Detail předmětu

Mikroskopická zobrazovací technika

FEKT-FMZTAk. rok: 2012/2013

Předmět je koncipován jako detailní přehled technik v oblasti světelné mikroskopie. Důraz je kladen na korektní a přiměřené objasnění základních pojmů. Předmět pokrývá oblast teorie světelné mikroskopie včetně pokročilých zobrazovacích technik.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Radim Kolář, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI)

Výsledky učení předmětu

Praktické znalosti o fyzikálních principech, konstrukčních řešení přístrojů a metodách zpracování mikroskopických snímků, které využívá světelná mikroskopie."

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Osnovy výuky

Základy geometrické a vlnové optiky.
Oko, jako optický systém.
Kvalitativní popis optických systémů.
Základní konstrukční řešení mikroskopu.
Detektory - CCD, CMOS.
Mikroskopie temného pole.
Fázový kontrast.
Stereomikroskopie.
Nomarského diferenciální interferenční kontrast.
Hoffmanův modulační kontrast.
Fluorescenční mikroskopie.
Laserová skenovací (konfokální) mikroskopie.
Dvoufotonová a vícefotonová mikroskopie.
Optická koherentní mikroskopie.
Aplikace mikroskopických principů v oftalmologii, dermatologii, endoskopii.
Základní postupy při zpracování mikroskopických snímků.

Učební cíle

Získání znalostí v oblasti světelné mikroskopie a její využití v oblasti medicínských a biologických věd. Praktické zvládnutí metod snímání a analýzy mikroskopických snímků.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

D. B. Murphy Fundamentals of light microscopy and electronic imaging, Wiley-Liss, 2001
P. Mouroulis Visual Instrumentation, McGraw-Hill, 1999

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BTBIO-F magisterský navazující

    obor F-BTB , 1 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Radim Kolář, Ph.D.

Osnova

1. Geometrická optika a vlnová optika - základní optické zákony, jevy a pojmy (interference, aberace, difrakce, polarizace světla), optické komponenty. Interakce světla s hmotou (tkání) - absorpce, rozptyl, útlum, fluorescence, fosforescence, autofluorescence.
2. Oko, jako optický systém, který se podílí na zobrazení. Anatomie oka. Některé zákony spojené s procesem vidění (skotopické, fotopické vidění, Weber - Fencherův zákon, Stiles - Crawfordův efekt, časová adaptační křivka při skotopickém vidění).
3. Popis optických systémů, kvantitativní hodnocení kvality těchto systémů (optická přenosová funkce, modulační přenosová funkce, Strehl ratio, aberační vlnoplocha)
4. Základní konstrukční řešení mikroskopu. Popis a vlastnosti jednotlivých komponent - tělo mikroskopu, okulár, objektiv, kondenzor, zdroje světla. Příklady mikroskopů jednotlivých výrobců.
5. Klasická a digitální mikroskopie, detektory - CCD, CMOS. Vlastnosti těchto detektorů především z hlediska poměru signál-šum, prostorového rozlišení, rychlosti snímání. Video-mikroskopie.
6. Přímý a invertovaný mikroskop - rozdíly v konstrukčním řešení. Mikroskopie temného pole - princip, konstrukce, aplikace. Fázový kontrast - fyzikální a matematický popis jevu fázového kontrastu, konstrukční řešení, aplikace.
7. Stereomikroskopie - princip stereo zobrazování, konstrukční řešení, zpracování naměřených snímků, využití. Nomarského diferenciální interferenční kontrast (DIC), Hoffmanův modulační kontrast (HMC).
8. Fluorescenční mikroskopie - jev fluorescence, princip zobrazování, konstrukční řešení, fluorescenční barviva, využití.
9. Laserová skenovací mikroskopie - princip snímání scény s postupným zaváděním informace. Laserová konfokální mikroskopie - princip konfokality, vliv na prostorové rozlišení. Fluorescenční konfokální mikroskopie, dvoufotonová a vícefotonová mikroskopie.
10. Optická koherentní mikroskopie a tomografie - využití jevu interference pro tomografické snímání scény. Systémy pracující v časové a spektrální oblasti. Aplikace.
11. Další pokročilé techniky zobrazování - TIRFM, FRAP, FRET, STED, holografická mikroskopie.
12. Příprava vzorků pro světelnou mikroskopii. Měření na živých organismech - kontraktilita srdečních buněk. Aplikace mikroskopických principů v oftalmologii, dermatologii, endoskopii.
13. Základní postupy při zpracování mikroskopických snímků - vytváření disparitních map ze stereoskopických snímků, dekonvoluce, vytváření zaostřeného snímku z více snímků snímaných s různou rovinou zaostření.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jan Odstrčilík, Ph.D.

Osnova

1. Úvodní laboratorní cvičení - seznámení se s technickým vybavením mikroskopické laboratoře a s jednotlivými úlohami. Úvod do softwarového prostředí NIS - Elements.
2. Základní operace s obrazem v prostředí Matlab.
3 Práce se stereomikroskopem, vliv osvětlení, rekonstrukce disparitní mapy.
4. Měření modulační přenosové funkce optické soustavy s využitím fotoaparátu Nikon a různých typů objektivů.
5. Zpracování obrazu z optického konfokálního mikroskopu.
6. Měření vlastností fluorescenčního barviva pomocí spektrofotometru.
7. Použití imerzních objektivů, základní techniky analýzy obrazů v prostředí NIS-Elements.
8. Mikroskopie v temném poli a fázový kontrast.
9. Mikroskopování v polarizovaném světle, Malusův zákon.
10. Měření vlnové délky světla pomocí mikroskopu a interferometrických metod.
11. Simulace v geometrické optice.
12. Měření s Hartmann-Shackovým aberometrem
13. Náhradní cvičení.