|
|
Coherence-gate assisted three-dimensional imaging by holographic microscope
Maršíková, Barbora ; Heintzmann, Rainer (referee) ; Chmelík, Radim (advisor)
Tato diplomová práce se zabývá výzkumem na téma vlivu prostorové koherence osvětlení. Účelem je určit schopnost osové lokalizace při zobrazení Koherencí řízeným holografickým mikroskopem (CCHM) v závislosti na různé prostorové koherenci světelného zdroje. Osová lokalizace je v tomto případě zkoumána jako kvalita rozlišení drobných detailů trojrozměrného vzorku, umístěných nad sebou. Teorie zobrazení holografickým mikroskopem a teorie rozptylu v nehomogenních prostředích je shrnuta v první části práce, v rozsahu nutném pro pochopení části praktické. Základní princip fungování mikroskopu a přesný popis jeho uspořádání je zde podrobně popsán. Proběhl mechanický návrh stavební úpravy mikroskopu tak, aby bylo možno využívat kondenzorovou optiku s vysokou numerickou aperturou a omezenými optickými vadami. Několik různých přístupů, které by mohly vést ke zlepšení zobrazovacích vlastností mikroskopu, bylo navrženo a vyzkoušeno a jsou zde popsány i s jejich výhodami a nevýhodami. Pro experimentální část práce byl vyroben modelový vzorek. Závislost osové lokalizace na prostorové koherenci osvětlení byla demonstrována pomocí simulace a následně ověřena experimentálně, pozorováním vyrobeného modelového vzorku. Experimentální výsledky potvrzují základní principy vycházející ze zmíněné teorie. Na závěr jsou navržena možná vylepšení, pro budoucí zpřesnění výsledků.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Mathematical Methods for Image Processing in Biological Observations
Zikmund, Tomáš ; doc. RNDr.Petr Matula, Ph.D. (referee) ; Krejčí, František (referee) ; Chmelík, Radim (advisor)
The dissertation deals with the image processing in digital holographic microscopy and X-ray computed tomography. The focus of the work lies in the proposal of data processing techniques to meet the needs of the biological experiments. Transmitted light holographic microscopy is particularly used for quantitative phase imaging of transparent microscopic objects such as living cells. The phase images are affected by the phase aberrations that make the analysis particularly difficult. Here, we present a novel algorithm for dynamical processing of living cells phase images in a time-lapse sequence. The algorithm compensates for the deformation of a phase image using weighted least squares surface fitting. Moreover, it identifies and segments the individual cells in the phase image. This property of the algorithm is important for real-time cell quantitative phase imaging and instantaneous control of the course of the experiment. The efficiency of the propounded algorithm is demonstrated on images of rat fibrosarcoma cells using an off-axis holographic microscope. High resolution X-ray computed tomography is increasingly used technique for the study of the small rodent bones micro-structure. In this part of the work, the trabecular and cortical bone morphology is assessed in the distal half of rat femur. We developed new method for mapping the cortical position and dimensions from a central longitudinal axis with one degree angular resolution. This method was used to examine differences between experimental groups. The bone position in tomographic slices is aligned before the mapping using the propound standardization procedure. The activity of remodelling process of the long bone is studied on the system of cortical canals.
|
|
|
Identification of changes in the behaviour of tumour cells in low concentrations of migrastatics by coherence-controlled holographic microscope
Zábranská, Magdaléna ; Netíková,, Irena Štenglová (referee) ; Veselý, Pavel (advisor)
The subject of the diploma thesis was using of Coherence-Controlled Holographic Microscope in the research of the effect of migrastatics at different concentrations on tumor cells and the interpretation of quantitative phase imaging data. The theoretical introduction is divided into two parts. The first part is devoted to CCHM, which briefly describes the history of holographic microscopy, the principle and a detailed description of the main parts of the microscope. The second part is an introduction to the issue of cancer treatment and the introduction of migrastatic drugs. The experimental part of the work is the analysis of the influence of migrastatics on two tumor lines (H1299 and HT1080) from the measured time-lapse records taken by a holographic microscope. The effect of drugs was evaluated using characteristics describing morphological and dynamic cell changes in the SophiQ software. The data were then graphically and statistically processed to compare and evaluate the effect of migrastatics at low levels. In conclusion of the work, the findings were summarized and selected characteristics were proposed to analyze the impact of migrastatics.
|
|
|
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.
|
|
|
Identification of changes in the behaviour of tumour cells in low concentrations of migrastatics by coherence-controlled holographic microscope
Zábranská, Magdaléna ; Netíková,, Irena Štenglová (referee) ; Veselý, Pavel (advisor)
The subject of the diploma thesis was using of Coherence-Controlled Holographic Microscope in the research of the effect of migrastatics at different concentrations on tumor cells and the interpretation of quantitative phase imaging data. The theoretical introduction is divided into two parts. The first part is devoted to CCHM, which briefly describes the history of holographic microscopy, the principle and a detailed description of the main parts of the microscope. The second part is an introduction to the issue of cancer treatment and the introduction of migrastatic drugs. The experimental part of the work is the analysis of the influence of migrastatics on two tumor lines (H1299 and HT1080) from the measured time-lapse records taken by a holographic microscope. The effect of drugs was evaluated using characteristics describing morphological and dynamic cell changes in the SophiQ software. The data were then graphically and statistically processed to compare and evaluate the effect of migrastatics at low levels. In conclusion of the work, the findings were summarized and selected characteristics were proposed to analyze the impact of migrastatics.
|
|
|
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.
|
|
|
Coherence-gate assisted three-dimensional imaging by holographic microscope
Maršíková, Barbora ; Heintzmann, Rainer (referee) ; Chmelík, Radim (advisor)
Tato diplomová práce se zabývá výzkumem na téma vlivu prostorové koherence osvětlení. Účelem je určit schopnost osové lokalizace při zobrazení Koherencí řízeným holografickým mikroskopem (CCHM) v závislosti na různé prostorové koherenci světelného zdroje. Osová lokalizace je v tomto případě zkoumána jako kvalita rozlišení drobných detailů trojrozměrného vzorku, umístěných nad sebou. Teorie zobrazení holografickým mikroskopem a teorie rozptylu v nehomogenních prostředích je shrnuta v první části práce, v rozsahu nutném pro pochopení části praktické. Základní princip fungování mikroskopu a přesný popis jeho uspořádání je zde podrobně popsán. Proběhl mechanický návrh stavební úpravy mikroskopu tak, aby bylo možno využívat kondenzorovou optiku s vysokou numerickou aperturou a omezenými optickými vadami. Několik různých přístupů, které by mohly vést ke zlepšení zobrazovacích vlastností mikroskopu, bylo navrženo a vyzkoušeno a jsou zde popsány i s jejich výhodami a nevýhodami. Pro experimentální část práce byl vyroben modelový vzorek. Závislost osové lokalizace na prostorové koherenci osvětlení byla demonstrována pomocí simulace a následně ověřena experimentálně, pozorováním vyrobeného modelového vzorku. Experimentální výsledky potvrzují základní principy vycházející ze zmíněné teorie. Na závěr jsou navržena možná vylepšení, pro budoucí zpřesnění výsledků.
|
guest ::
