Rentgenová počítačová tomografie je univerzální technika umožňující nedestruktivní trojrozměrné (3D) zobrazování. Je široce používána v průmyslu pro metrologii a charakterizaci materiálů. V poslední době našla svůj význam také v biologii a vývojové vědě, kde 3D rekonstruovaná data poskytují komplexnější informace o vzorku než konvenční 2D zobrazovací metody. Kromě toho může vytvářet vysoce kvalitní snímky různých biologických vzorků. Překážkou při zobrazování biologických vzorků může být velmi podobný koeficient útlumu měkkých tkání, a proto je nutné použít barvení chemickou látkou. Tato práce si klade za cíl pomocí mikropočítačové tomografie vizualizovat a kvalitativně vyhodnotit srdce embryonálních myší E17.5 a představit nejlepší barvící protokol. Dále byla zavedena metodika pro zvýraznění rozdílů mezi myší divokého typu a mutantem. Rigaku nano 3DX byl použit pro experimenty s mezi-komorovou přepážkou myšího srdce a po nastavení specifických parametrů zařízení byl použit algoritmus pro zvýraznění fáze. Nakonec byla provedena validace $\mu$ CT dat se snímkami z konfokálního mikroskopu.

The thesis deals with the edge detection in the magnetic resonance images and their segmentation. There are adduced the gradient based methods, methods based on zero-crossing in the Laplacian images and also methods combined both of the methods adduced above. These methods are compared to find the best one for the temporo-mandibular joint detection. Consequently sufficient segmentation method for particular parts of the temporo-mandibular joint (the condyle, the acetabulum and the articular disk) separation is chosen.

This work describes optical coherence tomography, it's principle and methods for automatic segmentation intra-retinal layers in OCT images . There is proposed algorithm for boundary detection of two intra retinal layers, RFNL and RPE layer based on thresholding and second algorithm for detection of seven layers, which is based on graph search algorithm. In summary is compared accuracy against manualy segmented layers and there is also proposed solution for problematic parts.

The thesis discusses the possibilities of using contour shape classification for detection of mis-segmented bones in computed tomography (CT) data. In the first part there are presented published methods and algorithms which deal with the segmentation of bone structures in CT data. Then segmentation of cortical bones is implemented by a simple thresholding with global threshold. The threshold is determined by the optimized fitting of a selected type probability distribution to the histogram. Subsequently, the thesis describes some important shape descriptors that can quantitatively describe the shapes of objects in the image. Further, the contour extraction is implemented and a suitable shape descriptor, cumulative angular function, is applied. Finally, the points which can potentially indicate mis-segmented bones are detected by using continuous wavelet transform. The proposed technique is tested on the real CT data.

X-ray computed tomography is a nondestructive method for 3D imaging of inner structure of objects; it is, however, restricted by absorption properties of materials. With phase contrast imaging, observation of samples with low absorption or with parts with similar absorption becomes possible. For a long time, phase contrast imaging has been restricted to synchrotron radiation sources or special techniques due to requirement of spatial coherence of radiation. Along with recent development of X-ray micro and nanofocus tubes and X-ray detectors a phase contrast imaging becomes available also with laboratory sources. In this work an overview of phase contrast imaging methods is given, with an emphassis on propagation based method. Examples of this method and application of phase retrieval algorithm on samples from RIGAKU Nano3DX and GE phoenix v|tome|x L240 stations within Laboratory of X-ray micro and nanotomography CEITEC BUT are shown.

This thesis uses the metric evaluation of 3D models created from CT images. The study is based on an examination of 51 males and 55 females CT scans from recent European population and also based on a metric data (10 linear measurements) of the same geographical provenance of the mid-20th century (n=113). The purpose of our research project is to determine the degree of sexual dimorphism in current population and compare the degree of sexual dimorphism in this geographic area in the middle of the last century. Intraobserver variabilities of linear measurements were less than 2%. Both groups were statistically tested. An index of sexual dimorphism (ISD) was used to assess the level of sexual dimorphism within each sample (Paris ISD = 8,28, Marseille ISD = 6,50). The two-sided t-test indicates that the degree of sexual dimorphism is not significantly different between population from the mid-20th century and recent population (p = 0,680). The secular trend was expressed by the z-score. The results showed that changes in the pelvic bone between the two groups are not significant, since neither one of the measurements does not exceed ±2 SD. Finally, we verified the reliability of method DSP ("Diagnose Sexuelle Probabiliste") for measurements deducted from CT-derived models. The results showed the...

The aim of this work has been the development and optimization of methods for early diagnosis of lung cancer, their utility and integration into daily practice. Firstly, we developed a device for measurement of endobronchial temperature (thermobronchoscopy) and found significant difference in endoluminal temperature above tumors and infiltrated lymph nodes compared to healthy regions. We further designed an appliance for near infrared spectroscopy of the bronchial mucosa and identified spectroscopic features useful for localization of solitary pulmonary nodule. The use of the appliance improved yield of endobronchial biopsy compared to endobronchial ultrasound. In the next part of the study, we describe further techniques for early diagnosis of lung cancer including endobronchial ultrasound, optical coherence tomography, confocal fluorescence microendoscopy, reflectance spectroscopy, autofluorescence bronchoscopy, fluorescence bronchoscopy, and narrow band imaging with concise introduction of our experience gained in several pilot projects. Next, we showed the utility of measurement of acetic acid in exhaled air as a promising biomarker for non-invasive identification of patients with symptomatic acid gastroesophageal reflux. Lastly, we demonstrated significant difference in radiation dose in HRCT...

In computed tomography (CT) cross-sectional images of the attenuation distribution within a slice are created by scanning radiographic projections of an object with a rotating X-ray source detector compound and subsequent reconstruction of the images from these projection data on a computer. CT can be made very fast by employing a scanned electron beam instead of a mechanically moving X-ray source. Now this principle was extended towards high-energy electron beam tomography with an electrostatic accelerator. Therefore a dedicated experimental campaign was planned and carried out at the Budker Insitute of Nuclear Physics (BINP), Novosibirsk. There we investigated the capabilities of BINP’s accelerators as an electron beam generating and scanning unit of a potential high-energy electron beam tomography device. The setup based on a 1 MeV ELV-6 (BINP) electron accelerator and a single detector. Besides tomographic measurements with different phantoms, further experiments were carried out concerning the focal spot size and repeat accuracy of the electron beam as well as the detector’s response time and signal to noise ratio.

Die Strahlentherapie ist einer der drei Partner im interdisziplinären Feld der Onkologie. In Europa, Asien und den USA besteht zunehmend die Möglichkeit einer Therapie mit Strahlen aus geladenen Ionen anstelle von Photonen. Eine Anlage in Dresden befindet sich in der Kommissionierungsphase. Die Ionenstrahltherapie bietet den Vorteil einer sehr konformalen Behandlung des Tumorvolumens durch die endliche Reichweite der Strahlen und ein ausgeprägtes Dosismaximum kurz vor dem Ende des Strahlpfades. Da eine Therapie in der Regel über bis zu 30 Sitzungen an verschiedenen Tagen durchgeführt wird und der Strahlweg stark von dem durchdrungenen Gewebe beeinflusst wird, sind Verfahren für eine in vivo Verifikation der Strahlapplikation wünschenswert. Eine dieser Methoden ist die Partikeltherapie–Positronen-Emissions-Tomografie (PT-PET). Sie beruht auf der Messung der vom Therapiestrahl erzeugten β+-Aktivitätsverteilung. Da eine direkte Berechnung der Dosis aus der Aktivität in lebendem Gewebe nicht möglich ist, wird die gemessene Aktivitätsverteilung mit einer berechneten Vorhersage verglichen und anschließend entschieden, ob die nächste Therapiesitzung wie geplant erfolgen kann oder Anpassungen notwendig sind. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit drei Themen aus dem Bereich der Datenverarbeitung für die PT-PET. Im ersten Teil wird ein Algorithmus zur Bestimmung von Reichweitendifferenzen aus zwei β+- Aktivitätsverteilungen adaptiert und evaluiert. Dies geschieht zunächst anhand einer Simulationsstudie mit realen Patientendaten. Ein Ansatz für eine automatisierte Analyse der Daten lieferte keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Daher wird ein Software-Prototyp für eine semiautomatische, assistierte Datenanalyse entwickelt. Die Evaluierung erfolgt durch Experimente mit Phantomen am 12C-Strahl. Die erzeugte Aktivitätsverteilung wird von physiologischen Prozessen im Organismus beeinflusst. Dies führt zu einer Entfernung von Emittern vom Ort ihrer Erzeugung und damit zu einer Verringerung der diagnostischen Wertigkeit der erfassten Verteilung. Zur Quantifizierung dieses als Washout bezeichneten Effektes existiert ein am Tierexperiment gewonnenes Modell. Dieses Modell wird im zweiten Teil der Arbeit auf reale Patientendaten angewendet. Es konnte gezeigt werden, dass das Modell grundsätzlich anwendbar ist und für die betrachtete Tumorlokalisation Schädelbasis ein Washout mit einer Halbwertszeit von (155,7±4,6) s existiert. Die Berechnung der Vorhersage der β+-Aktivitätsverteilung kann durch übliche Monte-Carlo-Verfahren erfolgen. Dabei werden die Wechselwirkungsquerschnitte zahlreicher Reaktionskanäle benötigt. Als alternatives Verfahren wurde die Verwendung gemessener Ausbeuten (Yields) radioaktiver Nuklide in verschiedenen Referenzmaterialien vorgeschlagen. Auf Basis einer vorhandenen Datenbank dieser Yields und einer existierenden Condensed-History-Monte-Carlo-Simulation wird ein Programm zur Berechnung von Aktivitätsverteilungen auf Yieldbasis entwickelt. Mit der Methode kann die β+-Aktivitätsverteilung in Phantomen und Patienten zufriedenstellend vorhergesagt werden. Die entwickelten Verfahren sollen einen Einsatz der PT-PET im klinischen Umfeld erleichtern und damit einen breiten Einsatz ermöglichen, um das volle Potential der Ionenstrahltherapie nutzbar zu machen.

The aim of this work has been the development and optimization of methods for early diagnosis of lung cancer, their utility and integration into daily practice. Firstly, we developed a device for measurement of endobronchial temperature (thermobronchoscopy) and found significant difference in endoluminal temperature above tumors and infiltrated lymph nodes compared to healthy regions. We further designed an appliance for near infrared spectroscopy of the bronchial mucosa and identified spectroscopic features useful for localization of solitary pulmonary nodule. The use of the appliance improved yield of endobronchial biopsy compared to endobronchial ultrasound. In the next part of the study, we describe further techniques for early diagnosis of lung cancer including endobronchial ultrasound, optical coherence tomography, confocal fluorescence microendoscopy, reflectance spectroscopy, autofluorescence bronchoscopy, fluorescence bronchoscopy, and narrow band imaging with concise introduction of our experience gained in several pilot projects. Next, we showed the utility of measurement of acetic acid in exhaled air as a promising biomarker for non-invasive identification of patients with symptomatic acid gastroesophageal reflux. Lastly, we demonstrated significant difference in radiation dose in HRCT...