|
|
Biophysical interpretation of quantitative phase image
Štrbková, Lenka ; Kozubek,, Michal (oponent) ; Hoppe, Andreas (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
This work deals with the interpretation of the quantitative phase images gained by coherence-controlled holographic microscopy. Since the datasets of quantitative phase images are of substantial size, the manual analysis would be time-consuming and inefficient. In order to speed up the analysis of images gained by coherence-controlled holographic microscopy, the methodology for automated interpretation of quantitative phase images by means of supervised machine learning is proposed in this work. The quantitative phase images enable extraction of valuable features characterizing the distribution of dry mass within the cell and hence provide important information about the live cell behaviour. The aim of this work is to propose a methodology for automated classification of cells while employing the quantitative information from both the single-time-point and time-lapse quantitative phase images. The proposed methodology was tested in the experiments with live cells, where the performance of the classification was evaluated and the relevance of the features derived from the quantitative phase image was assessed.
|
|
|
Fluorescenční zobrazovací techniky v multimodálním holografickém mikroskopu
Vašíček, David ; Procházková, Jana (oponent) ; Čolláková, Jana (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá registrací obrazů snímků pořízených multimodálním holografickým mikroskopem (MHM). Rešerše je věnována fluorescenční a holografické mikroskopii a multimodálnímu holografickému mikroskopu, který oba tyto typy mikroskopie kombinuje. Aby bylo možné získat novou informaci kombinací obou typů snímků, je nutné každou dvojici snímků sesadit. Je popsán algoritmus pro registraci obrazů metodou fázové korelace a procedura vytvořená v prostředí MATLAB na základě tohoto algoritmu. Je popsán vliv nejdůležitějších parametrů procedury na úspěšnost registrace a jsou komentovány výsledky.
|
|
|
Koherencí řízený holografický mikroskop ve výzkumu životního cyklu buňky
Křížová, Aneta ; Kozubek,, Michal (oponent) ; Uhlířová, Hana (vedoucí práce)
Předmětem diplomové práce bylo použití koherencí řízeného holografického mikroskopu ve výzkumu životního cyklu buňky. V práci je stručně popsána historie interferenční mikroskopie a její aplikace v biologii. Zmíněny jsou i ostatní mikroskopové techniky používané k zobrazování transparentních objektů a stručně je vysvětlena biologie buněčného cyklu. V rámci práce byly navrženy charakteristiky pro popis tvaru buňky, které byly testovány s ohledem na identifikaci jednotlivých fází života buňky. Metoda dynamických fázových diferencí byla modifikována tak, aby byl odlišen vnitřní pohyb hmoty buňky od pohybu hmoty buňky jako celku. Vybrané charakteristiky pak byly použity k vyhodnocení pozorování provedených v holografickém mikroskopu a byly navrženy možnosti jejich dalšího využití. V závěru práce byly shrnuty získané poznatky a byly navrženy úpravy konstrukce mikroskopu a softwaru pro zpracování dat.
|
|
|
Digitální metody zpracování trojrozměrného zobrazení v rentgenové tomografii a holografické mikroskopii
Kvasnica, Lukáš ; Číp, Ondřej (oponent) ; Štarha, Pavel (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá metodami počítačového zpracování obrazových dat v rentgenové mikrotomografii a v digitální holografické mikroskopii. Práce si klade za cíl dosáhnout optimalizací a využitím masivně paralelních grafických karet (GPU -- graphic processing unit) výrazného zrychlení algoritmů jak pro rekonstrukci tomografického zobrazení, tak pro rekonstrukci obrazu v holografické mikroskopii. V oblasti mikrotomografie předkládá práce nové GPU akcelerované implementace filtrované zpětné projekce a filtrace zpětné projekce derivovaných dat. Dále je představena technika normalizace orientace a vyhodnocení 3D tomografických dat. V části týkající se holografické mikroskopie je uveden popis jednotlivých kroků celého zpracování obrazu. Je představena nová původní technika navazování a korekce obrazové fáze poškozené výskytem optických vírů v nenavázané obrazové fázi. Následuje popis rychlé GPU implementace metody kompenzace deformací obrazové fáze a techniky trasování buněk. V závěru je krátce představen program Q-PHASE, který je výsledkem spojení všech algoritmů nezbytných jak pro ovládání, tak rekonstrukci obrazu v holografickém mikroskopu.
|
|
|
Mikroskopie časově proměnných biologických objektů
Uhlířová, Hana ; Kozubek, Michal (oponent) ; Peychl,, Jan (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Předmětem disertační práce je využití transmisního digitálního holografického mikroskopu (DHM) navrženého a zkonstruovaného v Laboratoři optické mikroskopie na ÚFI VUT v Brně pro výzkum dynamiky živých buněk. První část práce se zabývá teoretickým popisem vlastností zobrazení mikroskopu v závislosti na koherenci osvětlení doplněným experimenty s modelovým a reálným biologickým vzorkem. V další části jsou popsány konstrukční změny a inovace mikroskopu a jeho vybavení, které umožnily využívání mikroskopu pro pozorování živých buněk. V~experimentální části byla vypracována metodika přípravy a pozorování živých buněk pro DHM, která byla ověřena při zobrazení dynamiky buněčné apoptózy indukované cytostatikem cis-platinou. Byla zkoumána také dynamika živých buněk při standardních podmínkách a za působení deprivačního stimulu. Pro vyhodnocení kvantitativních změn rozmístění buněčné hmoty během experimentů byla vytvořena metoda zpracování holograficky rekonstruované fáze nazvaná "dynamické fázové diference". Touto metodou byly odhaleny různé vzorce chování rakovinových buněk během specifické reakce v závislosti na typu buněk, stupni jejich malignity a hustotě porostu. Pro kvantitativní analýzu fázového zobrazení z DHM byla navržena vhodná statistická charakteristika a způsob interpretace naměřených dat, které byly úspěšně aplikovány při porovnání vnitrobuněčného pohybu dvou typů rakovinových buněk rodičovské a dceřiné linie. Na základě uvedeného zpracování pozorování byly stanoveny hypotézy o mechanismu reakce nádorových buněk na nepříznivé životní podmínky.
|
|
|
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.
|
|
|
Simulace zobrazení holografickým mikroskopem se zahrnutím optických vad obrazu
Effenberger, Adam ; Kvasnica, Lukáš (oponent) ; Týč, Matěj (vedoucí práce)
Cílem této práce je simulace pozorování živé buňky pohybující se po zašuměném pozadí. Zkušeností, získaných při tvorbě této simulace, bylo využito pro korekci uměle vytvořených dat a následně dat z reálného měření. K tomu bylo využito integrovaného vývojového prostředí Spyder, který je otevřeným softwarem, určeným pro vědecké programování v Pythonu. Simulaci se vytvořit podařilo, úspěšně proběhla i korekce uměle vytvořených dat. Korekce reálných dat je účinná jen částečně, dává tak prostor k dalšímu vylepšení.
|
|
|
Automatizace metody měření povrchových struktur reflexním digitálním holografickým mikroskopem.
Vacula, Daniel ; Šerý, Mojmír (oponent) ; Lovicar, Luděk (vedoucí práce)
Reflexní digitální holografický mikroskop vyvinutý na ÚFI FSI VUT v Brně využívá principu mimoosové holografie s časově a prostorově nekoherentním osvětlením. Mikroskop umožňuje rekonstrukci nejen obrazové amplitudy, ale i obrazové fáze. To se děje prakticky v reálném čase. Jediným omezujícím kritériem je rychlost detekce obrazového hologramu a rychlost výpočetní techniky pro jeho zpracování. Díky rekonstrukci obrazové fáze a obrazové amplitudy lze provádět profilometrická měření s vysokým stupněm rozlišení v osovém směru. Tato diplomová práce se zabývá automatizací měřící metody, která využívá kombinaci fázového a amplitudového zobrazení, při měření vzorků s povrchovou strukturou jejíž výška způsobuje ve fázovém zobrazení neurčitost fáze s celočíselným násobkem 2pí. Součástí této práce je konstrukční návrh osvětlovací soustavy mikroskopu a experimentální ověření funkčnosti zautomatizovaní měřící metody.
|
|
|
Řízení optického stolku interferenčního mikroskopu na základě obrazové fáze
Kvasnica, Lukáš ; Číp, Ondřej (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Digitální holografická mikroskopie je interferenční zobrazovací metoda využívající principu mimoosové obrazové holografie. Z principu této metody vyplývá možnost rekonstruovat z výstupního signálu mikroskopu jak obrazovou amplitudu, tak i obrazovou fázi, a to prakticky v reálném čase. Tato dvě zobrazení lze získat z jediného obrazového hologramu. Rychlost zpracování obrazového hologramu je omezena rychlostí detekce a výkonem výpočetní techniky. Tato diplomová práce se zabývá vývojem obslužného softwaru pro komunikaci se snímací kamerou a pro zpracování obrazového hologramu. Cílem bylo dosáhnout co nejvyšší počet rekonstrukcí komplexní amplitudy provedených za jednotku času a dosáhnout takových výsledků, aby software využil maximálně možnosti datového přenosu mezi kamerou a počítačem. Dále se tato práce zabývá stabilizací polohy optického stolku reflexního digitálního holografického mikroskopu, která je v principu založena na zpracování rekonstruované obrazové fáze a na zavedení zpětné vazby mezi obrazovou fází a piezoelektrickým aktuátorem optického stolku. V práci jsou prezentovány výsledky měření potvrzující funkčnost stabilizace.
|
|
|
Biophysical interpretation of quantitative phase image
Štrbková, Lenka ; Kozubek,, Michal (oponent) ; Hoppe, Andreas (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
This work deals with the interpretation of the quantitative phase images gained by coherence-controlled holographic microscopy. Since the datasets of quantitative phase images are of substantial size, the manual analysis would be time-consuming and inefficient. In order to speed up the analysis of images gained by coherence-controlled holographic microscopy, the methodology for automated interpretation of quantitative phase images by means of supervised machine learning is proposed in this work. The quantitative phase images enable extraction of valuable features characterizing the distribution of dry mass within the cell and hence provide important information about the live cell behaviour. The aim of this work is to propose a methodology for automated classification of cells while employing the quantitative information from both the single-time-point and time-lapse quantitative phase images. The proposed methodology was tested in the experiments with live cells, where the performance of the classification was evaluated and the relevance of the features derived from the quantitative phase image was assessed.
|
host ::
RSS.