|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Identifikace změn chování nádorových buněk v nízkých koncentracích migrastatik koherencí řízeným holografickým mikroskopem
Zábranská, Magdaléna ; Netíková,, Irena Štenglová (oponent) ; Veselý, Pavel (vedoucí práce)
Předmětem diplomové práce bylo použití koherencí řízeného holografického mikroskopu ve výzkumu vlivu migrastatik v různých koncentracích na nádorové buňky a interpretace dat kvantitativního fázového zobrazení. Teoretický úvod je rozdělen na dvě části. První část je věnována CCHM, kde je stručně popsána historie holografické mikroskopie, princip a detailní popis hlavních částí mikroskopu. Druhou částí je úvod do problematiky nádorové léčby a představení migrastatických léčiv. Experimentální částí práce je analýza vlivu migrastatik na dvě nádorové linie (H1299 a HT1080) z naměřených časosběrných záznamů pořízených holografickým mikroskopem. Vliv léčiv byl vyhodnocen pomocí charakteristik popisující morfologické a dynamické změny buněk v softwaru SophiQ. Data byla následně graficky a statisticky zpracována s cílem srovnání a vyhodnocení účinku migrastatik v nízkých koncentracích. V závěru práce byly shrnuty získané poznatky a navrhnuty vybrané charakteristiky k analýze vlivu migrastatik.
|
|
|
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.
|
|
|
Identifikace změn chování nádorových buněk v nízkých koncentracích migrastatik koherencí řízeným holografickým mikroskopem
Zábranská, Magdaléna ; Netíková,, Irena Štenglová (oponent) ; Veselý, Pavel (vedoucí práce)
Předmětem diplomové práce bylo použití koherencí řízeného holografického mikroskopu ve výzkumu vlivu migrastatik v různých koncentracích na nádorové buňky a interpretace dat kvantitativního fázového zobrazení. Teoretický úvod je rozdělen na dvě části. První část je věnována CCHM, kde je stručně popsána historie holografické mikroskopie, princip a detailní popis hlavních částí mikroskopu. Druhou částí je úvod do problematiky nádorové léčby a představení migrastatických léčiv. Experimentální částí práce je analýza vlivu migrastatik na dvě nádorové linie (H1299 a HT1080) z naměřených časosběrných záznamů pořízených holografickým mikroskopem. Vliv léčiv byl vyhodnocen pomocí charakteristik popisující morfologické a dynamické změny buněk v softwaru SophiQ. Data byla následně graficky a statisticky zpracována s cílem srovnání a vyhodnocení účinku migrastatik v nízkých koncentracích. V závěru práce byly shrnuty získané poznatky a navrhnuty vybrané charakteristiky k analýze vlivu migrastatik.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
host ::
RSS.