|
|
Matematické metody pro zpracování obrazu v biologických pozorováních
Zikmund, Tomáš ; doc. RNDr.Petr Matula, Ph.D. (oponent) ; Krejčí, František (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Dizertační práce se zabývá zpracováním obrazu v digitální holografické mikroskopii a rentgenové počítačové tomografii. Těžiště práce spočívá v návrhu postupů pro zpracování dat v daných oblastech biologických experimentů. Transmisní světelná holografická mikroskopie je použita zejména pro kvantitativní fázové zobrazení transparentních mikroskopických objektů, jako jsou živé buňky. Fázové obrazy jsou ovlivněny fázovými aberacemi, které ztěžují studium buněk. V této práci je prezentován nový algoritmus pro dynamické zpracování fázových obrazů živých buněk v časosběrné sérii. Algoritmus kompenzuje deformace fázového obrazu použitím metody vážených nejmenších čtverců. Navíc ve fázovém obrazu identifikuje a segmentuje individuální buňku. Tyto vlastnosti algoritmu jsou rozhodující pro kvantitativní fázové zobrazení buněk v reálném čase a řízení průběhu experimentu. Účinnost navrženého algoritmu je demonstrována na obrazech krysích nádorových buněk prostřednictvím mimoosového holografického mikroskopu. Rentgenová počítačová tomografie s vysokým rozlišením je stále více používanou technikou pro studium mikroarchitektury kostí malých hlodavců. V této části práce je provedena analýza kortikální a trabekulární distální poloviny krysích stehenních kostí. Vyvinuli jsme metodu pro mapování pozice a rozměrů kortikálních povrchů od centrální podélné osy s jednostupňovým úhlovým rozlišením. Touto metodou jsou zkoumány tvarové odlišnosti krysích stehenních kostí mezi experimentálními skupinami. Orientace kostí je v tomografických řezech vyrovnána před mapováním pomocí navrženého postupu standardizace tomografických dat. Aktivita remodelačního procesu dlouhé kosti je také studována na systému kortikálních kanálků.
|
|
|
Koherencí řízený holografický mikroskop nové generace
Slabý, Tomáš ; Novák,, Jiří (oponent) ; Jákl, Petr (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Dizertační práce se zabývá návrhem nové generace koherencí řízeného holografického mikroskopu (CCHM). Mikroskop je založen na mimoosovém holografickém uspořádání využívajícím difrakční mřížku a umožňuje použití časově i prostorově nekoherentního osvětlení. V teoretické části je navrženo nové optické uspořádání a odvozeny podmínky pro jednotlivé parametry mikroskopu a jeho komponent. Také je studován vliv různých zdrojů šumu na citlivost detekce fáze. V další části je popsán návrh laboratorní sestavy mikroskopu a navržen automatizovatelný seřizovací postup. Poslední část práce se zabývá experimentálním ověřením nejdůležitějších optických parametrů laboratorní sestavy mikroskopu. Oproti předchozí generaci CCHM nový návrh využívá objektivy korigované na nekonečnou tubusovou délku a běžné mikroskopové kondenzory, umožňuje zvětšení prostoru pro pozorované vzorky, odstraňuje omezení spektrální propustnosti a značně zjednodušuje seřizovací postup až na automatizovatelnou úroveň.
|
|
|
Sledování vlivu tenkých vrstev na buněčné chování v multimodálním holografickém mikroskopu
Vengh, Martin ; Křížová, Aneta (oponent) ; Štrbková, Lenka (vedoucí práce)
Úpravy povrchov materiálov pre kontakt so živými tkanivami a napodobenie prirodzeného prostredia bunky je stále viac predmetom záujmu pre ich potencionálne využitie v tkanivovom inžinierstve. Jedna z možností modifikovať povrch materiálu je vystavenie materiálu účinkom plazmy elektrického výboja v parách cyklopropylaminu. V tomto type plazmy dochádza k nízkotlakovej plazmovej polymerizácii, ktorá vytvorí tenkú povrchovú vrstvu obsahujúcu aminové skupiny. Ako sledovacia technika bol použitý multimodálny holografický mikroskop MHM Q-Phase pre určenie biokompatibility takýchto materiálov. Ten umožňuje pozorovanie v kvantitatívnom fázovom zobrazení, kde je fáza priamo úmerná suchej hmote bunky. Z toho vychádza možnosť určenia rôznych parametrov buniek, ktoré sa stávajú parametrami určujúcimi biokompatibilitu materiálov. Na základe výsledkov, tenké vrstvy bohaté na aminové skupiny zlepšili podmienky pre adhéziu a proliferáciu buniek.
|
|
|
Analýza změn fenotypu nádorových buněk navozených migrastatiky v kvantitativním fázovém zobrazení
Kolínková, Veronika ; Netíková,, Irena Štenglová (oponent) ; Veselý, Pavel (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zaměřuje na pozorování živých buněk pomocí neinvazivní metody kvantitativního fázového zobrazování (hiQPI). Takové zobrazení je umožněno pomocí koherencí řízeného holografického mikroskopu (CCHM) vyvinutého v laboratoři experimentální biofotoniky na VUT. Pomocí této zobrazovací technologie jsou v rámci experimentální části práce vyhodnoceny morfologické změny nádorových buněk A549 a MCF7 po aplikaci potenciálních migrastatik. Jako migrastatika jsou označována již schválená léčiva, která by mohla zamezit migraci nádorových buněk z primárního nádoru a tím předejít vzniku metastáz. Pro posouzení jejich účinku na nádorové buňky byla zvolena metoda RAC-GM (Rychlé vyšetření růstu a migrace buněk in vitro).
|
|
|
Deep-learning methods for tumor cell segmentation
Špaček, Michal ; Kolář, Radim (oponent) ; Gumulec, Jaromír (vedoucí práce)
Automatic segmentation of images, especially microscopic images of cells, opens up new opportunities in cancer research or other practical applications. Recent advances in deep learning have enabled efficient cell segmentation, but automatic segmentation of subcellular regions is still challenging. This work describes the implementation of the U-net neural network for segmentation of cells and subcellular regions without labeling in the pictures of adhering prostate cancer cells, specifically PC-3 and 22Rv1. Using the best-performing approach of all tested, it was possible to distinguish between objects and background with average Jaccard coefficients of 0.71, 0.64 and 0.46 for whole cells, nuclei and nucleoli. Another point was the separation of individual objects, i. e. cells, in the image using the Watershed method. The separation of individual cells resulted in SEG value of 0.41 and AP metric of 0.44.
|
|
|
Návrh zobrazovací sestavy koherencí řízeného holografického mikroskopu
Dvořák, Vladislav ; Dostál, Zbyněk (oponent) ; Špaček, Matěj (vedoucí práce)
Výzkumná skupina Experimentální biofototoniky na VUT v Brně se dlouhodobě zabývá rozvojem koherencí řízeného holografického mikroskopu (CCHM). Pro potřeby dalšího rozvoje v této oblasti je třeba postavit otevřenou laboratorní verzi tohoto mikroskopu, který zde byl doposud zastoupen pouze v komerčním provedení. Tato práce se věnuje návrhu a sestavení jeho zobrazovací části. První část práce je věnována obecnému přehledu mikroskopických metod s důrazem na interferenční mikroskopii a na princip fungování CCHM mikroskopu. V druhé části jsou mezi sebou nejprve srovnávány mnou navržené koncepty optického uspořádání. Následně jsou vybrány optické komponenty a experimentálně změřeny jejich neznámé parametry. S využitím naměřených hodnot je provedeno trasování vybraného konceptu a představeno konstrukční řešení. Zobrazovací část mikroskopu byla na základě konstrukčního řešení sestavena a experimentálně ověřena.
|
|
|
Analysis of Microscopic Images of Cancer Cells
Vičar, Tomáš ; Matula,, Petr (oponent) ; Sladoje, Natasa (oponent) ; Kolář, Radim (vedoucí práce)
This dissertation focuses on the analysis of various forms of microscopic image data of cancer cells (static 2D images, static 3D stacks, 2D timelapse live cell imaging). The main focus is on data acquired with a~coherence controlled holographic microscope, which is a~relatively new modality capable of contrast imaging of live cells without staining (label-free) and provide quantitative information (Quantitative Phase Imaging - QPI). In this thesis, the basic procedure for the analysis of cell images is described, where new methods for the individual steps are developed and refined. The largest part of the thesis is devoted to cell segmentation, where classical and deep learning-based methods are summarized. New methods suitable specifically for QPI data are also developed. A~part of the thesis is devoted to the segmentation of 3D fluorescence nuclei and the detection of DNA breaks using deep learning. The thesis also deals with further processing in the form of cell tracking, feature extraction and subsequent analysis, where cell death is detected and suitable interpretable features are developed to classify cell death into apoptotic and lytic. Overall, this thesis contributes to the development of different steps of image analysis of cancer cells and reflects current advances in the image analysis field, deep learning approaches in particular, which is also demonstrated in several research applications.
|
|
|
Měření lokální fáze metapovrchů pomocí digitální holografické mikroskopie
Weiss, Vlastimil ; Bouchal, Petr (oponent) ; Dvořák, Petr (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá rešeršní studií optických metapovrchů, které dokáží modifikovat a ovládat dopadající záření díky změně lokální fáze. Dále pojednává o experimentálních mikroskopických technikách, které dokáží měřit rozložení této fáze. Tato práce prezentuje experimentální výsledky distribuce fáze elektromagnetické vlny dopadající na kovový metapovrch, které jsou získané pomocí kvantitativní jednosvazkové i mimoosé digitální holografické mikroskopie. Jedná se o metapovrchy na principu jak změny geometrické fáze, tak i lokalizované povrchové plazmonové rezonance (LSPR). Naměřené výsledky jsou v souladu s vybudovaným teoretickým základem. K závěru jsou pak prezentována úspěšná měření geometrické fáze od individuálních stavebních bloků a aplikace analytického modelu pro popis fázové odezvy metapovrchů.
|
|
|
Analýza změn fenotypu nádorových buněk navozených migrastatiky v kvantitativním fázovém zobrazení
Kolínková, Veronika ; Netíková,, Irena Štenglová (oponent) ; Veselý, Pavel (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zaměřuje na pozorování živých buněk pomocí neinvazivní metody kvantitativního fázového zobrazování (hiQPI). Takové zobrazení je umožněno pomocí koherencí řízeného holografického mikroskopu (CCHM) vyvinutého v laboratoři experimentální biofotoniky na VUT. Pomocí této zobrazovací technologie jsou v rámci experimentální části práce vyhodnoceny morfologické změny nádorových buněk A549 a MCF7 po aplikaci potenciálních migrastatik. Jako migrastatika jsou označována již schválená léčiva, která by mohla zamezit migraci nádorových buněk z primárního nádoru a tím předejít vzniku metastáz. Pro posouzení jejich účinku na nádorové buňky byla zvolena metoda RAC-GM (Rychlé vyšetření růstu a migrace buněk in vitro).
|
|
|
Cell And Sub-Cellular Segmentation In Quantitative Phase Imaging Using U-Net
Majerčík, Jakub ; Špaček, Michal
The ability to automatically segment images, especially microscopy images of cells, opensnew opportunities in cancer research or other practical applications. Recent advancements in deeplearning enabled for effective single-cell segmentation, however, automatic segmentation of subcellularregions is still challenging. This work describes an implementation of a U-net neural networkfor label-free segmentation of sub-cellular regions on images of adherent prostate cancer cells,specifically PC-3 and 22Rv1. Using the best performing approach, out of all that have been tested,we have managed to distinguish between objects and background with average dice coefficients of0.83, 0.78 and 0.63 for whole cells, nuclei and nucleoli respectively
|
host ::
RSS.