emprunter la meilleure idée d’un logiciel pour construire ensemble des atlas 3D – Methods Blog
Message fourni par A. Murat Maga
Imaginez un étudiant diplômé qui vient de passer quatre-vingts heures à tracer les os individuels d’un crâne de poisson, tranche par tranche, grâce à un scanner microCT haute résolution. Le résultat est un magnifique ensemble de données 3D richement étiqueté. Et puis? Trop souvent, il atterrit sur un disque dur ou est aplati dans un modèle 3D statique que personne d’autre ne peut modifier, corriger ou exploiter. Nous avons tous vu cela se produire. Les numérisations brutes n’ont jamais été aussi faciles à partager, mais le travail lent et expert consistant à transformer un volume gris en anatomie étiquetée est exactement le point où la collaboration s’arrête.
C’est le problème du « dernier kilomètre » de la morphologie numérique, et c’est la raison pour laquelle nous avons construit MorphoDépôt.
Le goulot d’étranglement n’est pas l’analyse, c’est tout ce qui se passe après.
Au cours des deux dernières décennies, la tomodensitométrie (TDM), l’imagerie par résonance magnétique (IRM) et l’analyse des surfaces ont transformé la façon dont nous étudions la forme des organismes. Nous pouvons capturer des fossiles fragiles et des spécimens de musée rares avec des détails tridimensionnels exquis sans jamais les toucher. Des référentiels tels que MorphoSource ont fait un travail merveilleux en rendant ces analyses brutes trouvables et citables.
Mais une analyse n’est qu’un point de départ. La véritable valeur scientifique apparaît lorsqu’un expert effectue segmentation: le processus minutieux d’étiquetage de chaque structure, voxel par voxel, transformant un volume indifférencié en un atlas annoté. Ce travail est laborieux, exige des connaissances anatomiques approfondies et, surtout, a tendance à rester piégé. Les segmentations finies sont généralement déposées sous forme de « produits finis » fixes, souvent exclusifs. Les erreurs ne peuvent pas être facilement corrigées, des interprétations alternatives ne peuvent pas être proposées et discutées, et un ensemble de données ne peut pas évoluer à mesure que la terminologie ou la compréhension changent. Le cœur social de la science – examen, débat, itération – est efficacement conçu.
Cela devient encore plus difficile en classe. Permettre aux étudiants de segmenter de vrais spécimens est un moyen fantastique d’enseigner à la fois l’anatomie et les compétences techniques, mais la coordination des fichiers, des logiciels, la collaboration en temps réel et le suivi des tâches peuvent être intimidants.
Le génie logiciel a résolu ce problème il y a des années
Voici l’idée qui a tout déclenché pour nous : le monde du logiciel open source s’est trouvé confronté à un défi presque identique : comment des milliers d’étrangers peuvent-ils améliorer une chose complexe et partagée sans se marcher sur les uns les autres – et l’a en grande partie résolu avec le fourchette-et-contribuer modèle.
N’importe qui peut prendre sa propre copie indépendante d’un projet (une fourchette), travaillez dessus en toute sécurité, puis proposez leurs modifications via un demande de tirage (PR) qu’un responsable examine avant de fusionner. Chaque modification est attribuée, horodatée et expliquée. Rien n’entre dans la version officielle sans examen. Nous avons réalisé qu’un ensemble de données anatomiques segmentées n’est, structurellement, qu’un autre projet collaboratif – alors pourquoi ne pas le gérer de la même manière ?
MorphoDépôt est notre réponse. Il connecte les mécanismes collaboratifs de GitHub et le système de contrôle de version Git vers l’open source Trancheuse 3D plateforme et son TrancheuseMorph extension. Chaque spécimen devient un référentiel qui peut être divisé, segmenté, examiné et fusionné – et l’ensemble du flux de travail est piloté depuis Slicer, de sorte que les contributeurs n’ont pratiquement pas besoin de toucher à la ligne de commande.
Comment ça marche en pratique
Un propriétaire de projet, tel qu’un instructeur ou un chef de laboratoire, crée un référentiel à partir de trois éléments : un scan préparé, une table de couleurs qui mappe les termes anatomiques convenus à une ontologie standard telle que UBÉRONet les métadonnées du spécimen. Un contributeur ouvre alors un problème demandant de segmenter une structure particulière. Une fois attribué, MorphoDepot transfère discrètement le référentiel sur son propre compte, effectue la segmentation dans l’éditeur de segments de Slicer et « valide » sa progression toutes les 20 à 30 minutes – des points de sauvegarde automatiques qui deviennent également un historique complet et vérifiable du travail. Lorsqu’ils ont terminé, ils ouvrent une pull request ; le propriétaire télécharge la segmentation proposée en superposition, l’inspecte et demande des modifications ou l’approuve et la fusionne. Le résultat répond à des questions que nous ne pouvons généralement pas : OMS segmenté l’os pariétal, quandet pourquoi ont-ils tracé la limite là-bas ?
Le même flux de travail gère les tissus mous et les organismes modèles aussi bien que les os. Un projet MorphoDepot, par exemple, est un embryon moyen de 15 jours (E15). Atlas des embryons de souris construit à partir de microCT à contraste amélioré, dans lequel les contributeurs segmentent les organes internes en développement plutôt que le squelette. C’est exactement le genre de référence standardisée dont dépendent de plus en plus la recherche sur la biologie du développement et les malformations congénitales.
Pourquoi c’est important
En standardisant les outils ouverts et l’open NRRD format d’étiquette, MorphoDepot brise le verrouillage de la chaîne d’outils qui a longtemps piégé les données segmentées. Pour éducationles étudiants deviennent des créateurs de ressources scientifiques plutôt que des consommateurs passifs, et l’enseignement à distance ou hybride fonctionne véritablement : un instructeur peut examiner le travail effectué sur plusieurs fuseaux horaires. Pour rechercheun paléontologue en Allemagne et un autre au Japon peuvent co-segmenter le même holotype sans expédier un fossile fragile n’importe où. Et pour IAla communauté peut enfin co-créer les grands ensembles de données de formation, étiquetés de manière cohérente et dont les versions sont contrôlées, dont la segmentation automatisée a longtemps manqué – incarnant le ÉQUITABLE (Trouvable, Accessible, Interopérable, Réutilisable) tout au long du processus.
Et bien que nous ayons construit MorphoDepot en tant qu’extension 3D Slicer pour offrir une expérience raffinée de bout en bout, rien dans l’approche n’est lié à Slicer. Le flux de travail repose entièrement sur des standards ouverts – Git, le format NRRD, des ontologies établies – de sorte que tout autre outil, y compris basé sur le Web, peut y participer, à condition qu’il lit et écrit les mêmes formats ouverts. Le modèle est le point important ; Slicer est simplement la façon dont nous le livrons aujourd’hui.
Nous travaillons maintenant sur un modèle d’organisation GitHub avec une gouvernance basée sur l’équipe et un stockage cloud partagé pour lever la limite actuelle de taille de fichier, ainsi qu’un onglet Release pour créer des ensembles de données citables et versionnés.
Essayez-le
Le projet a maintenant une maison à morphodepot.orgqui est le meilleur endroit pour suivre les dernières nouvelles, versions et référentiels nouvellement partagés. A partir de là, MorphoDepot s’installe en un clic via le gestionnaire d’extensions 3D Slicer, et il y a un tutoriel étape par étape pour vous aider à démarrer. Si vous préférez ne rien installer, vous pouvez tout exécuter dans un navigateur via un logiciel gratuit. MorphoCloud à la demande exemple. Tables de couleurs communautaires pour divers organismes en direct ici.
Nous serions ravis que vous fassiez une anatomie, proposiez un changement et aidiez à transformer nos archives statiques en atlas vivants et organisés par la communauté. Venez nous suivre sur morphodepot.orget envisagez de participer à l’un de nos événements de formation.
Lire l’article complet ici.
A. Murat Maga (Institut de recherche sur les enfants de l’Université de Washington et de Seattle) et Steve Pieper (Isomics, Inc.) sont les premiers auteurs conjoints de l’article, avec les co-auteurs Cassandra Donatelli, Paul M. Gignac, Matthew Kolmann, Christopher Noto, Adam Summers et Natalia Taft. MorphoDepot est soutenu par la National Science Foundation des États-Unis (DBI/2301405).