Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/47091
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dc.contributor.advisor1Ubirajara Agero Batistapt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8986506675081636pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Lívia Siman Gomespt_BR
dc.contributor.referee1Gerald Weberpt_BR
dc.contributor.referee2Leandro Malard Moreirapt_BR
dc.creatorJosé Maria Caquito Júniorpt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/3036392161985712pt_BR
dc.date.accessioned2022-11-09T19:33:03Z-
dc.date.available2022-11-09T19:33:03Z-
dc.date.issued2022-07-22-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/1843/47091-
dc.description.abstractDefocusing microscopy is a technique that has been used at the Physics Laboratory of Biological Systems at UFMG to characterize transparent objects, such as cells and waveguides. Through it we can obtain morphological and biomechanical parameters of living cells using only an optical microscope operating in bright field. From two defocused images, it is possible to perform the 3D reconstruction of the sample by solving two differential equations. Despite being quite convenient for the study of biological samples, the application of the technique is limited by the computational cost of data analysis. This work aimed to find a more efficient way to perform the 3D reconstruction. For this, we develop Python programs that take two defocused images as input and return the cell thickness and asymmetry. For the asymmetry calculation, the most time-consuming part of the process, the programs use the finite element method through the Fenics platform. We performed tests for three different situations: reconstruction of simulated phase objects, reconstruction of a red blood cell and reconstruction of a cardiomyocyte. For the first two cases, we were able to compare the results obtained here with those obtained by the methods that had already been established in previous works. The main result of this work was the substantial decrease in the time needed to perform the reconstruction. The new programs take around 10 s to perform cell reconstruction starting from images with 128×128 pixels while, for the methodology prior to this work, the process took around 7200 s on similar hardware. Finally, we were able to perform the reconstruction of a cardiomyocyte, a considerably larger cell, also in about 10 s. These results indicate that the finite element method is a good alternative for the asymmetry calculation, returning results quickly even for higher resolution images. These results open perspectives for the use of defocusing microscopy to study dynamic cellular processes.pt_BR
dc.description.resumoA microscopia de desfocalização é uma técnica que vem sendo empregada no Laboratório de Física de Sistemas Biológicos da UFMG para caracterizar objetos transparentes, como células e guias de onda. Através dela podemos obter parâmetros morfológicos e biomecânicos de células vivas utilizando apenas um microscópio óptico operando em campo claro. A partir de duas imagens desfocalizadas, é possível realizar a reconstrução 3D da amostra por meio da resolução de duas equações diferenciais. Apesar de bastante conveniente para o estudo de amostras biológicas, a aplicação da técnica é limitada pelo custo computacional para a análise dos dados. Este trabalho teve como objetivo encontrar uma maneira mais eficiente para realizar a reconstrução 3D. Para isso, desenvolvemos programas em Python que recebem duas imagens desfocalizadas como entrada e retornam a espessura e assimetria da célula. Para o cálculo da assimetria, a parte mais demorada do processo, os programas utilizam o método de elementos finitos por meio da plataforma Fenics. Realizamos testes para três situações diferentes: reconstrução de objetos de fase simulados, reconstrução de uma hemácia e a reconstrução de um cardiomiócito. Para os dois primeiros casos pudemos comparar os resultados obtidos aqui com aqueles obtidos pelos métodos que já haviam sido estabelecidos em trabalhos anteriores. O principal resultado deste trabalho foi a diminuição substancial no tempo necessário para realizar a reconstrução. Os novos programas demoram cerca de 10 s para realizar a reconstrução de células partindo de imagens com 128×128 pixels enquanto, para a metodologia anterior a este trabalho, o processo demorava cerca 7200 s em hardware similar. Por fim, conseguimos realizar a reconstrução de um cardiomiócito, uma célula consideravelmente maior, também em cerca de 10 s. Esses resultados indicam que o método de elementos finitos é uma boa alternativa para o cálculo da assimetria, retornando resultados rapidamente mesmo para imagens com resolução mais alta. Esses resultados abrem perspectivas para o uso da microscopia de desfocalização para o estudo de processos celulares dinâmicos.pt_BR
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicopt_BR
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Geraispt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Geraispt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentICX - DEPARTAMENTO DE FÍSICApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Físicapt_BR
dc.publisher.initialsUFMGpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectMicroscopia de desfocalizaçãopt_BR
dc.subjectMétodo de elementos finitospt_BR
dc.subject.otherMicroscopia de desfocalizaçãopt_BR
dc.subject.otherMétodos de Galerkinpt_BR
dc.titleMétodo de elementos finitos aplicado à microscopia de desfocalizaçãopt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
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