Passive seismic experiments, MOSAIC, BOHEMA I-III, EgerRift, or, PASSEQ, carried out in the region of the Bohemian Massif (BM), allowed a detailed study of velocity structure of the upper mantle. We present results of tomography studies of the upper mantle beneath the north-eastern and southern parts of the BM based on the data from the BOHEMA II and BOHEMA III experiments (2004-2006). Despite the fact that regions with the highest resolution of velocity perturbations differ in the models, tomography images are similar in overlapping parts. Models of the upper mantle show mostly low- velocity perturbations relatively to radially symmetric velocity model of the Earth beneath the BM. Limited high-velocity heterogeneity beneath the Moldanubian unit, extended in the NE-SW direction, reflects thickening of the lithosphere due to a collision of the BM with the Brunovistulian micro-plate during the Variscan orogeny. The tomography based on the data from the BOHEMA III experiment revealed significant high-velocity heterogeneity in the southern margin of the model with a subduction of the lithosphere beneath the Eastern Alps. Tomographic tests showed that effects of uncorrected velocity heterogeneities within the crust can appear as deep as 100 km and, therefore, they could lead to erroneous interpretation of...

This thesis deals with accelerated 3D rendering of medical data, e.g. computed tomography, using a graphics processor and OpenGL library. Raw data slices are send to graphic memory and rendered by a ray-casting algorithm. The goal of this project is high quality visual output and full user interaction at the same time. Multiple rendering modes are avaiable to the user: MIP, X-Ray simulation and realistic shading.

Tato práce se zaměřuje na pokročilou zobrazovací technologii, rentgenovou počítačovou tomografii (CT). Tato nedestruktivní technika je využívána pro výzkum různých biomateiálů ve tkáňovém inženýrství a materiálové vědě obecně (skafoldy, polymery, keramické materiály, kompozity aj.). Vizualizace a kvantifikace ve 3D jsou výhodné v rámci multidisciplinárního přístupu, který je často v těchto odvětvích uplatňován. Záměr této práce lze rozdělit do dvou oblastí. Prvním tématem je optimalizace měřicí procedury různých měkkých materiálů pomocí CT s laboratorními rentgenovými zdroji. To zahrnuje převážně zobrazování ve fázovém kontrastu, konkrétně metodu volného šíření záření (VŠZ). Tato práce teoreticky popisuje VŠZ a demonstruje tento jev na řadě experimentů. Následné nezbytné zpracování dat získaných VŠZ je implementováno a vyhodnoceno na základě míry zlepšení obrazových dat. Druhé téma ukazuje konkrétní aplikace CT v materiálovém inženýrství. Několik studií s různými CT zařízeními ukazuje příklady možných aplikací a obrazového zpracování. Příklady korelace CT dat s jinými doplňkovými technikami ukazují, jak může být CT aplikována v multioborovém přístupu ke komplexnímu řešení vědeckých problémů.

Analýza medicínských obrazů je předmětem základního výzkumu již řadu let. Za tu dobu bylo v této oblasti publikováno mnoho výzkumných prací zabývajících se dílčími částmi jako je rekonstrukce obrazů, restaurace, segmentace, klasifikace, registrace (lícování) a fúze. Kromě obecného úvodu, pojednává tato disertační práce o dvou medicínsky orientovaných tématech, jež byla formulována ve spolupráci s Philips Netherland BV, divizí Philips Healthcare. První téma je zaměřeno na oblast zpracování obrazů subtrakční angiografie dolních končetin člověka získaných pomocí výpočetní X-Ray tomografie (CT). Subtrakční angiografie je obvykle využívaná při podezření na periferní cévní onemocnění (PAOD) nebo při akutním poškození dolních končetin jako jsou fraktury apod. Současné komerční metody nejsou dostatečně spolehlivé už v předzpracování, jako je například odstranění pacientského stolu, pokrývky, dlahy, apod. Spolehlivost a přesnost identifikace cév v subtrahovaných datech vedoucích v blízkosti kostí je v důsledku Partial Volume artefaktu rovněž nízká. Automatické odstranění kalcifikací nebo detekce malých cév doplňujících nezbytnou informaci o náhradním zásobení dolních končetin krví v případě přerušení hlavních zásobujících cév v současné době rovněž nesplňují kritéria pro plně automatické zpracování. Proto hlavním cílem týkající se tohoto tématu bylo vyvinout automatický systém, který by mohl současné nedostatky v CTSA vyšetření odstranit. Druhé téma je orientováno na identifikaci patologických změn na páteři člověka v CT obrazech se zaměřením na osteolytické a osteoblastické léze u jednotlivých obratlů. Tyto změny obvykle nastávají v důsledků postižení metastazujícím procesem rakovinového onemocnění. Pro detekci patologických změn je pak potřeba identifikace a segmentace jednotlivých obratlů. Přesnost analýzy jednotlivých lézí však závisí rovněž na správné identifikaci těla a zadních segmentů u jednotlivých obratlů a na segmentaci trabekulárního centra obratlů, tj. odstranění kortikální kosti. Během léčby mohou být pacienti skenováni vícekrát, obvykle s několika-mesíčním odstupem. Hodnocení případného vývoje již detekovaných patologických změn pak logicky vychází ze správné detekce patologií v jednotlivých obratlech korespondujících si v jednotlivých akvizicích. Jelikož jsou příslušné obratle v jednotlivých akvizicích obvykle na různé pozici, jejich fúze, vedoucí k analýze časového vývoje detekovaných patologií, je komplikovaná. Požadovaným výsledkem v tomto tématu je vytvoření komplexního systému pro detekci patologických změn v páteři, především osteoblastických a osteolytických lézí. Takový systém tedy musí umožnovat jak segmentaci jednotlivých obratlů, jejich automatické rozdělení na hlavní části a odstranění kortikální kosti, tak také detekci patologických změn a jejich hodnocení. Ačkoliv je tato disertační práce v obou výše zmíněných tématech primárně zaměřena na experimentální část zpracování medicínských obrazů, zabývá se všemi nezbytnými kroky, jako je předzpracování, registrace, dodatečné zpracování a hodnocení výsledků, vedoucími k možné aplikovatelnosti obou systému v klinické praxi. Jelikož oba systémy byly řešeny v rámci týmové spolupráce jako celek, u obou témat jsou pro některé konkrétní kroky uvedeny odkazy na doktorskou práci Miloše Malínského.

Im Mittelpunkt der Arbeit stehen Betrachtungen zur Mobilität von epikutan applizierten ESR-Spinsonden, sowie noch weitgehend ungeklärte Fragen zu den Wechselwirkungen zwischen Liposomen und Haut. Dazu gehört vor allem die Frage nach der Integrität von epikutan applizierten Liposomen. Weiterhin wurden die Auswirkungen von Liposomen auf die Flexibilität der intercorneozytären Lipiddoppelmembranen, die Penetration von ESR-Spinsonden unterschiedlicher Hydro-/Lipophilie, sowie die Mobilität von ESR-Spinsonden in der Haut und die Polarität ihrer Mikroumgebung untersucht. Als wichtigste Ergebnisse der Arbeit sind folgende Punkte zu nennen. Liposomen verlieren nach epikutaner Applikation ihre Integrität und bilden auf dem Stratum corneum einen Lipidfilm aus. Dabei nimmt nicht nur der Dispersitätsgrad der Liposomen sondern auch die Flexibilität ihrer Membranen ab. Entgegen der Erwartung führt die epikutane Applikation von liposomalen Zubereitungen nicht zu einer stärkeren Fluidisierung der intercorneozytären Lipiddoppelmembranen als Phosphatpuffer, wohingegen durch Ölsäure eine deutlich stärkere Fluidisierung erreicht wird. Liposomen mit rigiden Membranen führen zu höheren Spinsondenkonzentrationen in der Haut als Liposomen mit fluiden Membranen, und solche aus partialsynthetischen Lipiden führen zu höheren Konzentrationen als Liposomen aus Sojabohnenphospholipiden. Der Vergleich der Penetration von ESR-Spinsonden in die Haut nach epikutaner Applikation von Liposomen mit der Penetration der Spinsonden aus anderen topischen Zubereitungen zeigt, dass eine generelle Aussage zur Penetrationsförderung durch die Anwendung von Liposomen problematisch ist. Es konnte ein Polaritätsprofil der Mikroumgebung von Spinsonden in der Haut erstellt werden, das belegt, dass die Polarität in der Epidermis geringer ist als in der Dermis. Mit zunehmender Inkubationsdauer konnte ein Anstieg der Polartiät in den Hautproben nachgewiesen werden. Die Anwendung eines durch Freed et al. entwickelten Computerprogramms zur Bestimmung von Rotationskorrelationszeiten sich langsam bewegender Moleküle aus Spektren, die mittels spektral-räumlich aufgelöster ESR-Tomografie erhalten wurden, erlaubt die Erstellung von Viskositätsprofilen der oberen Hautschichten in Abhängigkeit von den epikutan applizierten Zubereitungen. Die Bandbreite der ortsabhängig berechneten Rotationskorrelationszeiten von CAT-1 und TEMPOL in der Haut nach epikutaner Applikation der Spinsonden in Liposomen reicht von 5,94 ns bis 1,97 ns. Dies entspricht einer Viskosität der Mikroumgebung von 118 bis 26 mPas. / The present thesis was focused on the mobility of epicutaneously applied ESR spinprobes and open questions concerning the interactions between liposomes and skin e.g. the integrity of liposomes after epicutaneous application. Additionally the effect of liposomes on the flexibility of lipid membranes in the stratum corneum, the penetration of ESR spinprobes with different hydrophilic / lipophilic properties as well as the mobility and polarity of the microsurrounding of ESR spinprobes in the skin were investigated. The main results of the investigations are mentioned in the following. There will be a loss of integrity of epicutaneously applied liposomes and a lipid film will be formed on the stratum corneum. At the same time the degree of dispersity and the flexibility of their membranes decreases. Contrary to the expectation the application of liposomal formulations does not lead to a stronger fluidity of the lipid membranes of the stratum corneum than the incubation of the samples with phosphate buffer, whereas the incubation with oleic acid results in a substantial increase of the fluidity. The application of ESR spinprobes in liposomes with rigid membranes leads to higher spinprobe concentrations in the skin than with liposomes having fluid membranes. At the same time the application of liposomes made from semi-synthetic lipids leads to higher concentrations of the spinprobe in the skin, than the application of liposomes made from soybean phospholipids. The penetration of spin probes into the skin out of liposomes compared to other topical preparations shows, that a general statement concerning the penetration enhancing effect of liposomes is difficult. On using the ESR tomography a polarity profile of the skin was obtained, showing that the polarity in the epidermis is lower than in the dermis. With increasing incubation time of the skin samples the polarity increases. The application of a computer program, developed by Freed et al. in order to determine rotational correlation times for slowly tumbling molecules, to spectra, obtained from spectral-spatially resolved ESR tomography, allowed the establishment of viscosity profiles for the upper skin layers in dependency on the applied formulations. The range of the calculated rotational correlation times of CAT-1 and TEMPOL in the skin reaches from 5.94 ns to 1.97 ns. This corresponds to a viscosity of the spinprobes microsurrounding from 118 to 26 mPas.

Cette thèse s'articule autour de deux axes de recherche. Le premier axe aborde les aspects méthodologiques liés au traitement temps-fréquence des signaux issus d'un radar FMCW (à onde continue modulée en fréquence) dans le contexte de la mesure des déplacements fins. Le second axe est dédié à la conception et à la validation d'une chaîne de traitement des images RSO (radar à synthèse d'ouverture) satellitaire. Lorsqu'un maillage 3D de la structure envisagée est disponible, les traitements proposés sont validés par l'intercomparaison avec les techniques conventionnelles d'auscultation des grands ouvrages d'art.D'une part, nous étudions la correction de la non-linéarité d'un radar FMCW en bande X, à courte portée, conçu pour la mesure des déplacements millimétriques. La caractéristique de commande non linéaire de l'oscillateur à large bande, entraine une perte de résolution à la réception. Afin de pallier cet inconvénient, nous avons développé deux méthodes basées sur le ré-échantillonnage temporel (time warping) dans le cas des signaux à large bande non-stationnaires. La première approche estime la loi de fréquence instantanée non linéaire à l'aide de la fonction d'ambiguïté d'ordre supérieur, tandis que la deuxième approche exploite la mesure de concentration spectrale du signal de battement dans un algorithme d'autofocus radial.D'autre part, nous proposons un cadre méthodologique général pour la détection et le pistage des centres de diffusion dans les images RSO pour la surveillance des grands ouvrages d'art. La méthode est basée sur la ré-focalisation de chaque image radar sur le maillage 3D de l'infrastructure étudiée afin d'identifier les diffuseurs pertinents par tomographie 4D (distance – azimut – élévation – vitesse de déformation). L'algorithme de ré-focalisation est parfaitement compatible avec les images RSO acquises dans les différents modes (« stripmap », « spotlight » et « sliding spotlight ») : dé-focalisation en azimut suivie par rétroprojection modifiée (conditionnée par la structure temps-fréquence du signal) sur l'ensemble donné des points. Dans la pile d'images ré-focalisées, les centres de diffusion sont détectés par tomographie 4D : test de conformité à l'hypothèse d'élévation zéro dans le plan élévation – vitesse de déformation. La vitesse moyenne correspond au maximum à l'élévation zéro, tandis que la série temporelle des déplacements est obtenue par double différence de phase des amplitudes complexes pour chaque diffuseur pertinent.Nous présentons également les campagnes in situ effectuées au barrage de Puylaurent (et glissement de Chastel) : les relevés GPS, topographiques et LIDAR sol employées au calcul des maillages 3D. La comparaison entre les déplacements mesurés in situ et les résultats obtenus par l'exploitation conjointe de la télédétection RSO satellitaires et les maillages 3D valident la chaîne de traitement proposée. / The thesis is composed of two research axis. The first one consists in proposing time-frequency signal processing tools for frequency modulated continuous wave (FMCW) radars used for displacements measurements, while the second one consists in designing a spaceborne synthetic aperture radar (SAR) signal processing methodology for infrastructure monitoring when an external point cloud of the envisaged structure is available. In the first part of the thesis, we propose our solutions to the nonlinearity problem of an X-band FMCW radar designed for millimetric displacement measurements of short-range targets. The nonlinear tuning curve of the voltage controlled oscillator from the transceiver can cause a dramatic resolution degradation for wideband sweeps. To mitigate this shortcoming, we have developed two time warping-based methods adapted to wideband nonlinearities: one estimates the nonlinear terms using the high order ambiguity function, while the other is an autofocus approach which exploits the spectral concentration of the beat signal. Onwards, as the core of the thesis, we propose a novel method for scattering centers detection and tracking in spaceborne SAR images adapted to infrastructure monitoring applications. The method is based on refocusing each SAR image on a provided 3D point cloud of the envisaged infrastructure and identifying the reliable scatterers to be monitored by means of four dimensional (4D) tomography. The refocusing algorithm is compatible with stripmap, spotlight and sliding spotlight SAR images and consists of an azimuth defocusing followed by a modified back-projection algorithm on the given set of points which exploits the time-frequency structure of the defocused azimuth signal. The scattering centers of the refocused image are detected in the 4D tomography framework by testing if the main response is at zero elevation in the local elevation-velocity spectral distribution. The mean displacement velocity is estimated from the peak response on the zero elevation axis, while the displacements time series for detected single scatterers is computed as double phase difference of complex amplitudes.Finally, we present the measurement campaigns carried out on the Puylaurent water-dam and the Chastel landslide using GPS measurements, topographic surveys and laser scans to generate the point clouds of the two structures. The comparison between in-situ data and the results obtained by combining TerraSAR-X data with the generated point clouds validate the developed SAR signal processing chain. / Teza cuprinde două axe principale de cercetare. Prima axă abordează aspecte metodologice de prelucraretimp-frecvenţă a semnalelor furnizate de radare cu emisie continuă şi modulaţie de frecvenţă (FMCW)în contextul măsurării deplasărilor milimetrice. În cadrul celei de-a doua axe, este proiectată şi validatăo metodă de prelucrare a imaginilor satelitare SAR (radar cu apertură sintetică) ce este destinatămonitorizării infrastructurii critice şi care se bazează pe existenţa unui model 3D al structurii respective.În prima parte a tezei, sunt investigate soluţii de corecţie a neliniarităţii unui radar FMCW în bandaX destinat măsurării deplasărilor milimetrice. Caracteristica de comandă neliniară a oscilatorului debandă largă determină o degradare a rezoluţiei în distanţă. Pentru a rezolva acest inconvenient, au fostelaborate două metode de corecţie a neliniarităţii, adaptate pentru semnale de bandă largă, ce se bazeazăpe conceptul de reeşantionare neuniformă sau deformare a axei temporare. Prima abordare estimeazăparametrii neliniarităţii utilizând funcţii de ambiguitate de ordin superior, iar cea de-a doua exploateazăo măsură de concentraţie spectrală a semnalului de bătăi într-un algoritm de autofocalizare în distanţă.În a doua parte a lucrării, este propusă o metodologie generală de detecţie şi monitorizare a centrilorde împrăştiere în imagini SAR în scopul monitorizării elementelor de infrastructură critică. Metoda sebazează pe refocalizarea fiecărei imagini radar pe un model 3D al structurii investigate în scopul identificăriicentrilor de împrăştiere pertinenţi (ţinte fiabile ce pot fi monitorizate în timp) cu ajutorul tomografiei SAR4D (distanţă-azimut-elevaţie-viteză de deplasare). Algoritmul de refocalizare este compatibil cu imaginiSAR achiziţionate în moduri diferite (« stripmap », « spotlight » şi « sliding spotlight ») şi constă într-odefocalizare în azimut urmată de o retroproiecţie modificată (condiţionată de structura timp-frecvenţă asemnalului) pe modelul 3D al structurii. Ţintele sunt identificate în stiva de imagini refocalizate cu ajutorultomografiei 4D prin efectuarea unui test de conformitate cu ipoteza că centrii de împrăştiere pertinenţivor avea elevaţie zero în planul local elevaţie-viteză. Viteza medie de deformare corespunde maximuluide pe axa de elevaţie nulă, iar seria temporară a deplasărilor se obţine printr-o dublă diferenţă de fază aamplitudinilor complexe corespunzătoare ţintelor identificate.În final sunt prezentate campaniile de măsurători pe teren efectuate la un baraj şi o alunecare de terendin regiunea Puylaurent (Franţa) destinate obţinerii modelului 3D al celor două elemente de infrastructurăprin măsurători GPS, topografice şi LIDAR. Comparaţia între deformările măsurate pe teren şi rezultateleobţinute prin combinarea imaginilor SAR cu modelele 3D au permis validarea metodologiei propuse.

Retinal nerve fiber layer measurement in patients with Alzheimer's disease The current ophthalmologist's possibilities in diagnostics of Alzheimer's disease Alzheimer disease (AD) is the most common cause of dementia syndrome and mild cognitive impairment. To enroll the disease most securely there are used so called biomarkers using evidence of changed brain metabolism by pozitron emission tomography (PET) and in cerebrospinal fluid or the brain's structure magnetic resonance imaging (MRI). These methods are expensive, organisationally and temporally challenging and burdening for the patients. According to that reasons we are still seeking for alternative attitudes suitable for early diagnosis. The evaluation of thickness of retinal nerve fiber layer (RNFL) which is well accessible to examination through optical aparatus of the eye could be one of the options. The aim of our work was to present current knowledges about Alzheimer's disease targeting relations of Alzheimer's disease and an ophthalmological finding. In the next part of this paper we introduce the retinal nerve fiber layer measurement by optical coherence tomography (OCT) as a potential diagnostics method by screening of patients with Alzheimer's disease and to present our results measured in our cohort of patients. The studied cohort...

Magnetic Resonance Imaging (MRI) is one of noninvasive imaging and diagnostic methods in today's medicine. The most commonly measured nucleus is H1 of the water molecules present in the human body. There are also methods that use signal saturation transfer between the contrast agent and water molecules via exchangeable H1 nuclei, or use a different nucleus like F19 . Compounds that show a high potential in this area are complexes of paramagnetic ions such as Gd3+ , Eu3+ , Co2+ , Cu2+ and Ni2+ , which can affect relaxation times and chemical shifts of other atoms due to their magnetic properties. This Master's thesis focuses on ligands L1 and L2 which were prepared in the Bachelor thesis. The main focus is on preparation of complexes with selected paramagnetic ions and subsequent study of their properties relevant for a potential use as contrast agents for F19 -MRI and CEST methods. Keywords: F19 -MRI, CEST, macrocyclic ligands, coordination chemistry

This theses is focused on the description of subsurface in the area of interest - Kopaninský and Jenínský stream catchment - and consequently thy most accurate interpretation depth of impermeable bedrock. Geophysical multicable metod (ERT - electrical resistivity tomography") was selected for field measurements. This method of geophysical survey provides the information on subsurface structures, verifies hypotheses and brings new information on the lithological and structural conditions below the surface. ERT measurements were performed automatically by geoelektrical ARES device in combination with inteligent electrodes. The data obtained by field measurements were plotter in the form of resistive sections (using ReS2DInv software) which were used for the later interpretation. The given results determine the depth and process of impermeable bedrock which are important for more accurate data inputs like for modeling rainfall-runoff processes especially in the field of calibration and validation of each adjustment of models as well as for the next other hydrogical analyzes and studies carried out in the research projects. The purpose of this work is to determine the depth of impermeable bedrock and could serve as a data input for MIKE SHE hydrological modeling.

Se zvyšující se dostupností medicínského CT vyšetření a s rostoucím počtem patologických stavů, pro které je indikováno, se redukce pacientské dávky ionizujícího záření stává stále aktuálnějším tématem. Výrazný pokrok v tomto odvětví představují nové metody rekonstrukce obrazů z projekcí, tzv. moderní iterativní rekonstrukční metody. Zároveň se zavedením těchto metod vzrostla potřeba pro měření obrazové kvality. Kvalita iterativně rekonstruovaných dat byla doposud kvantitativně hodnocena pouze na fantomových datech nebo na malých oblastech zájmu v reálných pacientských datech. Charakter iterativně rekonstruovaných dat však naznačuje, že tyto přístupy nadále nejsou dostatečné a je nutné je nahradit přístupy novými. Hlavním cílem této dizertační práce je navrhnout nové přístupy k měření kvality CT obrazových dat, které budou respektovat specifika iterativně rekonstruovaných obrazů a budou počítána plně automaticky přímo z reálných pacientských dat.