|
|
Analysis of Microscopic Images of Cancer Cells
Vičar, Tomáš ; Matula,, Petr (referee) ; Sladoje, Natasa (referee) ; Kolář, Radim (advisor)
Tato disertační práce je zaměřena na analýzu různých forem mikroskopických obrazových dat nádorových buněk (statické 2D snímky, statické 3D obrazy, 2D časosběrné zobrazování živých buněk). Hlavní pozornost je věnována datům získaným koherencí řízeným holografickým mikroskopem, který je relativně novou modalitou schopnou kotrastních záznamů živých buněk bez barvení (label-free) a poskytuje kvantitativní informaci (kvantitativní fázové zobrazení - QPI). V práci je popsán základní postup analýzy těchto snímků a jsou vytvářeny nové metody a zdokonalovány metody pro jednotlivé kroky této analýzy. Největší část práce je věnována segmentaci buněk, kde jsou shrnuty klasické metody i metody založené na hlubokém učení. Jsou také vyvinuty nové metody vhodné právě pro QPI data. Část práce je také věnována segmentaci 3D fluorescenční jader a detekci DNA zlomů pomocí hlubokého učení. Práce se zabývá i dalším zpracování v podobě sledování buněk, extrakce příznaků a následné analýze, kde je detekována buněčná smrt a jsou vytvořeny vhodné interpretovatelné příznaky pro klasifikaci buněčné smrti na apoptickou a lytickou. Celkově tato práce přispívá k rozvoji jednotlivých kroků analýzy obrazu nádorových buněk a odráží současný pokrok v oblasti analýzy obrazu, zejména přístupy hlubokého učení, což je také demonstrováno na několika výzkumných aplikacích.
|
|
|
Stabilization of the mutual position of the focal plane and the observed object in the holographic microscope
Ha Trinh, Hung Son ; Brada, Michal (referee) ; Dostál, Zbyněk (advisor)
Koherencí řízený holografický mikroskop (CCHM) umožňuje studium nativních biologických vzorků v reálném čase. Při dlouhodobých pozorováních ovšem dochází k rozostřování sledovaných objektů. Tento nežádoucí jev je pravděpodobně způsoben změnami vzájemné polohy předmětové roviny a pozorovaného předmětu. Předpokládá se, že za nestálostí vzájemných poloh stojí tepelné změny uvnitř CCHM. Vznikla proto potřeba vyvinout hardwarový autofokusační systém, který by doplňoval v současnosti implementovaný softwarový autofokus a mohl by vykompenzovat jeho nedostatky. V práci je nejprve stručně popsána optika CCHM. Poté je vysvětlen princip aktuálního řešení doostřování. Posléze je představeno několik metod detekce a monitorování posunutí, kterých lze využít ve zpětnovazebné smyčce k udržování definované vzájemné polohy. Po zvážení výhod a nevýhod je pro praktickou část práce vybrána právě jedna metoda, na základě které je navrženo, sestrojeno a experimentálně otestováno zařízení zajišťující stabilizaci vzájemné polohy předmětové roviny a pozorovaného předmětu.
|
|
|
Reconstruction methods in holographic microscopy
Findejsová, Anna ; Odstrčilík, Jan (referee) ; Kolář, Radim (advisor)
This master’s thesis focuses on the image reconstruction from holographic microscope. The first part of the thesis summarizes problems of holography, describes its principle and application particularly in live cell biology. In the second part the description of several methods used for off-axis hologram reconstruction is provided. The last part describes the implementation of the basic step in holographic reconstruction – the elimination of autocorrelation and twin image – and then also the reconstruction of 3D information of the sample.
|
|
|
Influence of imaging sensors properties on the quality of the quantitative phase image reconstruction
Šulc, Václav ; Antoš, Martin (referee) ; Dostál, Zbyněk (advisor)
This bachelor thesis is focused on imaging sensors noise characteristics and their impact on quantitative phase imaging. From available sensors the darkframes were acquired and analyzed. Computed data of noise standard deviation were used to simulate synthetic holograms for reconstruction of quantitative phase images. A camera Basler acA2040-180km was found to be a most suitable device for holography. The design, fabrication and testing of an effective cooling system for such a device proved to have even better noise characteristics.
|
|
|
Holographic module for a light microscopy
Škrabalová, Denisa ; Slabý, Tomáš (referee) ; Dostál, Zbyněk (advisor)
The new arrangement of the off-axis holographic module, which is using polarizationactive diffraction grating divides signal into reference and subject wave of an interferometer based on their polarization. However, current design of the module does not have a possibility to tune a length of the optical paths. Thus the inability to tune optical paths leads to a reduced quality of interference structure during observation of biological samples. The current module is only suitable for technical applicating due to this limitation. Possibility of tuning branches is key step in biological applications. Therefore a new computer-controlled module is created in order to enable use for biological samples.
|
|
|
Superresolution in holographic microscopy
Říha, René ; Komrska, Jiří (referee) ; Chmelík, Radim (advisor)
An approach that uses a two dimensional phase grating in certain distance behind a specimen to enhance the resolution in digital holographic microscopy is proposed. By theoretical considerations and with simulations the properties of new the arrangement are explored and the method of numerical reconstruction is described. The proposed approach is verified by electromagnetic simulation. Technical aspects and potential difficulties aren't involved.
|
|
|
Study of the effect of migrastatics on the dynamics of tumour cell migration using a coherence-controlled holographic microscope
Muchová, Nikola ; Netíková,, Irena Štenglová (referee) ; Veselý, Pavel (advisor)
The thesis is focused on the exploitation of the coherence controlled holographic microscopy for the investigation of the influence of the supposed migrastatic drugs on the dynamics of cancer cell migration. The theoretical part briefly describes the history of holographic microscopy and the development of the holographic microscope at the Brno University of Technology in collaboration with Telight, Brno, including an insight into the design and principle of operation of the coherence-controlled holographic microscope. Next a brief description of current cancer treatments introduces new class of anti-cancer drug candidates designated migrastatics that should impair cancer cell migration and thus prevent late metastases formation. The main part of the thesis deals with the design of the experimental observation procedure and data processing using the holographic incoherent Quantitative Phase Imaging technique. The last part of the thesis is the subsequent analysis of the migrastatic effect of the selected drugs on cancer cells in vitro and the comparison of the obtained results with existing studies. Finally, the objectives with magnification 4x and 10x were evaluated and compared for starting “the Rapid Assessment of Cell Growth and Migration”.
|
|
|
Fabrication and characterization of nanostructures with functional properties in the field of plasmonics
Babocký, Jiří ; Detz, Hermann (referee) ; Vala,, Milan (referee) ; Dub, Petr (advisor)
Tato dizertční práce se zabývá výrbou a charakterizací plasmonických nanostruktur. Její první část začíná krátkým úvodem do plasmoniky s navazujícím přehledem metod, které jsou v dnešní době nejčastěji používány k výrobě a charakterizaci plasmonických nanostruktur. Druhá část se pak zaměřuje na samotný výzkum, který byl v rámci PhD studia realizován. Cílem prvních experimentů bylo prozkouat možnosti použití elektronové litografie za variabilního tlaku v procesní komoře pro výrobu plasmonických nanostruktur na nevodivých substrátech jako je např. sklo. Jelikož se jedná o materiály, které jsou velice často používány k přípravě plasmonických struktur pacujících v oblasti viditelného světla. Druhá sekce pak diskutuje některé specifické aspekty přípravy plasmonických mikrostruktur elektronovou litografií pro THz oblast. Poslední část se pak zaměřuje na funkční vlastnosti plasmonických nanostruktur, převážně pak na kvantitativní charakterizaci fáze dalekého pole indukovaného plasmonickými nanostrukturami a jejich aplikacemi v oblasti optických metapovrchů - uměle připravených povrchů, které mohou být použity jako planární optické komponenty. Práce demonstruje a diskutuje různé experimentální přístupy použití mimoosové holografické mikroskopie pro jejich charakterizaci.
|
|
|
Application of the FDTD technique to modelling of imaging in biophotonics
Říha, René ; Richter, Ivan (referee) ; Petráček, Jiří (advisor)
This thesis deals with the problem of practical application of FDTD technique for simulation of image formation in coherence controlled holographic microscope. Various ways for obtaining scattering matrices are explored in detail and the optimal technique based on a rigorous calculation of the far field is proposed. The scattering matrix, containing information about the observed sample, is subsequently used in analytic calculation of holographic signal; two levels of approximation of pupil function are also evaluated. The results are compared with a traditional approach based on Rytov approximation resulting in specification of the parameter domain where the approximation is applicable. Based on the simulations of the microscope, the dependence of axial resolution on apertures of the objective and the condenser and sensitivity of the signal to changes of refractive index of the sample is also studied.
|
|
|
Imaging of an object in turbid medium by combining the signal of ballistic and diffuse photons in the coherence-controlled holographic microscope
Ďuriš, Miroslav ; Bouchal, Zdeněk (referee) ; Chmelík, Radim (advisor)
Diplomová práca sa zaoberá kvantitatívnym fázovým zobrazovaním objektov umiestnených za rozptyľujúcim prostredím v koherenciou riadenom holografickom mikroskope. Tento mikroskop umožnuje zobrazovať s úplne nekoherentným osvetlením vzorky, čo vyvoláva efekt koherenčnej brány. Koherenčná brána je veľmi dôležitá vlastnosť zobrazovacieho systému umožňujúca separáciu balistických a rozptýlených fotónov, jej dôkladnému vysvetleniu je venovaná značná časť práce. Ďalej sú prezentované základy teórie zobrazenia v koherenciou riadenom holografickom mikroskope. Tie sú využité v závere práce pri interpretácii experimentálnych výsledkov. Cieľom práce je navrhnúť metódu pre pozorovanie fázových objektov v rozptyľujúcich prostrediach a experimentálne túto metódu overiť. Na základe analytických výsledkov a predchádzajúceho výskumu je navrhnutá nová metóda, ktorá je ďalej overovaná pomocou rôzne komplexných vzoriek. Je založená na zázname viacerých obrazov s rôznym posunutím referenčného poľa. Každý posun korešponduje so zobrazovaním pomocou inej skupiny fotónov. Je možné vytvoriť syntetický obraz so zlepšenou kvalitou sčítaním jednotlivých obrazov získaných z interferencie balistických alebo rozptýlených fotónov. Experimenty s rôzne komplexnými vzorkami poskytujú náhľad na obmedzenia prezentovanej metódy.
|
guest ::
