Un microscope adaptatif spatio-temporel pour l'imagerie des tissus biologiques – TemporalSmartScan

Le microscope confocal à fluorescence est un outil essentiel en biologie. Il permet de générer des images volumétriques de tissus vivants à haute résolution spatiale, en balayant le volume point par point avec un faisceau laser. Cependant, cette technique est lente et la dose de lumière impliquée est nocive pour les cellules imagées.
Dans de nombreuses situations, en particulier dans le cas des embryons et des tissus en développement, les cellules sont organisées en feuillets cellulaire courbes (les épithélia). Traditionnellement, de tels objets sont imagés en balayant l'ensemble du volume plan par plan, ce qui est très inefficace en termes de budget de photons.
Dans le projet TemporalSmartScan, nous développons un microscope confocal dont la stratégie d’acquisition est pilotée par des algorithmes de traitement temps-réel des données, afin remonter à l’information recherchée pour l’objet d’intérêt (position, forme, mouvement, distribution d'intensité) avec le minimum de lumière envoyée sur l’échantillon – et donc une vitesse d’acquisition accrue. Afin d’adapter les algorithmes et l'instrumentation aux exigences de l'imagerie ‘live’ de processus dynamiques, nous prenons en compte l’évolution spatio-temporelle de l’objet d’intérêt, permettant d’estimer au fur et à mesure les caractéristiques de l’objet et de prédire leurs évolutions. Nous contrôlons ainsi algorithmiquement non seulement où effectuer des acquisitions pour améliorer la précision d’estimation de ces caractéristiques, mais également quand.
Enfin, nous démontrons les avantages de notre approche sur l'imagerie des processus vivants dans les tissus de la drosophile, en comparant ces scans adaptatifs avec un balayage systématique du volume. Nous nous attendons à ce que ces scans adaptatifs soient beaucoup moins néfastes pour les processus vivants étudiés en raison de la réduction de plus d'un ordre de grandeur de la dose de lumière.
Le projet TemporalSmartScan combine des expertises très complémentaires en développement d'instrumentation optique, traitement statistique des données, biologie du développement et biomécanique. Cette combinaison est essentielle pour la co-conception d'un microscope capable de traiter en temps réel des acquisitions non supervisées et pilotées vers une imagerie efficace ainsi que pour la démonstration sur des questions biologiques actuelles.