|
|
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.
|
|
|
Stabilization of the mutual position of the focal plane and the observed object in the holographic microscope
Ha Trinh, Hung Son ; Brada, Michal (oponent) ; Dostál, Zbyněk (vedoucí práce)
The coherence-controlled holographic microscope (CCHM) makes the study of native biological samples in real-time possible. However, during long-term observation sessions, a defocusation of observed objects occurs. This undesirable phenomenon is probably caused by changes in the mutual position of the focal plane and the observed object. Thermal changes within the CCHM are thought to be the reason behind the displacement. A need for a hardware-based autofocus system, which would complement the currently implemented solution and which could compensate for the insufficiencies of the software autofocus, has therefore emerged. First, the optical setup of the CCHM is briefly described. Afterwards, the principle of the current autofocusation solution is explained. Subsequently, several displacement detection and monitoring methods, which can be utilized in a feedback loop to maintain a defined mutual position of objects, are introduced. After discussing the advantages and disadvantages of each method, one is selected for the practical part of the thesis. Based on the chosen method, a device that stabilizes the mutual position of the focal plane and the observed object is designed, constructed and experimentally tested.
|
|
|
Rekonstrukční metody v holografické mikroskopii
Findejsová, Anna ; Odstrčilík, Jan (oponent) ; Kolář, Radim (vedoucí práce)
Diplomová práce se věnuje rekonstrukci obrazů z holografického mikroskopu. Tato práce shrnuje problematiku holografie, popisuje její obecný princip a využití především v biologii živých buněk. Poté se zabývá popisem několika známých metod pro rekonstrukci off-axis hologramů. Teoretické podklady pro práci jsou uvedeny v první až třetí kapitole a následně využity v kapitole čtvrté, která se zabývá návrhem a implementací rekonstrukčního algoritmu, a paté, která shrnuje použité metody a popisuje modifikace metod vedoucích k 3D rekonstrukci pozorovaného objektu.
|
|
|
Vliv vlastností obrazových senzorů na kvalitu rekonstrukce kvantitativního fázového zobrazení
Šulc, Václav ; Antoš, Martin (oponent) ; Dostál, Zbyněk (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce je zaměřena na šumové vlastnosti obrazových senzorů a jejich vlivu na kvantitativní fázové zobrazení. Byly nasnímány a analyzovány černé snímky dostupných kamer. Vypočítané hodnoty směrodatné odchylky šumu snímků byly použity při vytvoření umělých hologramů, z kterých byla rekonstruována kvantitativní fázová zobrazení. Z výsledků měření byla vybrána kamera Basler acA2040-180km jako nejvhodnější pro použití v holografii. Pro tuto kameru byl navržen, vyroben a otestován efektivní systém chlazení, který šumové charakteristiky vylepšil.
|
|
|
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.
|
|
|
Superrozlišení v holografické mikroskopii
Říha, René ; Komrska, Jiří (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Práce navrhuje přístup, který by umožnil dosáhnout superrozlišení koherencí řízeného holografického mikroskopu na Ústavu Fyzikálního inženýrství VUT FSI v Brně v kombinaci s dvourozměrnou fázovou difrakční mřížkou umístěnou v určité vzdálenosti za vzorkem. Na základě teoretických výpočtů a simulací se prozkoumávají vlastnosti nového uspořádání mikroskopu a je popsán proces numerické rekonstrukce obrazu v rámci navržené metody. Přístup je ověřen pomocí elektromagnetické simulace. Práce nezohledňuje technické aspekty a nedostatky nového uspořádání.
|
|
|
Studium vlivu migrastatik na dynamiku migrace nádorových buněk pomocí koherencí řízeného holografického mikroskopu
Muchová, Nikola ; Netíková,, Irena Štenglová (oponent) ; Veselý, Pavel (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá propojením koherencí řízeného holografického mikroskopu s výzkumem vlivu migrastatik na dynamiku migrace rakovinných buněk. Teoretická část stručně popisuje historii holografické mikroskopie a vývoj holografického mikroskopu na FSI VUT v Brně ve spolupráci s firmou Telight. Zahrnuje náhled do konstrukce a principu funkce koherencí řízeného holografického mikroskopu. Následně se zabývá stručným popisem současné onkologické léčby a představením kandidátů na nová léčiva označená jako migrastatika. Stěžejní částí je navržení experimentálního postupu pozorování, zaznamenání a zpracování obrazových dat pomocí techniky hiQPI. V poslední části diplomové práce je následná analýza vlivu vybraných léčiv na rakovinné buňky a porovnání získaných výsledků s již existujícími studiemi. Pro zahájení protokolu „Rychlé vyšetření růstu a migrace buňky in vitro“ byla porovnána vhodnost objektivů se zvětšením 4x a 10x.
|
|
|
Fabrication and characterization of nanostructures with functional properties in the field of plasmonics
Babocký, Jiří ; Detz, Hermann (oponent) ; Vala,, Milan (oponent) ; Dub, Petr (vedoucí práce)
This PhD thesis deals with fabrication and characterisation of plasmonic nanostructures. The first part begins with short introduction into plasmonics following with description of methods, that are nowadays used for plasmonic nanostrucuture fabrication and characterisation. The second part of the thesis focusses on experiments, that have been done. The first one explores possibilities for application of variable pressure electron beam lithography for fabrication of plasmonic nanostructures on non-conductive substrates which can be useful for easy prototyping structures for the visible region. The next section discusses some aspects of fabrication of large plasmonic microstructures in the terahertz region using Electron beam lithography. The last part is dedicated to functional properties of plasmonic nanostructures, especially to quantitative characterization of far-field phase induced by plasmonic nanostructures and their applications in the field of optical metasurfaces - artificially designed surfaces, that can be used as planar optical components. The characterization is done using off-axis holographic microscopy. Different experimental approaches with respect to this technique are demonstrated and discussed.
|
|
|
Využití metody FDTD k modelování zobrazování v biofotonice
Říha, René ; Richter, Ivan (oponent) ; Petráček, Jiří (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá ověřením praktické využitelnosti metody FDTD pro simulaci zobrazování v koherencí řízeném holografickém mikroskopu. Byly podrobně prozkoumány různé možnosti určení matice rozptylu a vybrán optimální postup založený na rigorózním výpočtu dalekého pole. Matice rozptylu, nesoucí informaci o pozorovaném předmětu, je pak použita k analytickému výpočtu signálu mikroskopu; při tom také byly vyhodnoceny dvě úrovně aproximací aperturních funkcí. Výsledky byly porovnány s tradičním postupem založeným na Rytovově aproximaci a vymezena oblast platnosti této aproximace. Na základě simulací holografického mikroskopu byly dále prozkoumány závislosti podélné rozlišovací schopnosti na aperturách objektivu a osvětlení a citlivost holografického signálu ke změně indexu lomu vzorku.
|
|
|
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 (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
This thesis deals with the quantitative phase imaging (QPI) of objects behind scattering media in coherence-controlled holographic microscope (CCHM). It is possible to image in this microscope with completely incoherent illumination, which gives rise to the coherence-gating effect. It is a crucial property that allows the separation of ballistic and multiply scattered photons, therefore, a part of the thesis explains in depth the coherence-gate. Fundamentals of the image formation in CCHM are presented, which support many interpretations of results throughout the experimental part of the work. The goal of the thesis is to design a method for an observation of phase objects in turbid milieu and experimentally prove the method working. A novel method based on the preliminary research and the analytical derivation is proposed. It is based on an acquisition of multiple images for different reference field shifts. Each shift corresponds to the imaging by a different group of photons. The particular QPIs formed by ballistic or scattered photons can be superposed to create synthetic image of improved quality. Experiments with variously complex samples provided information about limitations of this method.
|
host ::
RSS.