|
|
Coherence gated holographic microscopy
Ďuriš, Miroslav ; Tyc,, Tomáš (oponent) ; Baránek,, Michal (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Biomedical and metasurface researchers repeatedly reach for quantitative phase imaging (QPI) as their primary imaging technique due to its high-throughput, label-free, quantitative nature. Therefore, QPI has quickly established its role in identifying rare events and screening in biomedicine or automated image data analysis using artificial intelligence. These and many other applications share the requirement for extensive high-quality datasets, which is challenging to meet due to obstacles specific to each application. This thesis tackles the principal problems of optical imaging, mainly in biomedical research. The research aimed to study and develop new imaging methods by extending the capabilities of the coherence-controlled holographic microscope. In the thesis, we tackled three principal areas of biomedical imaging: turbid media imaging, super-resolution QPI, and 3D refractive index reconstruction. To achieve such ambitious results, we have utilized the so-called coherence-gating effect, typically exploited for imaging through disordered media by least-scattered (ballistic) light. To tackle turbid media imaging, we counterintuitively use the coherence gate for imaging by the non-ballistic light, enabling us to retrieve information missing in the ballistic image. A combination of images for different coherence gate positions allow us to synthesize an image of quality superior to ballistic light approaches, which we experimentally demonstrate on QPI through thick biological tissue. Two approaches to super-resolution QPI were explored in the thesis. First is the synthetic aperture approach, for which we again exploit the coherence-gating properties of the partially coherent light combined with the oblique illumination provided by the diffraction on a simple hexagonal phase grating placed near the specimen. We synthesize synthetic aperture QPI with significantly increased spatial frequency bandwidth from sequentially acquired images formed by the coherence-gated light scattered into each grating's diffraction order. Second, we developed the coherence gate shaping method allowing real-time super-resolution QPI. We propose an approach based on the fact that our system's point spread function (PSF) is a product of the diffraction-limited spot and the coherence-gating function, which we shape similarly to the superoscillatory hotspot. The product simultaneously produces the PSF with a super-resolution central peak and minimizes sidelobe effects, the common obstacle of superoscillatory imaging. The attenuation of sidelobes and resolution improvement co-occur in the entire field of view. Therefore, we present the first single-shot wide-field super-resolution QPI. For both methods, we achieved a resolution improvement of at least 19\%. Furthermore, we demonstrate the feasibility of the proposed methods by imaging biological specimens with super-resolution. In the thesis, we also address 3D imaging by the coherence-controlled holographic microscope. We developed a method for 3D refractive index distribution reconstruction from a z-stack QPI measurement. The reconstructed refractive index distribution has qualities similar to the outputs of optical diffraction tomography. At the same time, the required number of acquisitions is significantly lower in the case of the proposed method. We demonstrate our approach using simulated as well as experimental data.
|
|
|
Implementation of industrial X-ray computed microtomography in developmental biology
Tesařová, Markéta ; Křivánek,, Jan (oponent) ; Novotná, Marie (vedoucí práce)
X–ray computed microtomography (CT) is an imaging method for three-dimensional (3D) observation of the inner structure of objects. The laboratory of X-ray computed micro and nanotomography at CEITEC BUT (Central European Institute of Technology, Brno University of technology) is predominantly focused on non-destructive analysis in the industry. However, it has resulted that this approach can also be applied in various scientific fields including developmental biology. This thesis provides a connection between the world of material and life sciences. The complete procedure for creating a 3D model of diverse anatomical structures is described in detail. This process consists of staining, a CT measurement and data-processing. Analysis of data is often considered the most important part of CT method, so the most part of this thesis is devoted to this area. In addition, the parameters of GE v|tome|x L 240 were optimised to automate the segmentation process. Furthermore, the possibility of synchrotron measurement is proposed in order to increase the spatial resolution and differential contrast. It is envisioned that in the near future industrial CT setups will acquire similar imaging properties due to the recent development in both hardware and data-processing directions.
|
|
|
Zpracování a vizualizace stereo snímků
Karásek, Miroslav ; Richter, Miloslav (oponent) ; Petyovský, Petr (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá problematikou zpracování stereo snímků. Jsou v ní popsány principy kalibrace a rektifikace stereo snímků. V práci je uvedeno několik metod hledání významných bodů. Metoda SURF je následně implementována v praktickém řešení. Nalezení korespondencí je realizováno pomocí metod knihovny pro zpracování obrazu OpenCV. Je provedena rekonstrukce prostorových souřadnic a zapsání získaných bodů ve formátu VRML97.Nakonec je uvedeno zhodnocení přesnosti získávání prostorových dat a porovnání výpočetní náročnosti vytvořených programů.
|
|
|
X-ray computed tomography analysis of mouse embryonic heart
Dobrovodská, Daniela ; Oberta, Peter (oponent) ; Zikmund, Tomáš (vedoucí práce)
X-ray computed tomography is a versatile technique allowing non-destructive three-dimensional (3D) imaging. It is widely used in industry for metrology and material characterisation. Lately, it has found its importance also in biology and developmental science, where the 3D reconstructed data provide more comprehensive information about the sample than the conventional 2D imaging methods. Moreover, it can produce high-quality images of various biological samples. The obstacle in imaging biological samples might be a very similar attenuation coefficient of soft tissue, and therefore staining with chemical substance must be used. This thesis aims to use microcomputed tomography to visualise and qualitatively evaluate embryonic mouse hearts E17.5 and introduce the best staining protocol. Furthermore, the methodology for highlighting differences between wild type mice and mutant were introduced. Rigaku nano 3DX was used for the experiments with mouse heart interventricular septum, and after considering the specific setting of the device, the phase retrieval algorithm was applied. Finally, the validation of the $\mu$CT data was performed by comparing pictures from the confocal microscope.
|
|
|
Quantitative 3D characterization of biological structures by X-ray computed microtomography
Tesařová, Markéta ; Vaňhara,, Petr (oponent) ; Oberta,, Peter (oponent) ; Zikmund, Tomáš (vedoucí práce)
Modern developmental biology uses a broad spectrum of methods for analysing structures of interest. Multi-disciplinary teams are currently pushing forward the understanding of biological questions using 3D approaches. However, one major challenge of 3D imaging techniques in biology is a lack of methodology for quantifying observed phenomena that are often the cause of developmental or genetic disorders. One of the methods whose application has been widely spread in recent years is X-ray computed microtomography (microCT). This technique provides isotropic resolution up to 1 µm and, when a sample is appropriately prepared, a wide variety of tissue differentiation. However, biological structures are usually diverse in size and shape, and every task requires a specific solution regarding data processing. This work addresses the implementation of microCT for imaging and mainly 3D characterization of biological structures ex-vivo. Particular emphasis is given to analysing soft tissues in mouse embryos’ heads and imaging salamander species, focusing on their regeneration ability. This work describes the relevant information for microCT users dealing with biological samples; it includes the preparation of the sample for measurements, selecting suitable parameters for the experiment and mainly subsequent quantitative analysis of 3D datasets. The latest technological advancements in 3D imaging were studied and tested on concrete projects in the field of developmental biology, where 3D information from microCT played a key role.
|
|
|
3D morphometric facial analysis in Williams, Noonan and DiGeorge syndrome patients
Čaplovičová, Martina ; Velemínská, Jana (vedoucí práce) ; Neščáková, Eva (oponent)
Cieľom diplomovej práce bolo zhodnotiť morfologické odchýlky pacientov s Williamsovým (WBS), Noonanovej (NS) a Digeorgeovým syndrómom (DGS) a zároveň vyhodnotiť zmeny morfológie ich tváre počas rastu. Celkovo bolo k dispozícii 57 3D faciálnych skenov pacientov v rôznom veku, z toho 12 WBS, 20 NS a 25 DGS a 31 skenov kontrolných subjektov. Hodnotenie prebehlo na základe metód geometrickej morfometrie, konkrétne využitím coherent point drift - dense correspondence analýzy, metódy superprojekcie, per vertex t-testu a analýzy hlavných komponentov. Štatisticky významné rozdiely v morfológii tváre boli preukázané pre všetky syndrómy versus kontrola. Zistené morfologické odchýlky pre WBS (zúženie čela, bitemporálne zúženie, periorbitálny edém, guľovitý a kraniálne smerujúci hrot nosa, sploštená infraorbitálna oblasť, protrúzia oboch pier, špicatá brada) vo väčšine prípadov potvrdzujú doterajšie poznatky o typických dysmorfiách. Znaky pre WBS sú teda výrazne špecifické a manifestované u väčšiny pacientov. V priebehu ontogenézy dochádza k zvýrazňovaniu dysmorfií súvisiacich so zvyšujúcou sa konvexitou tváre, zatiaľ čo ostatné typické znaky ostávajú relatívne nemenné. Na rozdiel od kontroly dochádza u WBS vekom k retrúzii brady. Zistené dysmorfie NS (menej vystupujúce nadočnicové oblúky, prominujúca oblasť...
|
|
|
X-ray computed tomography analysis of mouse embryonic heart
Dobrovodská, Daniela ; Oberta, Peter (oponent) ; Zikmund, Tomáš (vedoucí práce)
X-ray computed tomography is a versatile technique allowing non-destructive three-dimensional (3D) imaging. It is widely used in industry for metrology and material characterisation. Lately, it has found its importance also in biology and developmental science, where the 3D reconstructed data provide more comprehensive information about the sample than the conventional 2D imaging methods. Moreover, it can produce high-quality images of various biological samples. The obstacle in imaging biological samples might be a very similar attenuation coefficient of soft tissue, and therefore staining with chemical substance must be used. This thesis aims to use microcomputed tomography to visualise and qualitatively evaluate embryonic mouse hearts E17.5 and introduce the best staining protocol. Furthermore, the methodology for highlighting differences between wild type mice and mutant were introduced. Rigaku nano 3DX was used for the experiments with mouse heart interventricular septum, and after considering the specific setting of the device, the phase retrieval algorithm was applied. Finally, the validation of the $\mu$CT data was performed by comparing pictures from the confocal microscope.
|
|
|
The immune response of naïve mice infected with the neuropathogenic schistosome Trichobilharzia regenti
Macháček, Tomáš
Helmintární neuroinfekce představují závažný zdravotní problém, ale mechanismy hostitelovy imunitní odpovědi často zůstávají opomíjeny, i když se mohou účastnit patogeneze. To je zčásti způsobeno nedostupností klinických vzorků, ale také nedostatkem vhodných laboratorních modelů. V této práci jsem se proto zaměřil na studium vybraných aspektů imunitní odpovědi myší nakažených neuropatogenní ptačí schistosomou Trichobilharzia regenti. Většina schistosomul je u těchto náhodných hostitelů zastavena a eliminována časně po perkutánní infekci ihned v kůži. Není však jasné, jaké parazitární antigeny protektivní imunitní reakci spouštějí. Naše in vitro experimenty odhalily, že katepsin B2, cysteinová peptidáza používaná parazitem k penetraci kůže, aktivuje dendritické buňky odvozené z kostní dřeně mnohem více než kompletní parazitární homogenát. To naznačuje její úlohu ve spouštění počáteční imunitní odpovědi, která je polarizována směrem k typu 1/2. Některá schistosomula jsou však schopna kůži opustit a migrují dále do míchy. S využitím 3D zobrazovacích technik, ultramikroskopie a mikro-CT, jsme prokázali jejich preferenční lokalizaci v bílé hmotě. Přítomnost schistosomul v míše vyvolává výraznou hypertrofii astrocytů a mikroglií. Živá schistosomula u astrocytů indukují produkci interleukinu 6, jejich...
|
|
|
The immune response of naïve mice infected with the neuropathogenic schistosome Trichobilharzia regenti
Macháček, Tomáš
Helmintární neuroinfekce představují závažný zdravotní problém, ale mechanismy hostitelovy imunitní odpovědi často zůstávají opomíjeny, i když se mohou účastnit patogeneze. To je zčásti způsobeno nedostupností klinických vzorků, ale také nedostatkem vhodných laboratorních modelů. V této práci jsem se proto zaměřil na studium vybraných aspektů imunitní odpovědi myší nakažených neuropatogenní ptačí schistosomou Trichobilharzia regenti. Většina schistosomul je u těchto náhodných hostitelů zastavena a eliminována časně po perkutánní infekci ihned v kůži. Není však jasné, jaké parazitární antigeny protektivní imunitní reakci spouštějí. Naše in vitro experimenty odhalily, že katepsin B2, cysteinová peptidáza používaná parazitem k penetraci kůže, aktivuje dendritické buňky odvozené z kostní dřeně mnohem více než kompletní parazitární homogenát. To naznačuje její úlohu ve spouštění počáteční imunitní odpovědi, která je polarizována směrem k typu 1/2. Některá schistosomula jsou však schopna kůži opustit a migrují dále do míchy. S využitím 3D zobrazovacích technik, ultramikroskopie a mikro-CT, jsme prokázali jejich preferenční lokalizaci v bílé hmotě. Přítomnost schistosomul v míše vyvolává výraznou hypertrofii astrocytů a mikroglií. Živá schistosomula u astrocytů indukují produkci interleukinu 6, jejich...
|
|
|
The immune response of naïve mice infected with the neuropathogenic schistosome Trichobilharzia regenti
Macháček, Tomáš ; Horák, Petr (vedoucí práce) ; Bilej, Martin (oponent) ; Schabussova, Irma (oponent)
Helmintární neuroinfekce představují závažný zdravotní problém, ale mechanismy hostitelovy imunitní odpovědi často zůstávají opomíjeny, i když se mohou účastnit patogeneze. To je zčásti způsobeno nedostupností klinických vzorků, ale také nedostatkem vhodných laboratorních modelů. V této práci jsem se proto zaměřil na studium vybraných aspektů imunitní odpovědi myší nakažených neuropatogenní ptačí schistosomou Trichobilharzia regenti. Většina schistosomul je u těchto náhodných hostitelů zastavena a eliminována časně po perkutánní infekci ihned v kůži. Není však jasné, jaké parazitární antigeny protektivní imunitní reakci spouštějí. Naše in vitro experimenty odhalily, že katepsin B2, cysteinová peptidáza používaná parazitem k penetraci kůže, aktivuje dendritické buňky odvozené z kostní dřeně mnohem více než kompletní parazitární homogenát. To naznačuje její úlohu ve spouštění počáteční imunitní odpovědi, která je polarizována směrem k typu 1/2. Některá schistosomula jsou však schopna kůži opustit a migrují dále do míchy. S využitím 3D zobrazovacích technik, ultramikroskopie a mikro-CT, jsme prokázali jejich preferenční lokalizaci v bílé hmotě. Přítomnost schistosomul v míše vyvolává výraznou hypertrofii astrocytů a mikroglií. Živá schistosomula u astrocytů indukují produkci interleukinu 6, jejich...
|
host ::
RSS.