|
|
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.
|
|
|
Holografický modul pro světelnou mikroskopii
Škrabalová, Denisa ; Slabý, Tomáš (oponent) ; Dostál, Zbyněk (vedoucí práce)
Nové uspořádání off-axis holografického modulu s využitím polarizačně aktivní difrakční mřížky dokáže rozdělit referenční a předmětovou vlnu do dvou větví interferometru na základě jejich polarizací. Současný návrh modulu ale nedisponuje možností změny délky optických drah a možností příčného ladění větví, což také vede ke snížené kvalitě interferenční struktury při pozorování biologických vzorků. Pro toto omezení je současný modul vhodný pouze pro technické aplikace. Plánovanou aplikací jsou ale také biologické aplikace, kde je kladen velký důraz právě na možnost ladění větví z důvodu charakteru biologických vzorků. Proto je nově vytvořen počítačově řízený modul, jenž umožní správné vyladění modulu pro biologické aplikace.
|
|
|
Vývoj biofyzikální interpretace dat kvantitativního fázového zobrazování
Křížová, Aneta ; Jákl, Petr (oponent) ; Vomastek, Tomáš (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Doktorská práce se zabývá biofyzikální interpretací dat kvantitativního fázového zobrazování (QPI – quantitative phase imaging) získaného pomocí koherencí řízeného holografického mikroskopu (CCHM – coherence-controlled holographic microscope). V práci jsou nejprve popsány metody vyhodnocující informace z QPI jako analýza tvarových a dynamických cha-rakteristik segmentovaných objektů a také vyhodnocování samotné fázové informace. Dále je navržena metoda dynamických fázových diferencí (DPD – dynamic phase differences), která umožňuje detailněji sledovat přesuny hmoty uvnitř buněk. Všechny uvedené metody jsou pak využity v biologických aplikacích. V rozsáhlé studii různých typů buněčných smrtí jsou informace z QPI porovnány s daty z průtokové cytometrie a s výhodou je využita kombinace QPI a fluorescenční mikroskopie. Metoda DPD je pak využita při studiu přesunů hmoty uvnitř buňky při osmotických jevech. Zjednodušená metoda DPD je aplikována při výzkumu mechanizmu pohybu nádorových buněk v kolagenových gelech.
|
|
|
Novel cancer biomarkers derived from quantitative phase imaging of biopsy cells
Plišková, Diana ; Týč, Matěj (oponent) ; Kolářová, Jana (vedoucí práce)
The main objective of this work is the development of novel cancer biomarkers usable in personalized treatments. To understand why this issue is important, a brief description of cancer, including statistical results over the past years, is provided. The work also describes individual methods of light microscopy that can be used in cell analysis and subsequent image processing consisting of segmentation, tracking, feature extraction and classification. In this work, the main cell features, such as cell motility and shape, are presented. These features can be potential biomarkers in the treatment of cancer.
|
|
|
Coherence-gate assisted three-dimensional imaging by holographic microscope
Maršíková, Barbora ; Heintzmann, Rainer (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
This master thesis covers the primary research on the influence of spatially incoherent illumination on the axial localization of small details in a three-dimensional sample. The imaging is done by the coherence-controlled holographic microscope (CCHM). The necessary theory of imaging and scattering is summarized in the theoretical part. The fundamental principle as well as the actual setup of the microscope is described in detail and a mechanical adaptation is designed for the use of condenser optics with high numerical aperture and low aberration. For the experimental part, a model sample has been prepared and measured. The relationship between the spatial incoherence of illumination and the axial localization is demonstrated on simulations and verified experimentally using the model sample. The experiments prove the basic idea of the theory. In the end, some improvements are suggested for the future research on this topic.
|
|
|
Kritický přehled kultivačních zařízení používaných pro mikroskopická sledování živých buněk
Ukropcová, Iveta ; Štrbková, Lenka (oponent) ; Dostál, Zbyněk (vedoucí práce)
Koherencí řízený holografický mikroskop (CCHM) nachází své uplatnění především v mikroskopování živých buněk in vitro. Pozorované buňky musí být umístěny v kultivačním zařízení, které umožňuje kvalitní záznam hologramu. Metodou kvantitativního fázového zobrazení (QPI) jsou pozorovány živé buňky. Běžná kultivační zařízení většinou nejsou pro metodu QPI uzpůsobena. V textu jsou specifikovány požadavky na kultivační zařízení pro CCHM. Stěžejní částí práce je kritický přehled komerčně dostupných kultivačních zařízení a zhodnocení, zda tato zařízení specifikované požadavky splňují. Dále se tato práce zabývá problematikou mikrofluidiky a její aplikací v mikroskopickém sledování buněk. V poslední části práce jsou popsány dvě hybridní kultivační zařízení optimalizovaná pro CCHM, která umožňují mikrofluidické buněčné experimenty.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Fluorescenční zobrazovací techniky v multimodálním holografickém mikroskopu
Vašíček, David ; Procházková, Jana (oponent) ; Čolláková, Jana (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá registrací obrazů snímků pořízených multimodálním holografickým mikroskopem (MHM). Rešerše je věnována fluorescenční a holografické mikroskopii a multimodálnímu holografickému mikroskopu, který oba tyto typy mikroskopie kombinuje. Aby bylo možné získat novou informaci kombinací obou typů snímků, je nutné každou dvojici snímků sesadit. Je popsán algoritmus pro registraci obrazů metodou fázové korelace a procedura vytvořená v prostředí MATLAB na základě tohoto algoritmu. Je popsán vliv nejdůležitějších parametrů procedury na úspěšnost registrace a jsou komentovány výsledky.
|
host ::
RSS.