The diploma thesis deals with theory of imaging in a transmitted-light digital holographic microscope using partially coherent illumination. The influence of spatial and temporal coherence state on optical sectioning property is solved. The coherent transfer function is calculated. From this function imaging characteristics for a two-dimensional scattering object are derived depending on its defocus. Two different designs of microscopes developed in the Laboratory of optical microscopy in IPE FME BUT are considered.

The perfusion chamber for long term observing of live cells by the means the Coherence-Controlled Holographic Microscope (CCHM) was designed. CCHM was built and designed at the Laboratory of the optical microscopy at the Institute of Physical Engineering, Brno University of Technology. CCHM can quantitatively evaluate dynamical changes inside live cells thanks to the quantitative information about phase shift in each pixel of the image. In order to demonstrate advantages of CCHM experimentally, it is important to keep the live cells in the good conditions. This is made by adding the fresh cultivation medium for studied cells directly in the microscope. In contrast to the stationary chamber the perfusion chamber allows both the cultivation medium exchange and the application of biological reagents without the necessity of removing the chamber from the microscope. Therefore we can study the vital signs of cells before and after the application of reagents. An original perfusion system with accessories compatible with CCHM was designed. The design is based on the previously published perfusion system solutions that are referred to in this thesis. The flow characteristics and medium exchange process was discussed and a modification of the internal geometry, based on numerical simulations, was introduced. The applicability of this perfusion chamber has been proven for the CCHM and even for different types of microscopes. The reactions of tumor and epithelial cells during the change of the environment from the cultivation medium to the physiologically solution were studied.

Digital holographic microscopy (DHM) is noninvasive method for obtaining images even from samples with low contrast. Nowadays DHM design makes it possible to illuminate sample by broad light source, halogene lamp. Broad light source is displayed in the front focal plane of condensor in such way, that Köhler illumination is achieved. Each point of the source corresponds to a plane wave in image field of objective, which illuminates the whole field of view, but from different direction. Position of the point determines the direction of illumination. In this reason, the microscope enables so reconstruct not only intensity, but also phase of object wave. New designed and constructed interchangeable pinhole aperture modify broad light illumination by rotation around the optical axis. Aperture is placed eccentrically considering the optical axis of microscope. Incidence of light beam on a sample would be under defined angle. After the reconstruction of taken phase images from individual angles of illumination should be possible to obtain three-dimensional structure of the sample.

The Human brain consists of mutually connected neuronal populations that build anatomically and functionally separated structures. To understand human brain activity and connectivity, it is crucial to describe how these structures are connected and how information is spread. Commonly used methods often work with data from scalp EEG, with a limited number of contacts, and are incapable of observing dynamic changes during cognitive processes or different behavioural states. In addition, connectivity studies almost never analyse pathological parts of the brain, which can have a crucial impact on pathology research and treatment. The aim of this work is connectivity analysis and its evolution in time during cognitive tasks using data from intracranial EEG. Physiological processes in cognitive stimulation and the local connectivity of pathology in the epileptic brain during wake and sleep were analysed. The results provide new insight into human brain physiology research. This was achieved by an innovative approach which combines connectivity methods with EEG spectral power calculation. The second part of this work focuses on seizure onset zone (SOZ) connectivity in the epileptic brain. The results describe the functional isolation of the SOZ from the surrounding tissue, which may contribute to clinical research and epilepsy treatment.

Le but du projet est le développement de nouvelles techniques d’imagerie pour le diagnostic et le traitement du cancer du rein. Nous avons évalué différentes techniques comprenant la tomographie en cohérence optique et l’imagerie moléculaire. Nous avons évalué différents marqueurs potentiels pour l’imagerie moléculaire en étudiant l’expression de différents marqueurs dans le cancer du rein et leur association avec le pronostic de la maladie. Enfin, nous avons évalué deux techniques d’imagerie moléculaire sur des modèles précliniques : l’Imagerie par Résonnance Magnétique moléculaire et l’échographie moléculaire. / The aim of this project is the development of new imaging techniques for renal cancer diagnostic and treatment.We have assessed several techniques including optical coherence tomography and molecular imaging. We assessed a series of potential markers for molecular imaging by measuring some pre-defined markers expressions by immunohistochemistry in renal cell carcinoma and their association with disease’s prognostic. Finally, we assessed two molecular imaging techniques in pre-clinical models: Molecular Magnetic Resonance Imaging and Molecular Ultrasound Imaging.

La tomographie par cohérence optique plein champ (OCT plein champ) est une technique de microscopie interférométrique basée sur l’utilisation d’une source de lumière faiblement cohérente, telle qu’une lampe halogène. Elle permet de réaliser, de façon non invasive, des images tomographiques à plusieurs centaines de micromètres de profondeur dans les tissus biologiques et avec une résolution spatiale isotrope de l’ordre de 1 µm. Ces travaux de thèse concernent le développement de plusieurs systèmes d'OCT plein champ, dans le but de proposer de nouvelles performances et de nouveaux contrastes destinés à l’imagerie en trois dimensions de tissus biologiques. Nous avons dans un premier temps exploité la large bande spectrale d’émission d’une lampe halogène, afin d’apporter une information spectroscopique et d’être capable de distinguer et de caractériser des zones d’un échantillon qui seraient sinon indiscernables. Puis nous avons optimisé la résolution spatiale d’un montage d’OCT plein champ pour atteindre une valeur record de 0,5 µm (dans l’eau) dans les trois directions de l’espace, notamment grâce à l’utilisation d’une bande spectrale adaptée à l’imagerie de tissus, tels que la peau. Un montage dont le champ de vision est élargi à 18 mm x 18 mm a ensuite été développé et appliqué à l’imagerie du signal d’amplitude ainsi qu’à la mesure quantitative du signal de phase résolu en profondeur. Enfin un système utilisant un laser à balayage spectral comme source de lumière combiné à un traitement numérique de correction de la focalisation a été mis en œuvre. Nous avons ainsi démontré la possibilité de réaliser des images en trois dimensions avec une résolution latérale relativement élevée, sans utiliser le moindre déplacement mécanique durant l’acquisition. / Full-field optical coherence tomography (FF-OCT) is an optical technology based on low-coherence interference microscopy for tomographic imaging of semitransparent samples. Non-invasive three-dimensional imaging can be performed with an isotropic spatial resolution of the order of 1 µm. During the PhD thesis, several FF-OCT systems have been reported achieving extended performances or contrast enhanced images relevant for biological tissues imaging. Firstly, a three-band, 1.9-μm axial resolution FF-OCT system has been implemented to perform spectroscopic contrast enhanced imaging of biological tissues over a 530-1700 nm wavelength range. Then, a study of the FF-OCT axial response has been carried out for maximizing the axial resolution of the system. An isotropic spatial resolution of 0.5 µm (in water) has been obtained by combining 1.2-NA microscope objectives with an optimized broad spectral band adapted to biological tissues imaging, such as skin samples. A set-up with an extended field of view of 18 mm x 18 mm has been also designed and applied to amplitude signal detection as well as depth-resolved quantitative phase signal measurement. At last, we developed a technique based on the combination of full-field swept-source optical coherence tomography (FF-SSOCT) with low spatial coherence illumination and a special numerical processing that allows for numerically focused mechanical motion-free three-dimensional imaging.

Bakgrund: År 2018 drabbades cirka 8700 personer av ett hjärtstopp i Sverige. Hjärtstopp kan upplevas som en traumatisk händelse och kan påverka personens upplevelse av det fortsatta livet. Teoretisk referensram som tillämpats är ”Känsla av sammanhang ”(KASAM) av Aaron Antonovsky. Syfte: Att beskriva patienters upplevelse av att överleva ett hjärtstopp. Metod: En litteraturöversikt av kvalitativ design med induktiv ansats har tillämpats. Resultat: Två teman identifierades. En förändrad kropp med subteman; kognitiva förändringar, fysiska förändringar, emotionella förändringar, existentiella förändringar. En andra chans med subteman; En ny syn på livet, behov av information och stöd och närståendes betydelse. Resultatet visade att kognitiva, fysiska och emotionella förändringar var vanligt. Patienter som överlevt ett hjärtstopp kände ett behov av stöd från anhöriga och sjukvård. Slutsats: Att drabbas av hjärtstopp innebär en livsomvälvande upplevelse. Händelsen visar sig ha såväl fysiska som psykiska konsekvenser. Patienterna känner ett ökat behov av stöd och information från sjukvården. Sjuksköterskan har en viktig roll att tillgodose patientens behov och stärka patientens känsla av sammanhang. Eftersom antalet överlevare ökar finns ett större behov av evidensbaserad kunskap om hur sjuksköterskan på bästa sätt kan stödja denna patientgrupp. Nyckelord: Erfarenheter, hjärtstopp, känsla av sammanhang, omvårdnad, patient, överlevare. / Background: In the year 2018, approximately 8700 people were affected by a cardiac arrest in Sweden. Cardiac arrest can be experienced as a traumatic event and affect the person's experience of the future life. The theoretical reference is “Sense of coherence” (SOC) by Aaron Antonovsky.  Aim: To describe peoples experiences of surviving a cardiac arrest  Method: A literature review of qualitative design with inductive approach. Results: Two themes were identified. A changed body with subthemes cognitive changes, physical changes, emotional changes and existential thoughts. A second chance with subthemes, a new vision on life, need for information and support and the meaning of close relatives. The result showed that cognitive, physical and emotional changes were common. Patients who suffered from cardiac arrest needed support from relatives and healthcare. Conclusion:  Suffering from av cardiac arrest involves a life-changing experience.  The event turns out to have both physical and mental consequences. The patients feel an increased need for support and information from the healthcare system. The nurse has an important role in meeting the patient's needs and strengthening the patient's sense of coherence. As the number of survivors increases, there is a greater need for evidence-based knowledge of how the nurse can support this patient group in the best way. Keyword: experiences, cardiac arrest, survivors, nursing, patient, sense of coherence

In der vorliegenden Arbeit wurde die Netzhaut einiger tagaktiver Raubvögel hinsichtlich ihrer morphologischen und morphometrischen Eigenschaften mit verschiedenen Methoden untersucht. Über die Histologie werden Gestalt und Subspezialisierungen der Netzhaut von neun Vögel sieben verschiedener Spezies in ihrer nasal-temporalen und superior-inferioren Ausdehnung betrachtet. Besonderes Augenmerk lag hierbei auf dem Verhältnis der Photorezeptor- und Neuronenpopulationen zueinander, da hier über den Grad von Konvergenz oder Divergenz der Verschaltung Informationen über die intraretinale Signalverarbeitung gewonnen werden können. Über das Verfahren der Immunhistochemie wurde zudem untersucht, ob sich die Spezies hinsichtlich der intraretinalen Verteilung einiger ausgewählter Marker von Strukturen der Müllerzellen und der Photorezeptoren unterscheiden. Eine weitere angewandte Methode war die optische Kohärenztomographie, ein bildgebendes Verfahren, das non-invasiv in vivo Schnittbilder der Netzhaut erzeugt. Hier konnte gezeigt werden, dass diese aus der humanen Augenheilkunde bekannte Untersuchungstechnik auch am aviären Patienten anwendbar ist. Desweiteren wurde die Darstellbarkeit der aviären Netzhaut, ihrer Besonderheiten und pathologischer Veränderungen bei den verschiedenen Raubvogelspezies untersucht. Für bestimmte Regionen in der Raubvogelnetzhaut wie die Fovea centralis und temporalis, sind in historischen Untersuchungen Formunterschiede beschrieben worden und es konnte gezeigt werden, dass diese auch in vivo bestehen. Zuletzt wird die Frage behandelt, welche Unterschiede der Vergleich zwischen den beiden Verfahren der Netzhautdarstellung aufdeckt, inwiefern beide fehlerbehaftet sind und was bei der Interpretation beachtet werden sollte.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Grundlagen zur Netzhaut 1 1.2 Die optische Kohärenztomographie (OCT) 6 1.3 Aufgabenstellung und klinische Relevanz 7 2 Material und Methoden 10 2.1 Untersuchungsmaterial 10 2.2 Spezies der histomorphologischen Untersuchung 10 2.3 Histologie und Immunhistochemie 14 2.4 Vergleich von OCT-Abbildung und histologischem Korrelat 25 2.5 Untersuchung der Ultrastruktur der aviären Netzhaut 28 3 Ergebnisse 30 3.1 Histologische und immunhistochemische Analyse der Netzhaut von tagaktiven Raubvogelspezies 30 3.2 Untersuchung retinaler Strukturen bei tagaktiven Raubvögeln mittels OCT 84 3.3 Vergleich der Darstellung in OCT und Histologie 91 3.4 Elektronenmikroskopie der äußeren Netzhaut des Raubvogels 95 4 Diskussion 98 4.1 Morphometrische Untersuchungen in Histologie und Immunhistochemie 98 4.2 OCT-Untersuchung von tagaktiven Raubvögeln 110 4.3 Verhältnis von OCT und histologischem Abbild 113 4.4 Fazit und Ausblick 115 Zusammenfassung 117 Literatur 121 Anhang

Auf Basis der vorgestellten Untersuchungen lässt sich ein großes Potenzial der OCT für die Erkennung initialer Kariesstadien sowie für die Darstellung der dentalen Mikrostruktur ableiten. Die eingeführte Depolarisationsbildgebung stellt dabei eine Erweiterung bisheriger OCT-basierter Ansätze dar und wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmalig für die Anwendung am Zahn präsentiert. Darüber hinaus bilden die Ergebnisse der Untersuchungen die Grundlage für die Entwicklung weiterer Prototypen für die intraorale OCT-Bildgebung, die zukünftig eine vielversprechende Ergänzung zu klinisch etablierten Verfahren bei der Diagnostik der Approximalbereiche und Okklusalflächen darstellen könnte.

This thesis presents my personal view of the art and the world around us. Primary issue is the understanding of life and art as a journey and an infinite search. Based on this perspective, the specific topics like art, forms and means of expression, symbolism, concept of a journey, time and work of different artists are being surveyed both generally and specifically. Through the survey of those topics, connections and coherences are being found. This thesis also consists of an analysis of my own art work (painting) and my didactic praxis together with a subject of didactics. The elements of contemplation penetrate the entire thesis.