Tau Protein Discrete Aggregates in Alzheimer's Disease: Neuritic Plaques and Tangles Detection and Segmentation using Computational Histopathology - Inria - Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique Access content directly
Conference Papers Year : 2022

Tau Protein Discrete Aggregates in Alzheimer's Disease: Neuritic Plaques and Tangles Detection and Segmentation using Computational Histopathology

Agrégats discrets de protéine Tau dans la maladie d'Alzheimer : détection et segmentation des plaques neuritiques et des enchevêtrements neurofibrillaires à l'aide de l'histopathologie computationnelle

Abstract

Tau proteins in the gray matter are widely known to be a part of Alzheimer’s disease symptoms. They can aggregate in three different structures within the brain: neurites, tangles, and neuritic plaques. The morphology and the spatial disposition of these three aggregates are hypothesised to be correlated to the advancement of the disease. In order to establish a behavioural disease model related to the Tau proteins aggregates, it is necessary to develop algorithms to detect and segment them automatically. We present a 5-folded pipeline aiming to perform with clinically operational results. This pipeline is composed of a non-linear colour normalisation, a CNN-based image classifier, an Unet-based image segmentation stage, and a morphological analysis of the segmented objects. The tangle detection and segmentation algorithms improve state-of-the-art performances (75.8% and 91.1% F1- score, respectively), and create a reference for neuritic plaques detection and segmentation (81.3% and 78.2% F1-score, respectively). These results constitute an initial baseline in an area where no prior results exist, as far as we know. The pipeline is complete and based on a promising state-of-the-art architecture. Therefore, we consider this study a handy baseline of an impactful extension to support new advances in Alzheimer’s disease. Moreover, building a fully operational pipeline will be crucial to create a 3D histology map for a deeper understanding of clinico-pathological associations in Alzheimer’s disease and the histology-based evidence of disease stratification among different sub-types.
Les protéines Tau présentes dans la matière grise sont largement connues pour faire partie des symptômes de la maladie d'Alzheimer. Elles peuvent s'agréger en trois structures différentes dans le cerveau : les neurites, les enchevêtrements et les plaques neuritiques. On suppose que la morphologie et la disposition spatiale de ces trois agrégats sont corrélées à l'évolution de la maladie. Afin d'établir un modèle de maladie comportementale lié aux agrégats de protéines Tau, il est nécessaire de développer des algorithmes pour les détecter et les segmenter automatiquement. Nous présentons un pipeline à 5 volets visant à obtenir des résultats cliniquement opérationnels. Ce pipeline est composé d'une normalisation non linéaire des couleurs, d'un classificateur d'image basé sur CNN, d'une étape de segmentation d'image basée sur Unet et d'une analyse morphologique des objets segmentés. Les algorithmes de détection et de segmentation des enchevêtrements améliorent les performances de l'état de l'art (respectivement 75,8% et 91,1% de score F1), et créent une référence pour la détection et la segmentation des plaques névritiques (respectivement 81,3% et 78,2% de score F1). Ces résultats constituent une première référence dans un domaine où aucun résultat antérieur n'existe, à notre connaissance. Le pipeline est complet et basé sur une architecture prometteuse de l'état de l'art. Par conséquent, nous considérons cette étude comme une base de référence pratique d'une extension importante pour soutenir les nouvelles avancées dans la maladie d'Alzheimer. En outre, la construction d'un pipeline pleinement opérationnel sera cruciale pour créer une carte histologique 3D permettant de mieux comprendre les associations clinico-pathologiques dans la maladie d'Alzheimer et les preuves histologiques de la stratification de la maladie entre différents sous-types.
Fichier principal
Vignette du fichier
manouskova2022spie_mi.pdf (5.36 Mo) Télécharger le fichier
Origin Files produced by the author(s)

Dates and versions

hal-03522378 , version 1 (12-01-2022)
hal-03522378 , version 2 (31-01-2022)

Identifiers

  • HAL Id : hal-03522378 , version 2

Cite

Kristyna Maňoušková, Valentin Abadie, Mehdi Ounissi, Gabriel Jimenez, Lev Stimmer, et al.. Tau Protein Discrete Aggregates in Alzheimer's Disease: Neuritic Plaques and Tangles Detection and Segmentation using Computational Histopathology. SPIE Medical Imaging 2022, Feb 2022, San Diego, United States. ⟨hal-03522378v2⟩
184 View
92 Download

Share

Gmail Mastodon Facebook X LinkedIn More