléments d'une même famille, par exemple en se recalant sur le module le plus grand comme axe de référence. A cet effet, on procède à une analyse harmonique des formes sur la suite binaire du signal video. La troisième phase du procédé selon l'invention aboutit à une image traitée, dont l'axe de référence a tou- jours la même orientation, pour tous les objets de la zone ob- servée dont les dimensions sont comprises entre les valeurs minimales et maximales définies par le filtrage. La dernière phase du procédeé, ou formalisation des objets (19) se déroule en trois étapes distinctes: tout d'a- bord une étape d'extraction des paramètres de forme (11) qui permettent la symbolisation de l'objet; ensuite une étape de comptage (12); enfin une étape d'identification (13) par rap- port à une banque de référence (14)3 en admettant une certaine variabilité à l'intérieur d'une classe de paramètres. La ban- que de référence peut comporter des références d'identifica- tion relatives aux contours, aux noyaux de cellules par exemple, ou à des points intérieurs particuliers. Selon l'invention, les quatre phases du procédé se déroulent sous le contrôle d'un micro-ordinateur 20 qui joue le rôle de noyau superviseur, organisateur, temporisateur in- teractif. Il peut d'ailleurs recevoir des informations ou des instructions de l'observateur utilisateur qui peut intervenir sur le déroulement du processus à plusieurs stades et notam- ment pour le réglage du grossissement du microscope 6, pour l'appréciation de l'image brute 8 et de l'image traitée 10, et pour le choix du mode de sortie des résultats. En effet, l'expression des résultats (15) phase ultime du processus, se fait au choix sur l'écran video, sur support magnétique, ou sur papier et dans certains cas non identifiables par le dis- positif d'analyse automatique selon l'invention, l'observa- teur peut valider un objet ou le rejeter. Sur le schéma de la figure 2, on peut voir que le dispositif d'analyse automatique comprend une chaîne 16 de traitement des objets, une chaîne 17 d'acquisition de l'image, une chaîne 18 de symbolisation des objets, et une chaîne 19 de formalisation des objets. Cette chaîne de formalisation comprend une unité 11 d'extraction de paramètres de forme, une unité 12 de comptage, une unité 13 d'identification par comparaison avec une banque 14 de référence. L'image brute est visualisée en 8 et l'image traitée en 10. Une unité 15 d'ex- pression des résultats permet de fournir ces résultats sur écran video, support magnétique ou papier. On peut remarquer sur les schémas des figures 1 et 2, que l'observateur utilisateur 21 a un rôle effectif à jouer pour le réglage du microscope 6. Par ailleurs, il obser- ve les images brute 8 et traitée 10 pour déterminer, en cas d'incapacité du dispositif, si l'objet examiné entre dans la classe des objets recherchés ou non. Avec le procédé selon l'invention, le taux d'erreur d'identification d'objets tombe en dessous de 5% et se situe même, pour le sang par exemple, à 3% environ. L'invention s'applique particulièrement au traite- ment d'échantillons biologiques, à l'identification et au comptage de micro-organismes, de parasites ou de microbes, à l'analyse du plancton, et plus généralement à toute analyse basée sur la reconnaissance harmonique des formes. 2555?54 REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1. - Procédé d'analyse automatique d'échantillons biologiques pour l'identification et le comptage d'objets, caractérisé en ce qu'il comporte une première phase de traite- ment mécanique et chimique des objets; une deuxième phase d'acquisition par microscope et camera video, de l'image brute des objets traités; une troisième phase de symbolisation des objets pour en donner une image traitée; et une quatrième pha- se de formalisation des objets. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite troisième phase comprend les étapes suivantes: - un filtrage en dimensions; - une érosion par tri visuel pour éliminer les impuretés, une dilatation ou grossissement des objets, - un contour par points correspondant à des inter- valles angulaires réguliers, -une polygonalisation avec pour sommets les points dudit contour, - une convolution, non linéaire, pour éxagérer les écarts de forme de l'objet examiné, - une binarisation ou numérisation des coordonnées des sommets du contour de l'image résultant de la convolution, - une squelettisation, ou recalage de la suite binaire des coordonnées sur le module le plus grand pris comme référence pour toutes les images. 3. - Dispositif d'analyse automatique d'échantil- lons biologiques, caractérisé en ce qu'il comporte, sous le contrôle d'un micro-ordinateur (20), une chaîne (16) de trai- tement mécanique et chimique des objets, une chaîne d'acquisi- tion (17)- de l'image des objets par microscope (6) et camera video (7), une chaine de symbolisation (18) des objets par traitement de leur image brute (8) pour en donner une image traitée (10), et une chaîne de formalisation (19) des objets. 4. - Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'il comporte un écran (8) de visualisation de l'i- mage brute des objets, et un écran (10) de visualisation de l'image traitée. 5. - Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la chaîne de formalisation (19) des objets comprend une unité d'extraction de paramètres formels, une unité de comptage (12) et une unité d'identification (13) par comparaison avec une banque de référence (14). 6. - Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre une unité (15) d'expression des résultats d'analyse.