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Setup optimization and improvement of the data analysis for the electro-optic fluorescence lifetime imaging microscopy (EOFLIM) project
Daniel Aziz
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physics
Betreuer*in
Thomas Juffmann
DOI
10.25365/thesis.81069
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-27135.36769.606540-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie (eng.: FLIM) ist eine Technik, die im Rahmen
von biomedizinischer Bildgebung eingesetzt wird und kann, durch die Eigenschaften der
Fluoreszenzlebensdauer, als Indikator für Änderungen des pH-Wertes, der Viskosität oder
chemischen Konzentration fungieren. Bilder werden in einer von zwei Erfassungsmodi
aufgenommen: Raster-FLIM oder Weitfeld-FLIM. Während Raster-FLIM Bilder in
höherer Auflösung produziert, ist es sehr langsam im Vergleich zu Weitfeld-FLIM.
Der EOFLIM Aufbau ist ein FLIM Mikroskop, das ein elektro-optisches (EO) Element
als temporäre Takteinheit nutzt, wodurch es die Geschwindigkeit von Weitfeld-FLIM und
die Sensitivität von Raster-FLIM kombiniert. Das Ziel dieser Arbeit ist, den Aufbau
für zwei bevorstehende Kollaborationen vorzubereiten. Die Erste, eine Kollaboration
mit der Huser Group der Universität Bielefeld (UNIBIE), wird den EOFLIM Aufbau als
Modul ihres Structured Illumination Microscope (SIM) nutzen, um Bilder von Zellen und
Gewebe in ultrahoher Auflösung aufzunehmen. Gemeinsam mit der Unterhuber Group
der Medizinischen Universität Wien (MEDUVIE) handelt die zweite Kollaboration davon,
deren FLIM Aufbau mit dem EOFLIM Aufbau bezüglich deren Anwendbarkeit bei der
Gehirntumorentfernung zu vergleichen. Insbesondere sollen sie Photonenausbeute, die
Bildwiederholungsrate, sowie das erreichbare Signal-Rausch-Verhätlnis untersucht werden.
Um den Aufbau vorzubereiten, sind experimentelle Arbeit und Simulationen notwendig.
Dies beinhaltet eine Reduktion der optischen Aberrationen durch Evaluation optischer
Elemente durch einen Wellenfrontsensor und die Simulation von Punktspreizfunktionen
von gegenwärtigen und potenziell zukünftigen optischen Elementen. Computerarbeit
wird im Rahmen von Verfeinerung der Datenanalyse zur sub-pixel Genauigkeit durch
Modifikation vorhandener oder Erstellung neuer Matlab und Python Skripte, welche die
Voraussetzungen des Aufbaus und der Wissenschafter erfüllen, durchgeführt. Sowohl die
experimentelle als auch die Simulationsanalyse führte zum Kauf neuer optischer Elemente,
die die Qualität und Güte des optischen Systems erhöhten. Die Programmieraufgaben
verbesserten Genauigkeit, Geschwindigkeit und Nutzerfreundlichkeit der Datenanalyse.
Abstract
(Englisch)
Fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) is a technique used in the realm of
biomedical imaging and can, through the properties of fluorescence lifetime, act as an
indicator for changes in pH, viscosity, or chemical concentration. Images are taken in
one of two acquisition modes: Confocal laser scanning or wide-field microscopy. While
scanning produces images with better resolution, it is very slow compared to wide-field
microscopy.
The EOFLIM setup is a FLIM microscope utilizing an electro-optic (EO) element to
time-bin incoming fluorescence signals, thus combining the speed of wide-field FLIM
and the sensitivity of scanning FLIM. The goal of this thesis is to prepare the setup
for two upcoming collaborations. The first, a collaboration with the Huser Group of
the University of Bielefeld (UNIBIE), will feature the EOFLIM setup as a module of
their Structured Illumination Microscope (SIM) to capture super-resolution FLIM images
of cells and tissues. With the Unterhuber Group of the Medical University of Vienna
(MEDUVIE), the second collaboration will compare the EOFLIM to the FLIM setups the
collaborators already use in the domain of brain-tumor surgery regarding noise, photon
collection efficiency, and frame rate.
To prepare the setup, experimental and computational work, as well as simulations have
to be done. This includes reducing aberrations by evaluating optical elements with
a wavefront sensor, simulating point-spread functions of current optical elements and
potential acquisitions. The data analysis is refined to sub-pixel accuracy by modifying
or creating Matlab and Python scripts that fulfill the needs of the setup and scientists.
Experimental and simulation analysis led to buying new optical elements, which improved
the quality and fidelity of the optical system. The computational tasks increased the
accuracy, speed, and ease of use of the data analysis.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie Pockels-Zelle Wellenfrontsensor
Schlagwörter
(Englisch)
Fluorescence lifetime imaging microscopy Pockels cell Wavefront sensor
Autor*innen
Daniel Aziz
Haupttitel (Englisch)
Setup optimization and improvement of the data analysis for the electro-optic fluorescence lifetime imaging microscopy (EOFLIM) project
Paralleltitel (Deutsch)
Optimierung des Aufbaus und Verbesserung der Datenanalyse des elektro-optischen Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie (EOFLIM) Projekts
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
69 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thomas Juffmann
Klassifikation
33 Physik > 33.18 Optik
AC Nummer
AC17209830
Utheses ID
70934
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |